岩土特殊施工-第3章-钻井法

1、第3章 钻井法,3.1 概述 3.2 钻井设备立井钻机 3.3 井筒钻进 3.4 洗井与净化 3.5 钻井井壁 3.6 钻井破岩机理 3.7 钻井参数 3.8 立井钻机的基本计算 3.9 反井钻进 3.10 井筒掘进机施工技术 3.11 钻井法有待解决的问题,3.1 概述,3.1.1 实质与分类 3.1.2 发展概况 3.1.3 特点与适用条件 返回,定义 钻井法是用钻头破碎岩石，用洗井液进行洗井排碴和护壁，当井筒钻至设计直径和深度以后，在洗井液中下沉井壁进行支护的机械化凿井方法。 钻井法凿井的主要工艺过程： 钻进、泥浆洗井护壁、下沉预制井壁和壁后注浆固井等。,3.1.1 实质,1天车；2钻塔

2、；3吊挂车；4游车；5大钩；6水龙头； 7进风管；8排浆管；9转盘；10钻台；11提升钢丝绳； 12排浆槽；13主动钻杆；14封口平车；15钻杆；16钻头； 17二层平台；18钻杆行车；19钻杆小吊车；20钻杆仓,3.1.1 实质,3.1.1 实质,3.1.1 实质,3.1.1 实质,3.1.1 实质,3.1.1 实质,钻井法按钻井传动装置的位置分类：,3.1.1 分类,国外 1854年德国工程师Kind采用冲击钻钻凿第一个直径4.25m，深度98m井筒。德国大量采用钻井法钻凿风井和疏干井，仅莱茵褐煤公司钻进的疏干井就有2000多个，365000m。 前苏联是应用钻井法的主要国家之一，1979

3、年创造月成井160m的记录。 美国1910年才引进钻井法，50、60年代出于地下核试验和其他工程的需要，钻井法得到广泛应用。仅美国原子能委员会内华达洲地下核试验场，在19601983年期间钻凿600多个，其中在阿留审群岛的井筒深达1829m。,3.1.2 发展概况,国内 1969年元旦，我国第一口采用钻井法钻凿的煤矿立井井筒是淮北朔里南风井，直径4.3m，深90m。1984年施工钻井直径9.3m，成井直径7m，深469m的淮南谢桥西风井一类的深大井筒，并实现全套设备国产化，综合技术达到国际先进水平。1999年淮北许瞳矿井的主、副、风三个井筒，同时采用钻井法施工，主井、风井已高质量完成，偏斜分别

4、为0.21和0.1。,3.1.2 发展概况,特点： 钻井法施工的地面化(掘进机组除外)、机械化，改变了传统的井下作业方式，工作安全可靠，施工质量好。 在软岩中，钻井直径小于6米时，技术经济效果好。 直径大的井筒，或岩石很坚硬时，技术经济指标不够理想。 现钻井深度和直径都还受到钻井设备能力的限制。 适用条件： 从技术上讲钻井法可用于任何地层。,3.1.3 特点与适用条件,钻井设备的组成 钻井法凿井设备主要为钻井机，简称“钻机” 。另有一些起重运输、清碴、供电等辅助设备。 钻机的组成和构造 由钻井工艺确定，按设备所起功用的不同分为以下的系统： 一、钻具系统 钻具系统包括钻头和钻杆。它的主要功用是使

5、钻头在旋转中破碎工作面岩石。 二、旋转系统 包括转盘及其传动装置(简称“转盘”)，方钻杆。转盘产生的旋转扭矩经方钻杆传递给钻杆和钻头，使钻头旋转。,3.2 钻井设备,三、提吊系统 包括钻塔、绞车及其传动装置(简称“绞车”)复滑轮组(包括天车、游车、钢过绳等)、大钩。提吊系统的主要用途是提升或下放钻具，以及在钻进时提吊钻具并调节给进速度，以达到控制钻压的目的，砌井时它提吊和下放井壁。 四、洗井系统 煤矿大直径钻井一船用反循环洗井。洗井液自沟槽依自重流入并筒，在压气排液器的作用下，洗井液流动冲洗工作面上的岩碴至钻头的吸入口进入钻杆，上升至水龙头，流入排浆管，经溜槽到沉淀池。洗井系统的功用是及时清除

6、钻头破碎的岩碴，同时对刀具进行冷却。 五、其它辅助设备 包括各种专用车。例如：转台、封口平车等；各种专用起重运输设备，如龙门吊车、吊车、吊卡、卡瓦等；各种专用仪表；打涝工具；供电供水等设备。,3.2 钻井设备,一、钻具系统 钻具系统包括钻头和钻杆。它的主要功用是使钻头在旋转中破碎工作面岩石。 (一)钻头 钻头是由刀具、刀盘(或钻头体)、中心管、加重块、稳定器等部分组成。由于钻进方式不同钻头结构也不同。 转盘钻机在大直径井筒中一般采用扩孔的钻进方式。其钻头结构形式分为超前孔钻头和扩孔钻头。,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备,对钻头的要求： 1)钻头的刀具和吸收口布置有利于破岩和工作面冲洗； 2

7、)钻头结构具有足够的强度和保持减压钻进时所必须的重量； 3)结构易于拆卸、组装、运输、检修和打捞。钻头转动平衡、平稳。,3.2 钻井设备,1、刀具：直接破碎工作面岩石的工具。 在表土层一般用刮刀或长齿滚刀。 刮刀主要采用条状，刃部堆焊耐磨的碳化钨粉或镶焊硬质合金片。 刮刀刃部及刀体的形状对破土、洗井及防止钻头泥包都有很大影响。 我国常用的是桦犁式的。 在软岩中多用楔齿滚刀。 在硬岩石和极硬岩石中，一般选用球齿滚刀。 按照刀具在刀盘上的工作位置，刀具又分为边刀、正刀和中心刀三种。,3.2 钻井设备,刀具常发生以下的问题： 钻井中刀具的消耗量很大，是钻井成本的重要组成。 1)表土钻进时的钻头泥包，

8、除了和洗井净度有很大关系外，刀具本身的形式和排列是很重要的影响因素。 2)滚刀的损坏主要是轴承两端密封不理想，洗井液渗入使轴承损坏，刀具卡住不转造成刀具损坏、落齿、甚至刀具从刀盘上脱落。 3)落齿和刀体破坏的重要原因是加工的问题。总的来说是刀具寿命不够长，有待提高。,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备,2、刀盘 刀具按钻进的需要安装在刀盘上。大直径钻头的刀盘一般采用拼装结构、比较小的超前钻头的刀盘采用整体结构。 刀盘底面有平底、锥底、截锥底、球底和台阶式等多种形式。,3.2 钻井设备,刀具在刀盘的布置经验： 1)刮刀的数目不宜过多，刮刀可分

9、为数排布置，相邻刮刀错开排位，以便刀间距加大，这样利于冲洗，防止泥土糊刀造成钻头泥包。 2)滚刀布置以展开线形，大致对称布置。 3)滚刀在破岩过程中应避免有过大的滑动，以减少刀齿和轴承的损坏。刀具纯滚动的条件是刀体的几何锥轴的延线通过工作面旋转中心。 4)正刀在刀盘上按数个同心圆布量，在每圈布置1-3把。边刀数量为4-8把。刀具数量以每把刀破岩面积大致相同；刀盘每象限内刀具数最好相等的按径向对应布置。但要避免完全对称，防止钻头发生谐振。 5)刀盘上所有刀具刀刃部分总长度与刀具破岩带总宽度之比叫覆盖系数K。 超前钻头或一次全断面钻头，在表土层取K0.9-1；在岩石中取K1。扩孔钻头的K1-1.4

10、。,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备,3、中心管 中心管的作用是把钻杆传来的扭矩传给刀盘使钻头旋转；承受钻头的重量；它的内断面是洗井液循环的通道。中心管受力状况很复杂。 4、加重块 保证钻头所需要的重量。在结构上可以把加重块用螺栓联接成整体圆筒来承受部分由于钻头倾斜所产生的弯矩。 5、稳定器 对钻头起扶正和导向的作用。从构造上有的稳定器随钻头旋转，我国多采用此种形式。也有在中心管处装轴承而使稳定器不旋转的。,3.2 钻井设备,(二)钻杆 钻杆是由两端带接头的无缝钢管所组成。 钻杆在起下钻具时，承受钻具在洗井液中的重量，动力系数一般取1.2-1.3。 在钻进过程中，钻杆即传递

11、全部扭矩又承受拉力，拉力的数值是在洗井液中钻头重量的40-60及钻杆重量之和。也可以按钻具(钻头与钻杆)重量之和的23计算。 按这两个工作状况计算选择钻杆壁的厚度。 由于钻扦受力大且复杂，一般选用合金的无缝钢管。SZ9/700钻机采用35铬钼406毫米的无缝钢管，壁厚20mm。,3.2 钻井设备,钻杆接头型式： 1、花键牙嵌式接头：这种接头是由花键螺纹式接头发展来的。原来螺纹承拉，在装拆钻杆时扭螺纹费工费时，改进由牙嵌承受拉力，仍由花键传递扭矩。这种接头已为我国目前普造采用。例如SZ9/700钻机和BZ-1钻杆都用这种接头。 2、螺栓法兰盘接头：这种接头扭矩和拉力都由螺栓承担。西德L40型钻机

12、的钻杆采用这种接头。 3、锥纹接头：它同石油钻机钻杆的螺纹接头相似，美国至今仍广泛应用螺纹接头，即使在双层钻杆和三层钻杆中也用锥螺纹接头。这种接头必须用专用工具拧紧或拆卸，其接头制造精度和工艺要求很高。,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备,钻机的组成和构造 一、钻具系统 二、旋转系统 包括转盘及其传动装置(简称“转盘”) 。转盘产生的旋转扭矩经方钻杆传递给钻杆和钻头，使钻头旋转。,3.2 钻井设备,(一)转盘：产生扭矩用以驱动钻具旋转的设备叫转盘。 大直径钻井对转盘的技术要求： 1)转盘的扭矩和转数能满足钻井要求。 在扭矩不变的情况下能改变转数，一般要求转数

13、从0-30rad/min的范围内变化，经常使用5-10rad/min ，为此转盘多用直流电动机或液压马达驱动。 2)能承受钻头和钻杆的全部载荷。 3)装有方补心的中心孔能通过钻杆接头。 4)运转平稳，适宜野外条件工作。 5)安装、运输和维修方便。,3.2 钻井设备,(二)方钻杆 方钻杆下端与钻杆相接，上部与水龙头相连，套在转盘的方补心里，随转盘而转动。方钻杆的形式有四方形和六方形两种。 方钻杆受有转盘旋转传来的挤压和扭矩及提吊系统的拉力。它的截面尺寸是在受这三力共同作用下计算选择的。,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备,钻机的组成和构造 一、钻具系统 二、旋转系统 三、提吊系统 包括钻塔、绞车

14、及其传动装置(简称“绞车”)复滑轮组(包括天车、游车、钢过绳等)、大钩。提吊系统的主要用途是提升或下放钻具，以及在钻进时提吊钻具并调节给进速度，以达到控制钻压的目的，砌井时它提吊和下放井壁。,3.2 钻井设备,三、提吊系统 (一)钻塔 钻塔承受提吊系统的全部裁荷，塔形的钢结构。 钻井对钻塔的要求是： 1)底跨尺寸能满足钻机钻最大直径并筒的需要；且各种专用车(台)运行无阻； 2)二层台以下的开口高度允许最长钻杆和预制井壁进入钻塔并移运至井口； 3)在提吊的名义负荷和设计允许最大风力以内均保证有足够的强度和稳定性； 4)整体性好，拆装移运方便，重量轻。,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备,(二)绞

15、车 绞车是提吊系统的动力。它通过钢丝绳复滑轮组和大钩来完成提升或下放钻具的工作。 (三)复滑轮组 钢丝绳穿绕天车和游车构成复滑轮组，用以增加提吊系统的提升能力。钢丝绳穿绕天车和游车后，一端固定在井口基础上或钻塔上称为死绳；另一端缠绕在绞车滚筒上称为活绳(或快绳)：复滑轮组的表示方法是；游车滑轮数x天车滑轮数，例如：78，即表示游车滑轮7个，天车滑轮8个，有效绳数为14。 绞车用的钢丝绳不仅受力大，负荷变化大，而从在各滑轮上多次弯曲摩擦，因此要求钢丝绳除具有必要的强度，还要有良好的柔性和耐磨性。 （四）大钩 源于石油钻机，提吊系统与水龙头或钻杆的抓联装置通称为大钩。,3.2 钻井设备,钻机的组成

16、和构造 一、钻具系统 二、旋转系统 三、提吊系统 四、洗井系统 煤矿大直径钻井一船用反循环洗井。洗井液自沟槽依自重流入并筒，在压气排液器的作用下，洗井液流动冲洗工作面上的岩碴至钻头的吸入口进入钻杆，上升至水龙头，流入排浆管，经溜槽到沉淀池。洗井系统的功用是及时清除钻头破碎的岩碴，同时对刀具进行冷却。,3.2 钻井设备,四、洗井系统 (一)水龙头 水龙头这个名称也是从石油钻机的借用。它是提吊系统的不旋转部分与旋转系统的旋转部分的过渡环节，也叫缓转器。它又是洗井液循环的出口和供压风管的入口。 (二)压气排液器和风管 压气排液器是洗井液循环的动力。它随钻井深度的增加，而需要改变其没入深度和供气量。

17、风管是向井下输送高压空气的管路。 (三)地面排浆管与排浆槽,3.2 钻井设备,钻机的组成和构造 一、钻具系统 二、旋转系统 三、提吊系统 四、洗井系统 五、其它辅助设备 包括各种专用车。例如：转台、封口平车等；各种专用起重运输设备，如龙门吊车、吊车、吊卡、卡瓦等；各种专用仪表；打涝工具；供电供水等设备。,3.2 钻井设备,五、辅助设备 (一)专用台车 专用台车有转台(或转台车)、封口平车、水龙头吊挂车等。它们都是专用的结构件。 (二)卡瓦 卡瓦(又称抱卡、气动卡瓦等)装在转盘的上面，用于装卸钻杆时卡挂井下钻具。 (三)吊卡 吊卡是起下钻头时，提吊单根钻杆的工具。 (四)起重运输设备 包括龙门吊

18、车，汽车吊车或履带吊车等起重设备；专用拖车等运输设备，用于井场各重件起吊及钻机安装、拆除、检修和运搬等工作。 (五)地面洗井液配制净化清碴设备 (六)井壁预制及壁后充填设备 另外还有变电供电设备、供水设备、打捞工具和测井仪器等。,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备-立井钻机性能,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备,3.2 钻井设备,一、准备工作 (一)锁口工程和基础工程 锁口工程是在开钻前用普通方法掘砌的一段钢筋混凝土井筒。钻塔基础、绞车基础、起升钻塔用滑轮组基础和各种起重设备的轨道。 (二)净化系统工程 一般在施工组织设记中对净化系统工程要求有很大面积的沉淀池和相应的从沉淀

19、池清除岩碴运至排矸场的一些设备。 (三)钻机的组装 钻机是由许多大的部件组成的。现场组装一般需25个月。,3.3井筒钻进,二、钻进 准备工作完成后，进行钻机试运转；正式钻进。 正常钻进主要工序： (一)钻头的起下与钻杆的接长 (二)钻进工作 钻进是钻井法的两个重要环节之一。 通过钻进形成井筒。,3.3井筒钻进,三、防偏和测斜 井筒的垂直度是钻井质量的重要指标，影响井筒支护工作和有效断面的大小。 (一)产生井斜的原因 1、操作和设备的因素 2、地质条件 (二)防偏的措施 1首先保证钻机制造和安装质量。在钻头上加稳定器，证明对防偏能起到一定的作用。 2坚持减压钻进。在钻进初期采用低钻压低钻速以保持

20、垂直，对下段井垂直有很大作用。根据国外经验：钻压保持在大钩悬重的l/3以下就可以保持井直。 3定时测斜及时了解井筒偏斜情况，以便及时采取措施纠正或预防。 在整个钻井过程中，对待井斜的原则是：防偏为主、纠偏为辅。在表土层或软岩中井斜大可用刷大井帮(扩大井径)的办法纠斜。在硬岩中纠偏就十分困难了。 (三)测斜,3.3井筒钻进,四、钻井中常遇到的一些问题 （一）表土钻井的泥包问题 钻头在粘土层或软岩中钻进时，由于破碎下来的泥块不能及时清洗，以致粘糊在刀具、刀盘和钻头体上，无法再继续钻进。这种现象叫泥包钻头或钻头泥包。它在表土层中最易发生。例如：在朔里南风井为了防止泥包钻头而修改钻头达19次。在页岩中

21、钻井也常发生。 泥包钻头产生的原因和防止方法： 1刀具结构不合理。特别在表土层中，刀具型式和布置不合理都容易形成泥包钻头。经验证明：在表土层用刮刀宜采用铧犁式为好，行星式带斜面的刮刀泥包次数明显减少。钻头的刀盘最好不用敝开式的，以改善泥井效果。应当指出：在表土层中钻井的刀具和钻头体结构形式是尚在研究和改进的一个课题。 2泥浆浓度过大也容易产生泥包钻头。洗井效果不好或洗井能力不足也是造成泥包钻头的原因。钻粘土层时泥浆浓度必须经常调整。在加大钻压提高钻速时，必须加大洗井能力，使钻速和洗井两者协调。,3.3井筒钻进,(二)岩石钻进中的跳钻问题 在岩石钻进中，特别是在中硬岩和硬岩中钻井时，有时钻头、钻

22、杆和方钻杆整体上下跳动得十分明显，或连续跳动，或间断跳动，这种现象叫跳钻。 大直径钻井中跳钻的原因和处理方法： 1刀具脱落时，在工作台上能感到不均匀的间断跳钻现象，这时需提钻打捞落物，以免损伤其它刀具或刀盘。 2由于刀具布置不当而使井底工作面形成规则的锯齿形。当刀齿到达工作面齿顶时向锯齿谷滑动形成有节奏的连续跳动。特别在硬岩中使用球齿时容易发生。 3岩层有大裂隙或严重不均匀，使刀具受力不均而产生跳动。遇到这种情况只能减小钻压低转数，加强洗井谨慎的通过这一地段。,3.3井筒钻进,(三)井内落物的处理 钻井中刀具脱落，钻杆拆断，风管或钻头落井等事故时有发生。对落物必须及时打捞。我国钻井工地对打捞落

23、物积累并创造了一些切实可行的经验和方法。如电磁打捞器用来打捞牙轮；刮刀等较轻的钢质物体；回形打捞器用于打捞钻杆；钳形打捞器可打捞非圆形的落物。此外还有龙门式打捞器、绳式打捞器、套筒式打捞器等。总之随着落物的不同和井深的不同，而采取不同的打捞方式。,3.3井筒钻进,3.3井筒钻进,(四)卡钻问题 钻头由于非设备的原因提升困难，甚至提不起，下放也困难，有时也扭不动，这种现象叫卡钻。在表土层钻进多是由于泥包钻头；或泥浆失水大而形成厚泥饼；或井帮坍塌；或下放钻头时下到工作面沉淀物中都能造成卡钻。井斜大又不规则也容易造成卡钻。 为防止卡钻应注意以下几点： 1提钻头之前进行一段时间洗井使工作面清洁。在下钻

24、头时，下放到离工作面12米即开始洗井，边洗井边下放钻头至工作面。 2经常检查和调整洗井液性能，防止井帮坍塌。如已发生坍塌应加强洗井排除坍塌物并调整泥浆性能。 3井筒偏斜值大且方向又不规则，在提升钻头时也容易造成卡钻。这时用局部扩大井径的方法努力纠斜。,3.3井筒钻进,(五)洗井液的漏失 这里所说漏失指的是在大裂隙或砾石层中的大量漏失洗井液。这时应进行堵漏。当用泥浆作为洗井液时可调节泥浆性能用它作为堵漏材料。如果用清水洗井时，可以用水泥浆去堵漏。最好是在钻井前，对可能发生漏失的地层进行预注浆。,3.3井筒钻进,3.4 洗井与净化,3.4.1 洗井方式 3.4.2 压气排液器 3.4.3 洗井介质

25、及泥浆功能 3.4.4 泥浆基本理论 3.4.5 泥浆基本参数及处理剂 3.4.6 泥浆净化 3.4.7 废弃泥浆处理技术,返回,在钻井中使用连续流动的介质将钻碎的岩碴从工作面清除并带出并筒的过程叫洗井。为了能重复使用洗井介质，将含有岩碴的洗井介质在地面进行分离叫净化。洗井循环一般指的是洗井和净化的总合。 在大直径钻井中经常使用泥浆和清水作为洗井介质，因而把洗井介质简称为洗井液。,3.4洗井与净化,3.4.1 洗井方式,3.4.2压气排液器,压气排液器(空气吸泥机)的原理与设计计算 在反循环洗井方式中，使洗井液循环的动力设备就是压气排液器。它的结构简单，没有运转部件，制造容易，使用可靠。几乎是

26、目前反循环洗井中所通用。缺点是效率较低。 (一)工作原理及结构 在压缩空气没有注入混合器之前，井筒与排浆管的液面高是相同的(其比重相等)。当压缩空气通入排浆管，并与洗井液较均匀的混合后，混合液的比重小于洗井液的比重，在井筒内液柱压力的作用下使混合的气液上升，气泡上升过程中由于外界压力减小而继续膨胀，其膨胀功转化为动能，提高了混合液上升的速度，直到管内外压力差消失为止。 压气排液器的结构形式很多，常用外混合室和内混合室。,3.4.2压气排液器,3.4.2压气排液器,(二)压气排液器的计算 压气排液器虽然很早就被应用了，对其主要工作参数计算方法很多，至今没有一致的公认计算方法。,洗井介质：洗井液（

27、泥浆、清水和空气）。 洗井液的作用（泥浆的功能） 1洗井：钻井中必须不断的对工作面进行冲洗，避免重复破碎已破碎的岩碴影响钻进效果。在使用泥浆洗井时，工作面处流速最小是0.1m/s才能进行洗井，最好在0.3m/s左右为好；用清水洗井时流速在0.1-0.5m/s；用空气洗井时，其最小风速为10-15m/s。 2护壁：钻井中随着井筒的形成，原岩体应力改变了，用泥浆液柱压力来抵抗地压。为了防止大量水或泥浆渗入地层引起土膨胀而造成井坍或缩井径。因此要求有一个好的隔离层泥饼。在基岩中，地压值比表土层小且稳定，故可用清水液柱压力护壁。岩层中涌水量大也可用泥浆，也可以用清水护壁。 3冷却钻具：刀具破岩产生部分

28、热量，洗井液对钻具进行冷却可以加长刀具的寿命。 4 漂浮下沉井壁：井壁用漂浮法下沉时，洗井液起漂浮井壁的作用。,3.4.3 洗井介质及功能,泥浆的护壁原理 泥浆在自重作用下向井帮的孔洞和缝隙中渗入。一部分较大的颗粒附在井帮上，而较细小的颗粒(胶休颗粒)则进入地层，孔洞逐渐减小，泥浆在粘土颗粒间的间隙逐渐浓缩、充塞，形成一个薄而韧的泥面叫泥饼，它的渗水能力很小。,3.4.4 泥浆的护壁原理,3.4.4 泥浆的护壁原理,1、泥浆参数 粘度、比重、PH值、失水率、稳定性等。 相关概念自学。 2、泥浆的配制 配制泥浆的主要材料是粘土和水。钻凿一个井筒需用泥浆量很大。随着钻进所需要补充的泥浆量也很大。

29、足够的粘土和各种处理剂。,3.4.5 泥浆参数及处理剂,3、调解泥浆性能的处理剂 无论是配制泥浆，还是泥浆循环中由于加入岩碴等杂质或其它原因，改变了泥浆性能，一般采用加入化学药剂的方法进行调整。这些化学药剂称为处理剂或调节剂。常用化学处理剂： 1）碳酸钠，又名苏打 泥浆中加入碳酸钠，能增加粘土的分散性，降低失水量并提高粘度。 2)氢氧化钠(NaOH)，又名火碱 氢氧化钠具有强烈的腐蚀性。泥浆中加入氢氧化钠的作用与碳酸钠相同. 3)三聚磷酸钠（Na5P3O10） 4)羧甲基纤维素(简称CMC） 羧甲基纤维素是一种高分子化合物。它是用纤维素（棉花、木屑等），经过碱化变成碱维素后再与一氯醋酸反应制成

30、的。,3.4.5 泥浆参数及处理剂,3.4.6 泥浆净化,净化:重复使用洗井介质，将含有岩碴的洗井介质在地面进行分离。,3.4.7废弃泥浆处理技术,目前世界上各种工程产生的废弃泥浆处理方式很多，其中立足现场，实行当地处理的方法有固化处理和水土分离技术。 固化处理：用固化剂对废浆作固化处理，然后如同处理废土一样，运走或作充填材料。作固化剂的无机物质，有水泥、高炉炉渣、石膏和石灰等。 水土分离技术：用物理、化学或机械方法，将废泥浆中固相的土与液态的水分离，然后分别排除。 废弃泥浆的处理注意不要危害农田和水利。总之洗井液的管理是保证钻井施工正常进行，及降低成本的重要环。,3.5 钻井井壁,3.5.1

31、 钻井支护方法 3.5.2 井壁材料及结构型式 3.5.3 井壁受力特点 3.5.4 井壁底和井壁的制作 3.5.5 钻井法井筒支护工序,返回,3.5.1 钻井支护方法,井筒钻进到设计深度和直径就停止钻进，进行井筒的永久支护。 永久支护工作：制造井壁，下放井壁和壁后充填。 对井壁的要求： 能承受地压等永久载荷； 具有足够的不透水性； 便于机械化施工，成本低制造简单； 井壁能承受施工载荷。 永久支护的方法： 漂浮下沉法； 分段下放法； 喷射混凝土或水泥砂浆法。,3.5.1 钻井支护方法,3.5.1 钻井支护方法,一、漂浮下沉 把在地面预制的不透水的井壁底(俗称锅底)，放入井筒使其在洗井液上面漂浮

32、。然后在它上面一节一节地将地面预制的整体井壁连接，依自重和在井壁内加水助其下沉。这种水称为平衡水。一直到井壁底下沉至井底，再进行壁后充填水泥浆或水泥砂浆。 优点：井壁整体性好，质量高；渗透性小（井壁滴水不漏）；成井速度快。 缺点：对井筒的垂直度要求高；井深愈大预制场面积愈大；预制和移运井壁需要专用的起重设备；井筒愈深施工载荷也愈大。,3.5.1 钻井支护方法,3.5.1 钻井支护方法,二、分段下放 把地面预制的圆筒形井壁，或由预制块组成的井壁，分节运至井口用提吊装置将井壁一段一段的下放至井筒中，然后进行壁后充填。采用这个方法，要保证井壁垂直的关键在于确保第一段井壁的垂直。这个方法没有井壁底，第

33、一段井壁下放到距井底2-3m停住，开始往井底浇灌混凝土或砂桨，以固定第一段井壁的垂直状态。硬固后才把提吊装置松开提出，再开始连续下放井壁工作。 外管充填；预留在井壁上的注浆孔作壁后注浆。 优点：适用在深井中。 缺点：井壁整体性差；壁后充填不好井壁渗水；在深井安装时检查不便。,3.5.1 钻井支护方法,三、喷射混凝土或水泥砂浆 在较稳定的基岩中，涌水小；或经过预注浆堵水的基岩中；或在反井钻井后，可以考虑用喷射混凝土或水泥砂浆的办法来支护。 优点：可以与井筒临时改装同时进行，也不需要占很大面积来预制井壁，施工也比较简单。,3.5.2 井壁材料及结构型式,井壁材料 钢筋、钢材、混凝土 井壁结构型式

34、单层钢筋混凝土、单层钢筋混凝土与钢板复合； 同冻结井壁内壁或外壁。,3.5.3 井壁受力特点,漂浮下沉法中井壁的施工载荷和稳定性是两个关键性的问题。 钻井法施工的井壁除承受永久地压的作用外，由于下沉井壁所带来的特殊受力叫施工载荷。 漂浮下沉时井壁的稳定性就是漂浮时井壁不要倾复。 计算方法参考建井工程手册。,3.5.3 井壁受力特点,3.5.3 井壁受力特点,三种平衡状态： 1、稳定平衡 也就是由井壁(包括井壁底)自重Gl和平衡水重量G2之和所构成的下沉力G，其作用点E低于由浮力Gf的作用点F时，两力所形成的力偶使井壁垂直。 2、随遇平衡 下沉力G和浮力Gf两力作用点重合，而没有力偶作用于井壁。

35、也就是说井壁在任意位置都是平衡的。 3、不稳定平衡 下沉力G的作用点在浮力Gf作用点上面，G和Gt所构成的力偶使井壁倾翻，致使井壁靠在井帮上。,3.5.4 井壁和井壁底的制作,在漂浮下沉中永久井壁由井壁底和井壁组成。每节井壁之间由法兰盘螺栓联结后再在法兰盘的一侧焊接。 (一)井壁底 井壁底一般采用预制钢筋混凝土结构，其外形有锅底形(也称浅碟式)、也有半圆球形、椭圆球形。 高度一般为2.5-6m或更高，底厚为400-600mm。 (二)井壁 预制双层钢筋混凝土圆筒形井壁结构。 每节井壁高根据提吊设备能力和钻塔允许的高度，并考虑罐道梁布置等因素来确定，一般6-8m。,3.5.4 井壁和井壁底的制作

36、,3.5.5 钻井法井筒支护工序,一、准备工作 在井筒钻进工作结束时，首先要清洗井底岩碴；进行井深、井径和井斜的测量并绘制井筒的纵剖面图和平面投影图，若井斜过大需进行纠正。 二、下沉井壁（处于漂浮状态） 井壁底移到井口与第一节井壁进行联接；对中找正；下沉井壁；连接第二节井壁；注水；然后再继续下沉；循环往复至全部井壁下沉到设计深度为止。 三、壁后充填 井壁下沉到底并校正后，要进行壁后充填工作，充填物将井壁与井帮之间的洗井液挤走，并使井壁与地层结合，固定井筒位置，防止地下水串通。 常用的充填材料有：水泥砂浆；水泥浆和混凝土。,3.6 钻井破岩机理,3.6.1 刮刀破岩 3.6.2 楔齿滚刀破岩 3

37、.6.3 球齿滚刀破岩 3.6.4 盘刀破岩,返回,3.6.1 刮刀破岩,单刀作用 刮刀受钻压和扭矩作用，楔入并切削岩石 邻刀作用 保证其间岩石破碎,3.6.1 刮刀破岩,破岩比能 单位体积岩体破碎所消耗的能量 邻刀间距为0时趋于最大,返回,3.6.2 楔齿滚刀破岩,楔齿滚刀在滚动中交错破岩 （接触面积小、压力大） 振动冲击、压碎作用 单齿、双齿交错触岩，形成振动冲击、压碎作用,3.6.2 楔齿滚刀破岩,返回,剪切作用 岩石抗剪强度小 通过刀具在井底滑动实现 超顶、缩顶、移轴（轴线平移、偏转）,3.6.3 球齿滚刀破岩,返回,球齿接触面积更小、接触压力更大 齿下受压破坏 齿间受拉破坏,3.6.

38、4 盘刀破岩,返回,触面积小、接触压力 刀刃下受压破坏 刀刃侧岩石在侧向剪力作用下崩裂，岩渣呈大块,3.7 钻井参数,3.7.1 比压 3.7.2 转速 3.7.3 泥浆冲洗量 3.7.4 钻进速度,返回,比压：刀具与岩石的接触压力 I段：比压小于岩石强度, 研磨 II段：刀具重复作用，产生疲劳破坏 III段：比压大于岩石强度，钻速高 面积比压与长度比压：,3.7.1 比压,3.7.1 比压,返回,3.7.2 转速,转速：钻头每分钟旋转的圈数 影响因素： 表土护壁 泥浆对侧壁的冲刷-最大冲刷速度 基岩破岩效果 刀具对岩石冲击次数增多，转速加快 刀具与岩石接触时间过短破岩效果不好-临界转速 刀具

39、磨损 转速是关键因素，0.91.9m/s 常用转速 一般030转/min， 常用：510转/min,返回,3.7.3 泥浆冲洗量,目的: 及时排渣，保持井底干净，让刀具与岩体接触，避免二次破碎 要求 泥浆上升速度最大块岩渣下沉速度 冲洗速度（径向流速）： 泥浆：0.3m/s, 清水洗井： 0.5m/s 提升岩渣需要,返回,3.7.4 钻井速度,钻进速度： 纯钻进速度 机械钻进速度 钻井速度 钻孔总深度与总钻井时间之比 成井速度 钻井井筒深度与井筒总施工时间之比,返回,3.8 立井钻机的基本计算-自学,3.8.1 钻压和钻头重量 3.8.2 大钩提吊能力与钻井速度 3.8.3 主绞车额定拉力与电动机功率 3.8.4 转盘扭矩及其电动机功率 3.8.5 钻井