煤矿井筒大直径钻井法凿井技术
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浅析大直径深立井井筒快速施工技术大直径深立井井筒快速施工技术是指在大直径深水井的施工过程中,利用现代高科技手段和先进施工工艺,以最短的时间和最高效率完成井筒的建设和施工。
随着石油勘探和开发的不断深入,对井筒快速施工技术的需求也日益增加,在大直径深立井井筒快速施工技术方面的研究和实践已成为石油工程领域的一个热点课题。
一、大直径深立井井筒的施工难点大直径深立井井筒是指井筒直径大于500mm,井深度超过2000m的垂直井。
这类井筒在石油勘探和开发中具有重要的作用,但是也面临着诸多施工难点,主要包括以下几个方面:1. 复杂的地层环境:大直径深立井井筒往往会穿越各种复杂地质构造和地层环境,例如高压、高温、高含硫等特殊地质条件,从而增加了井筒的施工难度。
2. 工程施工风险:大直径深立井井筒施工一旦出现差错可能会导致很大的经济损失和安全隐患,因此必须对施工过程进行严密的监控和控制。
3. 施工周期长:传统的大直径深立井井筒施工周期长,会对整个勘探和开发进程产生一定的影响,因此急需提高井筒的施工速度。
二、大直径深立井井筒快速施工技术针对大直径深立井井筒施工难题,现代科技不断推陈出新,不断改进施工工艺,提出了一系列的大直径深立井井筒快速施工技术,主要包括以下几种:1. 激光导向施工技术:利用激光技术实现井筒的精准导向,从而能够高效地穿越复杂地层环境,大大降低了井筒施工难度。
2. 专用大直径钻机:采用大功率、大扭矩的专用大直径钻机进行施工,能够快速完成井筒的钻进,大幅缩短井筒施工周期。
3. 超声波检测技术:通过超声波检测技术对井下地层进行精准、实时的检测,帮助指导井筒的施工方向和进度,提升施工效率。
4. 自动化施工技术:利用自动化设备和控制系统对井筒施工过程进行全程自动监控和调节,实现施工的高效快速。
5. 稳定性分析与控制技术:通过先进的数值模拟工具进行井筒稳定性分析,并采取相应的措施进行稳定性控制,确保井筒的安全施工。
浅析煤矿立井钻井法凿井施工技术摘要:近几年来,随着我国煤炭需求的日益增加,对煤田的开采速度将会加大。
随着对煤矿的开采的深度的增加,不管是在开采量上还是开采难度,都有很大的挑战。
当前,我国立井普遍采用的凿井法施工工艺主要有冻结法施工、钻井法施工和注浆法施工。
本文主要对钻井法施工进行详细的阐述。
关键词:煤矿立井;钻井法;凿井;施工技术一、钻井法凿井及其现状利用钻井法凿井是国内外当前采用的一种比较先进的机械化方法,通常需要穿过厚含水冲积层来建井。
这种方法在钻进中利用钻头将岩石破碎,钻头利用泥浆不断循环冲洗,并将泥浆的混合物以及把破碎的岩屑利用压气提升至地面,这样就会保护井内的泥浆保护井帮而不会坍塌,依次将地面预制好的井壁和井壁底逐节送到井口对接,最终将井位校正,再次在壁后充填固井,对钻井井壁完成立井的支护。
对于我国的钻井法凿井技术,和其他欧美国家比较起来起步晚。
当前,钻井法凿井竣工的工程有80个,施工井筒的平均深度也在逐年上升,在我国最深的钻井深度为660m(板集矿主井),其钻井的直径高达10.8m。
当前我国使用钻井法凿井技术深度达到500m 以上的主要井筒见表1。
表1 我国钻井法凿井钻深500m 以上的井筒特征二、钻井法凿井优缺点(1)主要优点: ①在施工中,不需要工人下井,劳动强度减小,保障了人身安全,总体来说,其安全性高。
②生产效率高,对工程成本有所降低,实现了施工机械化;③立井钻井法利用钢板混凝土以及地面预制钢筋混凝土井壁,高强度的井壁,质量好、井筒支护厚度较薄,井筒的支护费用有所减少;④不仅能够在不稳定的岩层开凿,还能在较硬的岩层开凿。
(2)主要缺点:①在井筒钻井中,存在着一定的偏斜率,对偏斜率要求不高的风井井筒利用钻井法施工比较多;②成井直径受到一定限制,按照我国现阶段钻井法已经施工的井筒,钻进深度与钻机对井筒成井净直径有一定制约,而井壁支护厚度随着钻进深度的增加而增加,同时会影响成井净直径;③在施工大直径井筒时多采用分级扩孔,施工进度慢,如直径7m、钻深700m的井筒,井底部分支护厚度大,需要二级扩孔;④成井井径上下不同,井壁厚度上薄下厚,尽管能够有效节省材料,但井筒装备方面材料会增加,成井净直径有所减少;⑤浆处理占用较大场地。
大直径工程井钻井法凿井技术一、大直径工程井大直径工程井首先是为满足矿山生产需要,从矿山开掘而逐渐兴起。
目前,大直径工程井已广泛应用在国防、矿山、交通、房建、市政工程等领域,且应用范围越来越广。
对于大直径工程井尚缺乏统一的定义,在不同的工程领域,大直径工程井的定义有所不同。
如在桩基工程中,对于直径大于800mm的桩,称为大直径桩;在水文水井工程中,对于井径大于800mm的井,称为大直径工程井;在交通、市政工程中,对于污水曝气井、通风井等也称为大直径工程井。
在矿山工程中,直径一般均在2米以上,称为大直径工程井。
优点及适用范围:钻井法凿井具有机械化程度高、施工工序简便、安全、质量易控制、适用地层广等优点。
尤其适用于地下水较丰富、第四系覆盖层较厚或易发生涌砂的地区。
二、大直径工程井钻井法凿井在国外的发展1850年德国(肯特(Kind)利用改造的冲击钻完成了世界上第一口直径4.2 5m、深98m的井筒。
但由于这种方法钻井时钻具受力复杂,易掉入井内,故没有得到发展。
1871年德国人霍尔格曼(Honigmann)开始试验研究回转式钻机,完成了两口直径1.5m、深85m的井筒。
1892年到20世纪50年代,欧洲国家采用霍尔格曼方法钻成了40余个井筒,直径在2〜7.65m,井深为80〜512m,总累计深度为5300m。
这种钻井法的特点是通过旋转钻具破碎岩石,一次成井或多次扩孔成井、减压钻进,用泥浆冲洗及护壁,悬浮法下沉井壁。
它的成功给现代钻井法凿井打下了基础,该钻机的基本型式和工艺沿用至今。
目前,在我国使用的钻机也属于此类钻机。
美国1910年从西欧引进钻井技术,大量应用是在20世纪50年代以后。
据不完全统计,1953年〜1967年间,美国用钻井法钻成直径0.91〜5m的竖井360余口,其中半数为地下核试验井,其余用于煤矿、天然气、钾矿、盐矿等工业。
美国钻井界认为,当钻井直径<3.6m时,钻井法具有最佳经济效益,因而在小直径硬岩钻井设备和技术方面处于领先地位。
煤矿井下煤层大直径钻孔技术与装备许超【摘要】基于煤矿井下煤层大直径钻孔特点,开发了"先施工先导孔、再扩孔"的大直径钻孔施工工艺技术,以及配套的ZDY12000LD大功率钻机、(o)400/127 mm 大直径螺旋钻杆和(o)450/153mm、(o)650/450 mm大直径扩孔钻头等关键装备,有效保证了大直径钻孔的成孔质量.通过现场试验完成了孔径(o)650 mm、最大孔深75 m大直径钻孔.%Based on the characteristics of large diameter borehole in coal mine, the construction technology of large diameter drilling with "pilot borehole construction and reaming" is proposed, and the matching ZDY12000LD high power drilling rig, (o)400/127 mm large diameter spiral drilling rode and (o)450/153 mm, (o)650/450 mm large diameter reaming drill bit and other key equipment are also proposed, which effectively ensures the quality of large diameter borehole. The drilling with diameter borehole of 650 mm and the maximum hole depth of 75 m is completed by field test.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)004【总页数】4页(P92-95)【关键词】大直径钻孔;先导孔;扩孔钻进;钻进装备;钻孔施工工艺【作者】许超【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安 710077【正文语种】中文【中图分类】TD41在现有煤矿井下钻探技术与装备条件下,煤矿井下施工的常规钻孔孔径一般不超过φ200 mm。
煤矿井筒大直径钻井法凿井技术作者:佚名安全文集来源:本站原创点击数:更新时间:2009-2-21-煤矿井筒大直径钻井法凿井技术煤炭科学研究总院洪伯潜摘要:在深厚含水冲积层中建设煤矿井筒,需要采用特殊施工方法,钻井法凿井是一种安全、可靠、技术先进的煤矿井筒施工方法,它的应用,实现了竖井井筒施工技术的突破;我国60年代末采用钻井法施工了第一个井筒,30多年来,逐步攻克了“国产化、高效率、打直井、少污染、大直径、薄井壁” 等方面的课题,使钻井法凿井技术实现稳定发展,率先完成了近600m深井筒的建设,综合技术达到国际领先水平。
关键词:深厚冲积层煤矿井筒钻井法凿井泥浆护壁悬浮下沉井壁一、前言自从有了煤矿竖井以来,无论是原始的人工开挖,还是技术发展后的机械化掘砌,都离不开凿井工人下井在地层中窄小的空间操作,劳动条件差。
在含水冲积层中建设煤矿井筒,需要采用地层冻结法、钻井法、围幕法和降低水位法等特殊方法施工。
钻井法凿井是一种安全可靠,成本低、质量好的煤矿大直径井筒施工方法,机械化程度很高,尤其适合于深厚含水冲积层的井筒施工,它的全部工程(包括地层冻结法的地层改性、挖掘、矸石提升和井筒支护等施工工序)在地面操作,工人无需下井,改善了劳动条件,无职业病危害。
我国自60年代末开始应用以来,在工程实践中体现出了其强大的生命力,因而深受广大矿井建设者的欢迎,并获得迅速发展(图1,2)。
钻进(图3),我国现有钻机设计最大钻井直径达12m,最大本文来自: 中国煤矿安全生产网 () 详细出处参考:/anquanwj/anquanlw/200902/anquanwj_6217 .html本文来自: 中国煤矿安全生产网 () 详细出处参考:/anquanwj/anquanlw/200902/anquanwj_6217 .html钻井法凿井综合多种技术工艺,通过在地面专门研制的大直径钻机,驱动钻杆、钻头和破岩刀具向地层钻进(图3),我国现有钻机设计最大钻井直径达12m,最大(图3)钻井法凿井钻进示意图钻进深度800m。
浅析大直径深立井井筒快速施工技术
随着人们对地下水资源的日益需求,深井取水成为了当今社会中一项重要的工程措施。
而大直径深立井则是深井取水工程中一种重要的技术路线,其在井筒开挖、井壁施工、支
护加固等方面均有着独特的优势。
大直径深立井的开挖与施工通常采用钻掘机进行,因此可以有效地减少人工劳动强度,提高工作效率。
同时,大直径深立井的井壁施工也采用了新型的钢模支护技术,使支撑杆
与模板形成一个整体,从而最大限度地减小漏沙、留孔等质量问题,确保施工的质量和安全。
大直径深立井井筒快速施工技术还采用了先进的抽芯技术,可以减少弃土量,并且能
够避免土方对井筒基础产生过大的负荷,确保了井筒的稳固性和持久性。
此外,该技术还
可以有效地管理现场施工流程,避免施工过程中出现不必要的浪费和安全隐患。
值得一提的是,大直径深立井井筒快速施工技术在保证工程质量的同时,也能够快速
地完成施工任务。
采用优化的施工方案和高效的施工设备,能够大幅缩短施工周期,从而
更好地满足人们对地下水资源的需求。
总之,大直径深立井井筒快速施工技术在当前的深井取水工程中具有重要的应用价值。
通过采用先进的技术和设备,可以提高工作效率,减少施工成本,优化工程质量和安全,
为人们的生产和生活提供更好的水资源保障。
浅析大直径深立井井筒快速施工技术大直径深立井井筒快速施工技术是指利用先进的施工设备和工艺,快速高效地完成大直径深立井井筒的建设。
随着现代工程建设的不断发展,大直径深立井井筒在城市供水、排水、地铁建设等领域得到越来越广泛的应用。
如何提高大直径深立井井筒的施工速度和质量,成为了施工者们的重要课题。
本文将从设备、工艺和管理三个方面对大直径深立井井筒快速施工技术进行浅析。
一、设备1. 高效的钻机大直径深立井井筒的施工需要使用强力的钻机,以实现对深层地质的有效穿透和取土。
目前市面上普遍使用的是液压式旋挖钻机,其具有功率大、效率高、自动控制等特点,能够满足大直径深立井井筒的施工需求。
钻机的自动化程度也得到了很大提高,可以实现远程操作和监控,提高了施工的安全性和稳定性。
2. 高效的取土设备在进行大直径深立井井筒的施工时,需要大量的取土设备来有效地处理地层土壤。
传统的取土方式主要是依靠人工或者小型机械,效率低下且易出现堵塞等问题。
现在施工中普遍使用的是具有强大取土能力的削岩机,它具有高效、自动化操作、减少人工干预等优点,大大提高了取土效率,确保了施工的顺利进行。
对于大直径深立井井筒的施工来说,高效的钻具和工具也是不可或缺的。
例如大口径扩孔器、大直径钻头等工具及配件,它们可以有效地提高钻进速度和穿透深度。
还有保护套管、集合管、搅拌桩等专用工具,可以有效地保护井筒及相关设备,确保施工的顺利进行。
二、工艺1. 连续壁桩施工技术在大直径深立井井筒的施工中,连续壁桩施工技术是一种比较成熟的工艺方式。
它能够有效地保证井筒的垂直度和圆整度,并且具有较高的承载力和密封性。
通过合理设计和施工,可以在较短的时间内完成井筒壁的施工,提高施工效率和质量。
2. 高效的注浆技术在井筒施工中,注浆是非常重要的一环。
注浆可以有效地加固土层,提高井筒的稳固性和密封性。
现在市面上普遍使用的是高效的注浆设备和材料,例如泵送机、注浆剂等,能够实现快速注浆,并且具有优良的封闭性和抗渗性,提高了井筒的使用寿命和安全性。
高海拔下超大直径深调压井施工工法一、前言高海拔下超大直径深调压井施工工法是一种针对高海拔地区进行钻井施工的技术方法。
由于高海拔地区的气候、地质和环境条件的复杂性,传统的钻井方法往往难以适应。
因此,本文将介绍一种适用于高海拔地区的超大直径深调压井施工工法,以解决高海拔地区的钻井难题。
二、工法特点1. 超大直径:该工法可以实现直径较大的井筒,能够容纳更多的水和气体。
2. 深调压井:该工法通过井筒内的负压力来控制地下水位,实现井下作业。
3. 适应高海拔:该工法结合高海拔地区的特点,采用特殊技术措施,确保施工顺利进行。
三、适应范围该工法主要适用于高海拔地区,特别是山区和高原地区。
在这些地区,地下水位较高,传统的钻井方法难以有效控制地下水位。
而超大直径深调压井施工工法能够通过负压力来调控水位,解决钻井过程中的地下水问题。
四、工艺原理超大直径深调压井施工工法的核心原理是通过井筒内的负压力来控制地下水位。
首先,在施工前需要对井筒进行冲洗,并安装负压泵以实现负压状态。
然后,通过负压泵的作用,将地下水吸出,实现井下作业。
这种原理能够有效控制地下水位,保证施工过程的顺利进行。
五、施工工艺1. 项目准备:确定施工地点、制定施工方案、调配施工队伍和机具设备。
2. 冲洗井筒:使用高压水泵对井筒进行冲洗,清理杂质,确保施工质量。
3. 安装负压泵:将负压泵安装在井筒内,使其能够实现负压状态。
4. 吸水与回水:启动负压泵,将地下水吸出井筒,同时通过回水管将水排出。
5. 井下作业:在井筒内进行各项作业,例如钻井、取芯、安装套管等。
6. 完工与拆除:施工完工后,拆除井筒,并对现场进行清理,确保施工安全。
六、劳动组织施工过程中需要组织的劳动力包括工程技术人员、钻井工、泵工、机械操作工等。
根据工程规模和施工进度,进行合理的劳动组织,确保施工顺利进行。
七、机具设备1. 高压水泵:用于冲洗井筒,清理杂质。
2. 负压泵:实现井筒内的负压状态,控制地下水位。
浅谈煤矿大口径工程井钻井技术发布时间:2022-10-19T07:01:41.875Z 来源:《中国建设信息化》2022年第11期第6月作者:刘祝福[导读] 在煤矿大口径工程井钻井的过程中,基于钻孔中煤的运动过程,可以从个方面对刘祝福七台河市不动产登记中心摘要:在煤矿大口径工程井钻井的过程中,基于钻孔中煤的运动过程,可以从个方面对传统钻孔技术进行改进,选用大功率、大扭矩钻头和选择合理的钻具参数和较好的打粉方式,形成了"大功率钻头、浅叶片螺旋钻杆、风压在风中"的施工过程。
煤矿大口径工程井钻井技术高了钻孔效率,值得借鉴和参考。
关键词:煤矿大口径工程井;钻井技术;方案前言:煤矿大口径工程井一般采用钻孔抽放瓦斯的方法来消除瓦斯灾害,而沿煤层钻孔是瓦斯抽放的重要方式。
世界对能源需求和碳氢化合物收集转型的需求正在加速。
这归因于技术进步、发展重点和环境问题的综合作用。
与钻井活动相关的工艺、技术和创新都会对钻井效率、安全性和经济性产生重大影响,在释放碳氢化合物资源时必须将其保持在可接受的水平。
地下资源开发取决于以安全且具有成本效益的方式钻井。
1.煤矿大口径工程井钻井技术概况1.1钻孔的选择煤矿大口径工程井一般是指坚固系数f在0.5以下的具有突出特征的煤体。
顺层钻孔施工过程中,容易出现"钻孔"现象,即在地应力、瓦斯压力、软煤和钻杆扰动力等四个因素的共同作用下,局部直径钻孔远大于钻孔的理论直径。
"钻孔"的产生导致钻井负荷增加,排渣量增加,难以在短时间内将煤体内新的钻屑排在"钻孔"之前。
当钻杆的切向摩擦力大于钻杆的扭矩时,钻杆会直接被锁死,钻杆会丢失.通过分析钻井施工过程中存在的问题和工作面的实际情况,大多数顺层钻孔施工小于设计深度,主要是由于传统钻机功率小,一旦钻孔塌陷,导致钻机负荷增加,钻杆转动减慢,导致钻杆排煤粉通道堵塞,造成钻杆卡钻、卡死现象,无法钻进。
煤矿井筒大直径钻井法凿井技术作者:佚名安全文集来源:本站原创点击数:更新时间:2009-2-21-煤矿井筒大直径钻井法凿井技术煤炭科学研究总院洪伯潜摘要:在深厚含水冲积层中建设煤矿井筒,需要采用特殊施工方法,钻井法凿井是一种安全、可靠、技术先进的煤矿井筒施工方法,它的应用,实现了竖井井筒施工技术的突破;我国60年代末采用钻井法施工了第一个井筒,30多年来,逐步攻克了“国产化、高效率、打直井、少污染、大直径、薄井壁” 等方面的课题,使钻井法凿井技术实现稳定发展,率先完成了近600m深井筒的建设,综合技术达到国际领先水平。
关键词:深厚冲积层煤矿井筒钻井法凿井泥浆护壁悬浮下沉井壁一、前言自从有了煤矿竖井以来,无论是原始的人工开挖,还是技术发展后的机械化掘砌,都离不开凿井工人下井在地层中窄小的空间操作,劳动条件差。
在含水冲积层中建设煤矿井筒,需要采用地层冻结法、钻井法、围幕法和降低水位法等特殊方法施工。
钻井法凿井是一种安全可靠,成本低、质量好的煤矿大直径井筒施工方法,机械化程度很高,尤其适合于深厚含水冲积层的井筒施工,它的全部工程(包括地层冻结法的地层改性、挖掘、矸石提升和井筒支护等施工工序)在地面操作,工人无需下井,改善了劳动条件,无职业病危害。
我国自60年代末开始应用以来,在工程实践中体现出了其强大的生命力,因而深受广大矿井建设者的欢迎,并获得迅速发展(图1,2)。
钻进(图3),我国现有钻机设计最大钻井直径达12m,最大本文来自: 中国煤矿安全生产网 () 详细出处参考:/anquanwj/anquanlw/200902/anquanwj_6217 .html本文来自: 中国煤矿安全生产网 () 详细出处参考:/anquanwj/anquanlw/200902/anquanwj_6217 .html钻井法凿井综合多种技术工艺,通过在地面专门研制的大直径钻机,驱动钻杆、钻头和破岩刀具向地层钻进(图3),我国现有钻机设计最大钻井直径达12m,最大(图3)钻井法凿井钻进示意图钻进深度800m。
钻进时用泥浆临时支护井帮和冷却钻具。
通过钻杆中的风管送入压缩空气,用压气升液法将泥浆高速排上地面(又称反循环洗井),达到冲洗井底和携带钻屑的目的。
含钻屑的泥浆,经过地面净化处理,返回井中,多余废浆和成井后的大量弃浆可经过快速处理,固化或还原成水和土。
井孔钻进为了合理利用设备能力和保证质量,一般采用一次超前,分级扩孔,钻进参数监控,恒钻压自动给进的减压钻进方式。
当钻孔达到设计直径和深度后,将地面分节预制好带有井壁底的钢筋混凝土井壁或钢板混凝土复合井壁,在充满泥浆的钻孔中用钢法兰盘逐节连接,悬浮下沉至井底作永久支护,已完成的工程井壁总重量达2万多吨(图4)。
最后在井壁外围用水泥浆和其它材料,根据地层条件分段进行置换泥浆的充填固井。
成井偏斜率根据井型不同,控制在0.4‰(主、副井)~0.8‰(风井)以内。
德国工程师肯特(Kind) 1850年用改造的冲击钻钻成了世界上第一个直径4.25m,深98m的井筒。
1871年德国工程师霍尔格曼(Honigmann)研制了超前孔直径2m,经11次扩孔达到7.65m,可钻深512m分级扩孔的旋转钻机,至上世纪中叶,在西欧钻了40余个井筒,最大钻进直径7.53m,深度422m,该钻机的基本形式和工艺沿用至今。
20世纪70年代德国生产的L-35,L40型钻机均属此类(图5)。
前苏联从20世纪30年代开始为矿井建设研制大直径钻机,至50年代先后研制了分级扩孔钻机、环形取心钻机,和涡轮钻机。
各种钻机先后施工井筒100多个。
美国1910年开始研究钻井法凿井,美国钻井界认为,当钻井直径<3.6m时,钻井法具有最佳经济效益。
因而在小直径硬岩钻井设备和技术方面处于领先地位。
1980年为煤矿和铀矿建设需要,休斯公司在70年代生产CSD-820钻机的基础上,经过改型、扩大钻机能力,研制了CSD-300型钻机(图6),设计最大钻井直径6.096m,最大钻井深度609.6m。
1981年10月在澳大利亚西部的阿格纽镍矿岩层中,钻成一个直径4.267m,深663m的风井。
罗宾斯(Robbins)公司研制的RM系列反井钻机也很成功。
国外钻井法凿井用于施工类似我国地层条件的井筒不多,比较典型的有,德国钻机在荷兰施工的煤矿,钻井直径7.65m,深512m。
二、稳步发展的我国钻井法凿井技术我国研究钻井法凿井技术从上个世纪50年代末开始,根据当时的条件,在学习国外资料和借鉴国内相关行业经验的基础上,进行了设备配套和原理性试验。
1969年在淮北矿区朔里南风井成功地钻凿了第一个直径4.3m,成井直径3.5m,深90m的井筒,由于它技术新颖,优点突出,一些地区在很短的时间内相继配套了四台性能类似的钻机,并先后完成20个井筒的施工。
虽然这些井筒的平均钻井直径仅5.1m,平均深度141m,在钻进速度及效率方面,还远不能满足煤矿竖井建设的需要。
但通过这些钻机的工程实践,比较完整地总结出了具有我国特色的大直径井筒的钻井工艺,为70年代陆续进行ND—1型、SZ9/700型和AS9/500型煤矿大型钻机(图1)的研制奠定了基础。
这些大型钻机充分考虑了钻凿煤矿大直径井筒的特点和当时国内技术水平,采用地面转盘式竖井钻机形式,主机提升能力3000~3200kN,转盘扭矩200~300kN-m,设计最大钻井直径7.4~9.0m,最大钻井深度500~700m,基本适应了大直径深井钻井工程的需要。
大钻机采用抱钩提升、转盘旋转无级调速,恒钻压自动给进,起下钻具时各抱卡压气驱动,钻进过程钻进参数控制台面自动显示,集中操作等一系列先进技术,机械化和自动化程度较高,从而大大地提高了我国钻井法凿井的技术水平,这些钻机已成为我国钻井法突破500~600 m深大井筒钻进的基本设备。
“六五” 期间攻克了曾一度阻碍我国钻井法凿井发展的瓶颈技术——破岩刀具,并投入成批生产,实现了全部设备国产化;开发研究了“低密度钻井泥浆”和“高效泥浆处理剂”等课题,大大提高了钻孔护壁机理研究和实施的水平;“七五”期间研究完成散装水泥壁后充填机械化,使钻井法凿井摆脱了最后一道笨重体力劳动,实现了全部工序机械化,为我国煤矿钻井法凿井技术赶超世界先进水平创造了条件。
期间完成了淮南潘三煤矿西风井,穿过冲积层440m,钻深508m的井筒,使我国煤矿钻井法凿井综合技术达到世界先进水平。
又开展了“大直径薄井壁”和“约束混凝土在井壁结构的应用”等课题研究,在井筒深部采用内钢板钢筋混凝土复合井壁和双钢板混凝土复合井壁,成功地完成了谢桥西风井通过冲积层厚405m,钻井深度464.5m,成井直径7.0m的井筒。
世纪之交竣工的淮北许疃煤矿,主、副、风三个井筒都采用钻井法施工,偏斜率仅有0.1‰和0.2‰,在钻井法施工主副井技术上取得了新的突破。
这是钻井法凿井在长期实践中对钻井参数不断研究完善的结果。
进入21世纪,根据我国经济发展和煤炭资源赋存的实际情况,开发东部深厚冲积层覆盖的煤炭势在必行,它对国家和该地区可持续发展意义重大,但难度很大。
国家科技部将《600m深厚冲积层钻井法凿井技术研究》列为“十五”科技攻关计划,以龙固主井作为攻关依托示范工程。
通过业主、科研、设计、施工协作各方的共同努力,开展了专项技术攻关,解决了巨野煤田发现20多年来,未能开发的深厚冲积层井筒施工技术,安全、快速、高质量的完成了龙固煤矿三个井筒的建设任务,为巨野煤田全面开发和我国东部地区深厚冲积层凿井提供经验。
综合技术达到国际领先水平。
至今,钻井法凿井在我国已竣工61个井筒,累计长度16000多m,其中深度超过300m的有21个,深度超过400m的有10个,施工井筒平均深度逐年增加(表1)。
另有郓城风井和深度都在650m左右的板集煤矿主、副、风三个井筒,淮南张集北区综合井成井直径8.3m等井筒,正在钻进施工,最大钻井直径达10.8m 。
(表2)列出了我国至今已施工深度超过500m的井筒。
为了进一步提高钻进效率,加快建井速度,降低成本,满足特大直径井筒施工的需要,2004年研制出并投入使用的AS12/800竖井钻机(图7),设计大钩提升能力6376kN,转盘最大扭矩500kN•m,最大钻孔直径12m,可钻最大深度800m。
2005年开始研制AD130/1000竖井钻机,设计大钩提升能力8000kN,转盘最大扭矩600kN•m,最大钻孔直径13m,可钻最大深度1000m,这些新钻机的投入,将进一步促进我国煤矿钻井法凿井技术向前发展。
三、龙固煤矿主井近600m钻井法凿井实例龙固煤矿位于山东省巨野煤田中部,经技术经济论证,优化设计,主井采用双井筒提升方案,井筒直径5.7m,采用钻井法施工,穿过冲积层546.48m,钻井法成井深度582.75m,是当时国内外穿过冲积层最厚、钻井法施工最深的井筒。
为此,国家科技部将《600m深厚冲积层钻井法凿井技术研究》列入“十五”国家科技攻关计划,并将龙固主井作为攻关依托示范工程(图8)。
根据当时的设备的条件,采用AS9/500型钻机进行改造,将原钻机转盘扭矩由300kN•m提高到400kN•m;电路系统以PLC数字控制整流系统、取代可控硅整流、模拟信号控制,无级调速,调速范围宽,故障率低,操作方便,运行更可靠,大大提高了纯钻进时间。
钻进采用一次超前(Ф4m),两次扩孔(Ф7.1m和Ф8.7m)的钻进工艺。
龙固主井地层条件复杂,第三系冲积层以粘土质地层为主,约占80%,其中又以膨胀性粘土居多,钻进中极易发生膨胀缩径卡钻和泥包钻头。
通过研究复杂地层的合理泥浆护壁条件及钻井参数,采取严格控制泥浆的失水量,抑制粘土膨胀。
经过筛选实验,选用纯碱分散剂、三聚磷酸钠稀释剂和钠羧甲基纤维素降失水剂作为该井钻进泥浆复合处理剂,以维护泥浆临时支护性能,防止了钻进中井孔缩径、塌帮,减少泥包钻头,保证井孔完好。
龙固矿主井近600m深,悬浮下沉井壁时间长,要求泥浆具有良好的稳定性,研究采用两性离子聚合物FA367作为后期泥浆处理剂,调整下沉井壁时所需的泥浆性能,使其粘度、胶体率和稳定性保持在一个合适的范围内,保证井壁安全下沉到底。
为了防止井筒建成后,因井下工作面采掘,地层下沉引发竖向附加力导致井壁局部破坏事故,通过对工程实测、模型试验和相关规程的综合分析,井壁设计荷载引入平均值为25 kPa(2.5t/m2),的竖向附加力,并进行了复杂受力条件下结构综合强度计算,增强了井壁长期使用的安全。
井筒深部采用拥有自主知识产权的单内钢板约束混凝土井壁,以钢筋混凝土作为主要承力体,外层受力变形,将力传递给内层钢板,钢板又以径向力的形式反作用于外层钢筋混凝土筒体,使其内侧产生径向约束压应力,该应力达到一定值后,筒体内側径向应变小于混凝土的极限值,井壁就不会破坏。