摘 要:钻井法凿井作为立井井筒施工的特殊凿井重要工法之一,在我国的矿井建设中起着非常重要的作用。本文简要介绍了我国近年来钻井法在设备和施工工艺、井壁设计等方面的改进和提高,并对钻井法施工工艺进行了分析,对目前钻井工艺存在的不足之处提出了个人的看法和思路。
关键词:钻井法凿井;泥浆处理
钻井法凿井作为立井井筒施工的特殊凿井重要工法之一,在我国的矿井建设中起着非常重要的作用。它具有地层适应性强,安全、质量好、机械化程度高、劳动强度低、造价低、节能环保等特点。因此在中国的立井井筒建设中得到了广泛推广应用,并取得了良好的经济和社会效益。
二、钻井法凿井施工技术的发展过程及现状
1、钻井设备:
1.1钻井设备的发展过程
在我国钻井法凿井40多年的发展过程中,钻井设备的发展大体可分为三个阶段:
第一、1963~1973年石油设备配套的钻井机钻井阶段;
我国钻井法凿井从上世纪50年代开始研究,中间试验立井钻井机ZZS-1在原ZJ-130型石油钻机的基础上,对其进行了配套和改造。绞车Y2-4-5型,原为柴油机机拖动改为用交流电动机(功率180kW),转盘Y7-520-2型,原为柴油机机拖动改后用100kW直流发电机组拖动。
第二、1973~1982年为使用专用钻井机阶段;
由于钻井法凿井适应性好,从而得到了迅速的推广,钻井设备也不断增加,在ZZS-1型钻井机的基础上,国内又陆续研制了MZ-Ⅰ,MZ-Ⅱ和YZ-1型钻井机,但仍不能满足工程的需要,故又设计制造了专用钻井机,这些钻机在性能上大大提高,最大提升力可达3200KN,扭矩可达294 KN·m。钻井深度大大提高到300~508m不等;钻井直径φ4.1m~φ9.0m。第三、1982~至今 为钻井设备和工艺逐步完善和提高阶段。
随着钻井设备的不断更新和新技术新工法的应用,钻井法凿井技术得到了极大地发展。在此阶段,我国引进了德国WIRTH公司生产的L40/800钻井机,此钻机由于安装简便,操作方便,钻进速度快,很快被推广应用。在进入21世纪后,为适应煤矿井筒建设的需要,中煤特殊凿井(集团)有限责任公司对AS-9/500型、L40/800型钻机进行了改造,使其在钻井直径、提升能力、扭矩、控制系统方面得到了很大地提高。同时从2004年开始,着手研制能力更大的新型钻机。先后研制出AS-12/800型钻机、AD120/900型钻机和AD130/1000动力头型钻机。钻机在性能上大大提高,最大提升力可达7000KN,扭矩可达600KN·m,钻井深度可达1000m,钻井直径φ13m。在些阶段共钻煤矿井筒51个,最大钻井直径10.8m,最大钻井深度660 m,井壁最大厚度为1000mm,混凝土最大标号为C75,成井最大直径8.3m,全断面钻进最大直径7.7m,创造了一钻成井施工工艺。其中井深超过400m的井筒有18个。
1.2立井钻井法施工设备的研究方向
在中国的新井建设中,尤其在山东、安徽、河南、河北等省,新建矿井的煤层都处于600m以上、甚至达到800m深厚表土地层的覆盖之下,井筒建设深度更达1000米以上,井筒建设面临着穿越深厚不稳定表土地层的现实问题。2、钻井工艺:
2中国钻井工艺的发展过程
在钻井工艺的发展上,中国也先后经历了这几个阶段:
初期研究阶段:采用以“转盘拖动, 减压钻进; 一次超前, 分级扩孔, 泥浆护壁, 反循环洗井,井场预制井壁悬浮下沉, 壁后充填水泥浆固井(外管)”为基本内容的施工工艺。
稳定发展阶段:在初期阶段的基础上,采用了以抱钩升降、转盘旋转无级调速, 恒钻压自动给进,钻进参数控制台面自动显示, 集中操作和超声波测斜等一系列先进技术为内容的施工工艺。
逐步提高阶段:在稳定发展阶段的基础上,采用油缸升降、动力头旋转无级调速,PLC控制,并级钻进,漂浮充填,钻井泥浆固化处理等先进工艺,加大了钻机的能力,提高了钻井速度,减少了辅助作业时间,提高了钻井效率。
根据我国钻井法施工多年的发展历程,我们知道影响钻井法发展的主要问题有:⑴、综合成井速度;⑵、岩石钻进问题;⑶、环保问题。
综合以上问题,我们已经开展了一定的研究工作,特别是在泥浆固化处理的研究上取得了可喜的成绩,目前泥浆固化处理技术已经得到了推广应用,解决了钻井法施工的环保问题。所以在中国制约钻井法发展最根本的问题是综合成井速度问题。要解决好以上问题,作者认为必须要从以下几个方面进行研究:①、钻机及辅助设备的能力;②、岩石钻进钻具的研制;③、泥浆循环能力和效率的问题。
三、钻井法凿井施工技术的前景展望
钻井法施工技术的发展方向是以国内外立井井筒建设的需求为前题。目前国内立井井筒建设主要的需求是以深度在700m以上、软岩钻进、大直径、快速成井为主要特征。针对这些需求,钻井法施工目前主要要解决好深井支护的基础理论、岩石快速钻进技术、大断面钻井高效洗井技术、特大型钻井机等的研究。四、结语
四、结语
钻井法凿井作为一种立井井筒施工的特殊凿井重要工法,在我国经过长期研究发展,其技术已达到相当先进的程度,但为了适应新形势下井筒建设的需求,其技术仍有许多需要进行提高和发展的地方,我相信,通过我国广大钻井施工技术人员的共同努力,钻井法凿井技术一定会很快得到进一步的提高。
参考文献:
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