1、第3章 钻井法,1 概述2 钻井设备3 井筒钻进4 洗井与净化5 钻井井壁6 钻井破岩机理7 钻井参数8 立井钻机的基本计算9 反井钻机,一、钻进前的准备工作钻井是整个矿井建设中的一环，因此对于施工安排、材料准备、水源、电源、交通条件和临时工业广场布置等都要与整个矿井的建设统筹考虑安排，才能作到多、快、好、省的建设矿井。临时工业广场布置的原则和普通凿井法相同。钻井施工准备还有以下几个特点：,第3章 钻井法,3 井筒钻进,第3章 钻井法,(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扩大井筒。它的作用是：1承受锁口上部由转台等专用车传来的载荷。这种载荷可达400吨以上
2、；2承受由于钻塔的负载及表土地压。有时还要求锁口在钻井初期起一定的导向作用；3要有一定的深度h，它能放入钻头并保证压气排液器能工作的最小没入深度使洗井液能循环和洗井。 hh1十(12)米 h0.4h2 式中： h1钻头的全高(米)； h2液面至水龙头出口的高度(米),第3章 钻井法,3 井筒钻进,第3章 钻井法,锁口的内直径dn比最大钻进直径大02一06米。钢筋混凝土的厚度按实际载荷计算。一般在地表3米以下的部分约在300一500毫米，而上部尺寸是由集中载载和一些设备尺寸的要求来确定的。锁口是否有地下室要根据钻机的要求来确定。基础工程包括钻塔基础、绞车基础、起升钻塔用滑轮组基础和各种起重设备的
3、轨道。钻塔基础尺寸主要取决于地层的承载力。当尺寸大时，可以与锁口或绞车基础连成一体，有利于施工和使用。绞车基础和起升钻塔用的滑轮组基础需要用它的重量来克服拉力。有些施工现场用地锚等办法增加与土层的结合，用以减小基础重量的方法是可取的。起重设备轨道指的是专用车(转台车、封口平车等)和龙门式起重机的轨道，应按国家运输一级轨道，或按起重机轨道标准进行铺设。,第3章 钻井法,3 井筒钻进,(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池清除岩碴运至排矸场的一些设备。这些工程的施工与井口工作无大干扰，但土方和砌方工作量较大。除了满足钻井工作需要外，还要防止夏季雨
4、水的侵蚀和冬季的防冻。完工后要准备400一500立方米的洗井液为钻机开钻之用。,第3章 钻井法,3 井筒钻进,(三)钻机的组装钻机是由许多大的部件组成的。现场组装时，首先安装起重设备，便于组装钻机和其它设备安装时使用。钻机组装分几个部分：1提吊系统设备安装都在井口附近进行，它要求个先后顺序：1)先安装钻塔和天车；2)安装绞车和缠钢丝绳；3)安装游车和大钩；4)安装水龙头和方钻杆。2旋转系统的安装包括转台车组装并把转盘安装在转台车上。它可以在井口的一侧进行然后移到井口。3钻头的组装在井口的一侧进行。使装好后的刀具平面与中心管的不垂直度小于1，这对钻井垂直很有益处。4洗井净化系统的组装比较容易。它
5、在净化场地进行，与井口设备安装影响比较小。安装时，要求调整大钩的提吊中心，转盘中心和井简中心重合。其偏差值10毫米。以利井筒垂直。整个准备工作所用时间的长短，根据钻机大小、施工安排和组织的合理程度而不同。一般需25个月。,第3章 钻井法,3 井筒钻进,二、钻进准备工作完成后，进行钻机试运转。经检查正常后，开始正式钻进。正常钻进的几个主要工序有： (一)钻头的起下与钻杆的接长组装好的钻头或是更换完刀具的钻头由钻头车或封口平车移运至井口，大钩提起钻头移去运钻头的车，大钩下放钻头至井中，封口平车(也有用封口平车上的卡瓦)卡住钻头接头处的支承台，再把装有转盘的转台车移到井口定位和固定。将钻杆移到工作台
6、由大钩提起，使钻杆的下接头穿过转盘中心孔至封口平车上部与钻头进行联结。然后提起钻头，移开封口平车，下放钻头至钻杆上部接头的支承台落在转盘上的卡瓦上为止。再取钻杆就在工作台卡瓦处联接，然后再下放钻头。依次作到钻头接近工作面为止。在钻杆内安装通压风的风管，以供给压气排液器压缩空气。风管接到设计深度为止。,第3章 钻井法,3 井筒钻进,水龙头和方钻杆是连在一起的。接完风管，大钩提取水龙头使方钻杆和风管、钻杆连接。以后下放钻头并把套在方钻杆上的转盘方补心放入转盘中心孔中。开钻前先开始洗井，再开动转盘使钻头旋转并逐渐下放到工作面钻进。当方钻杆行程快用完时，上提钻头卸去方钻杆，提出风管(也有用绳把风管挂住
7、，待接完钻杆再用绳将风管上提至接管处的)，接长一根钻杆，重新安上风管和方钻杆，又开始钻进工作。有的钻机把封口平车和钻头车合一，它的优点是减少了设备。缺点是钻头的安装与检修的专用设备不能放在钻头车上，给检修带有一些不便。当要检修钻头或更换刀具时，提取钻头的操作与下放钻头相反即：1卸去方钻杆；2提取风管；3卸钻杆；4只有最后一根钻杆在封口平车上拆卸，并将钻头卡放在封口平车上；5移转台车提出钻头放在专用车上移去检修改换刀具。,第3章 钻井法,3 井筒钻进,(二)钻进工作钻进是钻井法的二个重要环节之一。通过钻进形成井筒。影响钻进速度的因素很多，从技术上讲主要有刀具和钻压选用和掌握、转盘转数、洗井净度，
8、这三者统称为“钻进要素”将在本章第七节详述。在扩孔钻进中，合理选择钻进顺序和扩孔次数对全井的钻进速度也有很大影响。在基岩部分所占比例步步不大时，可采用超前钻一次到底，然后扩孔钻也一次到底的钻进顺序。在基岩部分所占比例很大，可采用表土层和基岩分先后的钻进顺序，即超前孔第次钻到基岩，然后扩孔钻进到基岩，下放第一层井壁后，超前孔钻破井壁底进行第二次钻进至井筒全深，再扩孔到井全深。安排钻进顺序的原则是：1为提高破岩效果，在基岩中采用清水洗井而把全井分表土和基岩两段钻进；2使改换刀盘和刀具所用的时间最短，尽可能不占钻进时间(例如：扩孔钻头钻进时，超前钻头改换刀具)。,第3章 钻井法,3 井筒钻进,超前钻
9、头和扩孔钻头的直径一般是已固定的。但有的钻机(如Bz1钻机)可在一定范围内调整钻头的钻进直径。这样就可以选择扩孔的直径和次数。选择的原则是：在转盘和提吊系统能力允许的情况下，尽量减少扩孔次数以减短工期。操作和管理对钻进速度影响也很大。司钻人只要按设汁，对不同地层施加和控制钻压，经常调整控制转盘的转数，还要观察洗井液的循环情况，并按规定取样测定。对钻机各部分工作情况及时检查了解，发现有异状应采取措施排除。对钻压、转盘转数和扭矩、钻进速度等情况要作出记录。,第3章 钻井法,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。它影响井筒支护工作和有效断面的大小。特别是深井钻进，井筒的垂直度
10、就显的更重要了。我国钻井的实践说明，在表土层和软岩中采用扩孔钻井时，最后一级扩孔的偏斜率一般可以控制在1，最大不超过15。例如：朔里南风井偏斜率为0689；杨庄东二风井为0775；大屯副井为095，而在中硬岩或硬岩中偏斜率就大些。例如陈庄主井偏斜率为142。,第3章 钻井法,3 井筒钻进,(一)产生井斜的原因钻井产生偏斜的原因很多，而且常常是各种因素综合作用的结果1操作和设备的因素钻进中没有坚持减压钻进或减压值不够最容易造成偏斜。按石油钻井要求，钻压最大不得大于钻挺重量的80。根据我国大直径钻井经验，一般钻压为钻头重量的30一70，在中硬岩层钻速低时，用加大钻头重量的办法加大钻压。否则减压数值
11、太少，容易造成偏斜。安装中大钩提吊中心和转盘中心，井筒中心不重合；或钻杆加工不直；或刀具平面与钻头中心管不垂直度大于1，也就是说钻机制造质量不好，或安装质量不好，都能造成井筒偏斜。无论是操作技术，或是钻机制造和安装质量；或是洗井效果不好都是人为造成的，它是能用人的主观能动性予以克服的。2地质条件当地层倾斜，或岩石较硬又非均质或表土层中有粘土结核或砾石时都容易发生偏斜。,第3章 钻井法,(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l3以下
12、就可以保持井直。例如美国“内华达”核试验场在凝灰岩和流纹岩中，用这个方法钻井的结果都是能保证垂直度的。一个1280米深的井最大偏斜为432毫米。这一经验有待我国在深井中实践以取得经验。3研究表明；即使是大直径井筒，如果岩石在中硬以下也以一次全断面钻进为好。并且使转盘，钻杆连结都能适应于正、反转的要求。在钻进时，正转一段时间，再反向转一段时间，对防止井斜也是有益的。这些有待我们实践和研究。4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。,第3章
13、钻井法,3 井筒钻进,(三)测斜为了及时了解并筒的垂直情况，每钻进一定深度(一般13根钻杆长)在接钻杆时，或更换钻具时，对井筒进行测斜。钻井中用过在钻杆内放大直径锤球的方法；或在钻杆内再下放一密封管，管内放上灯光测斜(和冻结管用灯光测斜相似)；也用过在钻头体上放铁皮用重锤球打印的方法测斜。1974年上海地质仪器厂基于石油钻井中井径仪的原理，研制了HJ1型井径仪。曾在大屯矿井等处使用。JJJ1型井径仪的技术特征为：这种仪器是用测量井径的办法来计算井斜的。它既可连续读数，也可以分别读数。在测井时要占用一些时间。但比上述几种方法要方便、精确的多，仪器本身显的有些笨重。近年来逐步为超声波测井仪所代替。
14、,第3章 钻井法,3 井筒钻进,现在常用的超声波测井仪有cJ501型，csx73l型等。测井仪分地面仪器和井下仪器两部分。两种超声波测井仪的地面部分相同，其井下部分仅探头部分稍有差别。测井示意见图435。cJ501型超声测井仪的井下部分见图436，探头每侧有二个，一个是发出超声波的，另一个是接收反射波的。其地面部分由xwx204型自动电位差计和记录仪组成(图437)。cJ501型超声测井仪的技术特性：,第3章 钻井法,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
15、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。在页岩中钻井也常发生。泥包钻头产生的原因和防止方法有：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。
16、,第3章 钻井法,(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有：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。,第3章 钻井法,3 井筒钻进,(三)井内
17、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(图439)用于打捞钻杆；钳形打捞器(图440)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。,第3章 钻井法,3 井筒钻进,第3章 钻井法,(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
18、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。,第3章 钻井法,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。,第3章 钻井法,3 井筒钻进,
