1、龙固主井(双井筒)近600m 钻井法凿井技术研究与应用,新汶矿业集团有限责任公司煤炭科学研究总院北京建井研究所中煤特殊凿井（集团）有限责任公司煤炭工业部济南设计研究院,汇报内容一. 立项背景和目的 二. 项目研究的关键技术三. 成果主要创新点四. 主要技术经济指标和经济效益五. 与国内外同类先进项目对比六. 推动技术进步的作用和推广效果,一.立项背景和目的,1.煤炭是我国的主要能源，开发东部地区深厚冲积 层煤矿，是深井开发的组成部分，对促进煤炭生产健 康发展，满足国民经济持续发展有重大意义。 2.山东巨野煤田可采储量近15亿t，发现20多年未 能开发，就因上部覆盖600m左右的冲积层，我国特殊
2、 凿井技术水平还不能适应，要求有大的突破。本项目 旨在解决近600m深厚冲积层钻井法凿井施工工艺的可 行和井筒长期使用安全.(国家“十五”科技攻关项目）,3.钻井法凿井是一种打井不下井，安全、无职业病 危害、成本低、质量好、全部作业在地面操作，机械 化程度很高的井筒施工方法，本课题立项具有促进科 学技术进 步的重要 意义。,钻井法凿井施工现场,操作室,二、项目研究的关键技术 1.研究深厚冲积层钻井法凿井全面达到安全、 快速、高质量、低成本综合效果的技术措施。 2.解决冲积层中井壁的长期使用安全，二十年来， 井筒因竖向附加力（过去未发现、设计也没考虑）造 成的破坏事故，时有发生，因此，全面研究井
3、壁受力 条件,增强井筒使用安全,是本项目研究的技术关键。 3.研究适合于深厚冲积层钻进的钻井参数和护壁泥 浆，防止厚粘土层缩径、塌帮，破碎岩层掉块，保证,井孔质量，为最终成井创造条件。 4.解决井壁结构强度要求和悬浮下沉安装对结构自 重限制的矛盾，巨大的地压荷载和竖向力组合后，对 井壁强度要求高了，而井壁厚度大了就悬浮不起来， 没法安装，这是本项目得以实施的前提，也是钻井法 凿井发展的关键。 5.近600m长井壁悬浮下沉，结构整体竖向稳定性的 控制，是保证工程施工安全和井筒有效断面的条件。,三.成果主要创新点,1.龙固主井穿过冲积层546.48m,钻井深度582.75m, 是国内外钻井法穿过冲
4、积层最厚、深度最深的井筒。 经专家鉴定认为：本项目在国内外首次解决了近 600m深厚冲积层中钻井法凿井井壁结构及钻井工艺 的关键技术难题，是钻井法凿井技术研究的重大突 破，综合技术达到国际领先水平，为山东省巨野矿 区的全面开发建设以及我国东部地区深厚冲积层建 井提供了宝贵经验。,2. 通过工程实测、模型试验、相关规程的综合研 究，首次提出竖向附加力的取值，并引入井壁结构 设计。附加力的具体取值是：埋深150 m PS =15 kPa 1.5t/m2埋深 150 m PS =25 kPa 2.5t/m2,实测资料(首次实测到的竖向附加力),建井所模型试验,壁后充填碎石条件壁后充填水泥浆,3.首次
5、全面采用拥有自主知识产权的单内钢板约束 混凝土井壁。增加了复杂受力条件下，井壁径向应变 的结构分析计算内容，增强深厚冲积层中井壁长期 使用的安全。 t = - PwRw2/(Rw2-Rn2)(1+Rn2/R2)r = - PwRw2/(Rw2-Rn2)(1-Rn2/R2)z = - Qz / F,用广义虎克定律可求出:各方向的应变t=-t c (r z ) /Ecr=-r c (z t ) /Ecz=-z c (t r ) /Ec 而井筒中混凝土井壁内侧（自由面）的径向应力r 为0，抵抗拉应变能力很弱，当拉应变r大于混凝土 极限拉应变时，井壁就发生破坏。,研究采用具有知识产权的单内钢板约束混凝
6、土复合 井壁和相应的计算方法，钢板反力增大了井壁内侧 混凝土的径向应力r ，从而减小井壁的内侧径向拉 应变r，使它小于混凝土极限拉应变，井壁就不会 破坏（钢板厚度根据实际计算求得）。同时保留钢 筋混凝土的基本特性，相对强度高，施工质量有保 证。解决了井壁强度要求与悬浮下沉安装对结构自 重限制的矛盾。,削球厚壳井壁底,研究成功新型结构-削球厚壳井壁底,采用先进 的结构设计软件，求解筒壳交点内力协调的最佳壳 体夹角，使总厚度仅700mm井壁底，经受了22000t 悬浮下沉荷载的考验，结 构合理、施工方便。,首次将C70高强高性能混凝土成功应用于双向受约 束的钻井井壁，解决了施工中结构与温度裂缝难题
7、， 确保了施工质量。 4通过数理分析和模型试验，探求深井井壁悬浮下 沉过程整体竖向稳定的力学特征和保证条件，采取 控制配重水加量；节间连结沿厚度多点垫铁、提高节 间注浆材料抗压强度达 2530MPa；结石率超95%， 保证井壁自重传递均匀。有效地防止了井壁悬浮下沉 安装过程发生结构整体失稳，保证井筒安全和主井对,垂直度的要求。,井壁悬浮下沉,5.研究应用了深厚复杂冲积层钻井工艺参数、泥浆 参数及处理技术，保证井孔规整、安全快速钻井，解 决了深厚粘土层和高地应力引起的缩井、塌帮、风化 基岩掉块难题。研究采用两性离子聚合物FA367等复合材料作为泥 浆处理剂，增强了泥浆稳定性保证井壁高质量下沉到
8、底就位。,四.主要技术经济指标和经济效益,1.龙固主井（双井筒）同时施工，各工种仅250人， 24个月建成（包括设备装卸、钻进、井壁制作及悬浮 下沉安装、壁后充填固井),安全、效率高,技术先进。 2.安装近600m（相当于200层楼高）、2万多t重的井 壁,偏斜仅134mm，井筒有效直径大于5.6m，满足主井 使用要求,经近二年复杂受力条件的考验一切正常，无 漏水现象，是钻井法凿井在深主、副井应用的重大突 破。,3.已获得“多层钢板叠合结构的钢板混凝土复合井壁”实用新型专利（ZL01 2 78747.1）。 4. 主井采用钻井法施工双井筒，降低施工难度，加快建设速度，降低工程造价1573万元。
9、龙固主井顺利实施后，龙固风井、郓城风井改为钻井法施工，为建设单位节省投资4872万元以上。 5.钻井单位应用研究成果，在龙固主井、风井、郓城风井等7个井筒的钻井工程中应用，增收节支15702万元。,五.与国内外同类先进项目对比,六.推动技术进步的作用和推广效果,1.本项目研究成功，解决了深厚冲积层600m钻井法 凿井的关键技术,使我国钻井法凿井技术水平,实现一 次大的跨越。 2.巨野煤田有五对矿井,煤炭可采储量近15亿t，共 需开凿16个以上井筒，可开采60100年。龙固主井实施之后，风井改用钻井法施工，成井深 度580m，井筒直径6m，钻井直径9.0m，现已竣工。已在郓城风井(580m)推广
10、应用, 正在施工。万福矿风井也计划推广这个成果，正在设计。,3. 它的建设经验不但对全面开发巨野矿区，拉动菏 泽地区的经济起步，促进山东省经济快速发展，乃至 我国东部深厚冲积层的矿井开发有重要意义（其后安 徽省板集煤矿、张集北煤矿等五个钻井法凿井井筒相 继开工）；对缓解煤炭资源与地区经济发展的逆向分 布有重要战略意义.经济效益和社会效益极其显著。获2005年煤炭工业科学技术特等奖,主 要 完 成 人 员（一）,主 要 完 成 人 员（二）,谢 谢 !,CCRI,内钢板-钢筋混凝土结构的优点充分发挥钢板的作用。主要起作用的是内层钢板； 在钢板厚度不变的条件下，厚度越大，钢板在断面 中的相对含量越
11、低，而钢筋混凝土可由钢筋来加强； 按国家规范钢筋混凝土的混凝土计算强度大于素 混凝土，综合材料利用率高； 计算方法明确，己被模型试验和工程实践所证明 质量容易保证，可以随时检测井壁混凝土的质量。,关于废浆问题：钻井泥浆是不稳定含水地层（冲积层）钻 孔护壁的必需条件，有特殊要求。工程结束后，根据各地条件 不同，废浆可以采取以下方法处理： 1.存池自然干燥后推放，这样占地多。 2.进行固化处理，处理费100元/m3左右 。以龙固主井为例，一 个井筒钻孔的体积（按590m算)约3.5万方，加上循环用浆，泥 浆总量约5万m3 ，需固化处理费500万元,每m井筒的处理费为 8500元，约占总造价的6% ，现在就可以做到。 3.采用无污染绿色（循环）生产方法利用废浆制砖，根据井 筒建设的流动性和不稳定性特点，正另立课题研究。,关于成井速度的对比。由于各自的习惯不一样，得出结果的含义也不一样: 钻井法工期是以开钻到壁后充填完移交井口为止， 如果从进点算差一个月。冻结法工期有的是从井筒开挖到套壁完为止，打冻 结钻和地层冻结时间不算，如果从进点算，以龙固副 井为例，不少于一年。 对深度的表达标准不一样，冻结法用的是冻结深度 （比井筒深）；而钻井法用的是成井深度，比钻井 深度浅。（约3-5m),
