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第3章 钻井法 第一节 概述 第二节 立井钻机 第三节 井筒钻进 第四节 洗井与净化 第五节 钻井井壁 第六节 反井钻进 第七节 井筒掘进机施工技术 第一节 概 述 一、钻井法的实质及分类 钻井法是以钻头刀具破碎岩石，用泥浆或其它介质进行洗井，护壁和排碴，一般在井筒钻至设计直径和深度后，再进行永久支护的一种机械化凿井方法。 第一节 概 述 钻井法按钻井机(简称钻机)工作机构的驱动装置安装位置，钻进破岩方式和钻进工艺特点进行分类。 根据驱动装置的位置不同有：地面驱动的转盘钻机和井下动力钻机两种。目前应用最广的是转盘式钻机，而且，近年来已开始应用地面液压马达驱动的钻机。井下动力钻机，则有潜入式钻机、涡轮钻机和井筒掘进机。 第一节 概 述 按照钻进破岩的方式不同，可分为全断面、多次扩孔和取岩芯钻机等。 随着钻井技术的发展，适应各种工程条件，出现了不同的钻井工艺。如立井钻机钻井法、反井钻进法和井筒掘进机钻井法，形成现代钻井的三种基本型式。 第一节 概 述 二、钻井技术的发展 我国钻井技术经历了三个发展阶段：第一阶段是利用石油钻机钻凿200m以内深度的表土；第二阶段是研制煤矿专用的大直径钻井机，在深度200－300m，表土较厚的矿井推广使用；第三阶段，钻探300－600m，钻凿表土和岩石兼有的大直径井筒。1984年用AS—9／500型钻机在潘三西风井的成功应用，(钻井直径9m，深度达508.2m)标志了我国钻井在三个关键技术，即机具、泥浆和井壁施工技术方面均达到了一定的水平。 第一节 概 述 三、钻井技术特点 与其它井筒施工技术比较，钻井法具有以下显著特点： 1)施工机械化。不论是立井钻机、反井钻机或井筒掘进机，均实现了凿井工艺的综合机械化和部分工艺的自动化。由于钻井法钻凿速度快、节省劳力，据一些国家统计，其建井投资费用比普通钻爆法约低15—40％。 2)施工地面化或远距离控制操作，彻底改变了井下作业方式，从根本上改善了工人劳动和安全条件。井壁在地面预制，增加了井壁的强度和稳定性，提高了工程质量。 第一节 概 述 3)适用于各种不同的地质及工程条件。钻井法不仅可以用于松散、不稳定的含水层，改善了刀具的钻井机又可用于钻凿稳定、坚硬的基岩，从而作到一次完成井筒全深的钻进作业。立井、斜井及其它地下工程的垂直、倾斜通道也可用钻井法施工。 第二节 立井钻机 一、立井钻机凿井的工艺流程 立井钻机凿井的施工可以分为三个基本工艺流程，即钻进、洗井和支护。现以AS—9/500型立井钻机为例叙述如下： 第二节 立井钻机 (一)钻进 钻进是钻机以钻头刀具连续破碎岩石，钻成井筒空间的工艺过程。井筒钻进时,由安装在地面钻台上的转盘，通过主动钻杆和钻杆，驱动钻头旋转。钻头连接钻杆，通过大钩，游车和天车，悬吊于绞车上。因只使用一部分的钻具重量对工作面形成钻压，使钻头刀具切入岩石，保证了钻头在钻压和回转力矩的共同作用下发挥破岩功能，使井筒垂直向下推进，故属减压钻进。随着井筒的钻进，在地面接长钻杆，下放钻头，工艺操作均在钻台上进行。 第二节 立井钻机 大直径井筒的钻进，因受钻机设备能力的限制，多采取分次扩孔方式。即先钻进一个直径较小的超前钻孔至设计深度，然后再分数次逐级扩孔钻进至设计直径。显然，扩孔钻进法工序转换繁杂，影响钻进速度，为此发展立井强力钻机，尽可能减少扩孔级数或采用全断面一次钻进。在坚硬岩石中一些国家采用取岩芯钻进法，以减小钻进功率消耗和刀具的磨损。 第二节 立井钻机 (二)洗井 钻进过程中井底破碎了的岩渣，用循环泥浆的方法清除，并排至地面的过程称洗井。因泥浆充满整个井筒，还起到维护井帮的稳定作用。因此，洗井和护壁是钻井泥浆的两个重要功能。 第二节 立井钻机 立井钻机利用压气排液器压气升液的原理，个断地进行泥浆循环将岩碴排出地面。压气经水龙头沿风管被送至井下，由风管底端的压气排液器中的混合器排出，大量气泡进入钻杆与钻杆内的泥浆混合，出于泥浆比重急剧下降，使钻杆内外泥浆产生压力差。凭借该压力差，泥浆以一定流速流过井底，冲洗工作面和刀具，并携带岩渣，经钻头底部的吸入口进入钻杆，并沿钻杆急速上升，经水龙头和地面排浆管排入沉淀池。泥浆在沉淀池内经沉淀净化，清除岩渣，然后返回井筒，如此循环不止。在稳定坚硬的岩层中钻井时，可以采用清水或空气进行洗井。 第二节 立井钻机 (三)支护 当井筒钻进至设计直径和深度，完成全部钻井工作之后，进行下沉井壁和壁后充填等支护固井工作。由于钻井工作结束时，井筒内充满泥浆，因此地面