我国钻井法凿井设计理论与技术研究新进展PPT资料.pptx
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6、节约资源。
钻井法因井壁薄，材料总消耗不到冻结法的一半。
7、可靠性高。
钻井法施工成功率达到百分之百。
隧前道言围岩的概念与工程性质,1,钻井法凿井,1854年德国工程师钦德采用冲击式钻机成功地钻凿了世界上第一口井，1871年德国工程师霍尼曼发明旋转式钻机，以后钻井法在世界上得到了推广应用。
钻井法自1969年在淮北矿业集团朔里煤矿南风井实验成功以来，钻井法凿井国内已竣工井筒60多个，穿越冲积层最厚的是国投新集板集煤矿主井（660m）。
经过40多年的研究与应用，我国钻井法在大型钻井装备、井壁结构设计理论、施工工艺等方面均取得巨大进步，综合技术水平已步入世界先进行列。
隧前道言围岩的概念与工程性质,1,表1近五年来我国已建成钻井法凿井一览表,2.1针对两淮矿区深厚表土层及复杂地质条件，自主研发了国内、外设计能力最大，自动化程度高，性能可靠的液压竖井钻机；
集成创新了深大井筒钻井法施工成套技术，创造了国际上钻井直径最大（10.8m）、穿越冲积层最厚（584.1m）、国内最大钻深（660m）的钻井工程新记录。
2近期研究成果,
（1）研制了大型竖井钻机2003年，研制了AS12/800超大型竖井强力钻机，于2005年完成了板集煤矿副井钻井工程；
AS12/800型竖井钻机,2004年，研制了AD130/1000超大型全液压钻井机，是目前世界上设计能力最大,的竖井钻机，使用该机完成了袁店煤矿南风井的钻井工程。
AD130-1000型竖井钻机,近期研究成果,2,
（2）发展和完善了钻井井壁筒悬浮下沉竖向结构稳定性计算方法提出了符合实际工况的钻井井壁筒竖向结构稳定临界深度计算方法。
钻井井壁筒竖向结构失稳图,近期研究成果,2,（3）集成钻井法施工成套技术创新了高压泥浆中钻头滚刀密封方法；
改进了滚刀外壳齿形结构和焊接工艺；
研制了竖井钻机柔性变径接头（专利号：
ZL200420074411.7）；
首次将扩孔钻头刀盘倾角由25设计成35，提高钻井效率15%；
研制了高流动性、高结石率和高强度新型节间注浆材料（专利申请号：
2008100231496）；
首次采用了悬浮触底壁后充填新方法。
近期研究成果,2,隧近道期围研岩究的成概果念与工程性质,21,2.2以两淮矿区深厚冲积层钻井法施工典型工程为背景，采用理论分析、数值分析与工业性试验相结合的方法，研发新型超前和扩孔钻具结构、新型破岩（土）滚刀，提高破岩能力和排渣效率；
创新一扩（钻）成井施工工艺;
研发钻井泥浆无害化处理新技术等。
通过技术创新与集成，形成一扩（钻）成井成套技术，解决“一扩（孔）”快速钻井法凿井关键技术难题，实现大幅提高钻井法成井速度、有效减少环境污染之目的。
21,隧近道期围研岩究的成概果念与工程性质
（1）完成一套新型“T”型“一钻成井”岩石和一套“一扩成井”表土钻头的设计，加工制造，并投入工业性试验，取得较高的钻进效率，岩石钻头钻进速度达到了60m/月。
21,隧近道期围研岩究的成概果念与工程性质
（2）选用耐磨合金铸钢，抵抗岩石碎块对齿根部的磨损，减少掉齿、断齿，内圈采用低碳钢，具有良好的综合力学性能和可加工性，采用了一次离心铸造工艺。
21,浆压力隧近道期围研岩究1成0M果Pa念下的与工程性质滚刀密封试验和工业性试验。
达到密封效果，滚刀密封能承受井深800m钻进泥浆压力。
隧近道期围研岩究的成概果念与工程性质,21,（4）研制成功新型岩石滚刀系列，解决了岩石钻进效率低、滚刀寿命短等影响钻井法凿井发展的技术关键。
隧近道期围研岩究的成概果念与工程性质,21,（5）引进“风险概率增强系数”，进行数据分析、对比，得到“一扩成井”工艺钻井法施工风险分布的“共性”规律。
隧近道期围研岩究的成概果念与工程性质,21,“一扩（一钻）成井”工业性试验井筒参数及成果,隧最道新围研岩究的进概展念与工程性质,31,小锥角滚刀钻头,3.1钻井法凿井在西部地区应用所开展的工作钻头锥角的优化孔底角由原来的25度优化为50度，减少了钻屑的重复破碎，提高了钻进效率。
隧最道新围研岩究的进概展念与工程性质,31,3.1钻井法凿井在西部地区应用所开展的工作钻井刀具的研制中煤矿山建设集团与苏州思丹孚钻具有限公司联合研制的12系列长球齿滚刀，比以往的滚刀寿命延长1.5倍以上。
隧最道新围研岩究的进概展念与工程性质,31,3.1钻井法凿井在西部地区应用所开展的工作钻井刀具的研制中煤矿山建设集团联合国内几家长期从事钻井刀具研究的单位，就15系列高效破岩滚刀的研制开展了合作研究；
从表中可看出，承载力方面15系列刀具优于12系列刀具，其寿命也优于12系列刀具。
隧最道新围研岩究的进概展念与工程性质,31,3.1钻井法凿井在西部地区应用所开展的工作钻井导向的研究中煤矿山建设集团进行行星滚子导向器的行星滚轴采用封闭式轴承，比原来的中心开放式轴承寿命长，减少了导向的检修次数，有效提高了纯钻进效率。
隧最道新围研岩究的进概展念与工程性质,31,3.1针对钻井法凿井在西部地区应用所开展的工作针对不同地层开展了泥浆研究白垩系地层：
采用低固相泥浆。
固相颗粒含量低，洗井效过好，沉淀速度快，减少了钻屑的重复破碎，可有效提高钻进效率。
侏罗组地层：
水敏性强，采用大比重低失水泥浆。
可有效防止地层吸水发生岩块剥落。
保证了井筒的安全。
隧最道新围研岩究的进概展念与工程性质,31,钻井泥浆配置钻进泥浆配制比例：
膨润土20%，纯碱5%，磺化褐煤树脂1%。
泥浆与药剂配比：
泥浆：
纯碱：
磺化褐煤树脂：
广谱护壁剂型=100:
1:
1性能参数：
比重1.05g/cm3，马氏漏斗粘度22s，失水量22ml/30min，含砂量0.5%。
下沉井壁泥浆性能参数比重1.15g/cm3；
马氏漏斗粘度30s；
失水量15ml/30min；
含砂量0.5%；
胶体率98%；
稳定性100%。
隧最道新围研岩究的进概展念与工程性质,31,废弃泥浆处理一般情况下，单口井产生的废弃泥浆约万立方米。
由于西部地区生态环境脆弱，有效处理废弃泥浆对保护生态环境具有重要意义。
目前，国内常用“水土分离法”和“化学固化法”处理泥浆，从技术上来说，也已成熟。
隧最道新围研岩究的进概展念与工程性质,31,固化处理后产生的泥饼,隧最道新围研岩究的进概展念与工程性质,31,3.2钻井泥浆流场的研究,隧最道新围研岩究的进概展念与工程性质,31,无需使用周边的吸收口，只要适当提高中间吸收口的流量即可,3.2钻井泥浆流场的研究,31隧最道新围研岩究的进概展念与工程性质,3.3井壁结构设计以神华新街能源有限责任公司新街一井为例：
进风立井（6.5m；
井深680m）、回风立井（7.5m；
井深680m）；
自上而下可采用以下井壁结构形式：
上段：
钢筋混凝土井壁；
中段：
单内层钢板、钢筋混凝土复合井壁；
下段：
双层钢板（内、外层）、钢筋混凝土夹层复合井壁。
隧最道新围研岩究的进概展念与工程性质,31,3.3井壁结构设计以台格庙矿区立井井筒钻井法施工为例：
井筒支护结构形式自上而下选择为：
钢筋混凝土井壁，内层钢板、钢筋混凝土复合井壁，双层钢板高强高性能混凝土复合井壁。
南京设计研究对台格庙矿区立井钻井井壁结构进行了优化：
井壁结构设计及优化原则：
（1）设计荷载取1.0倍静水压力；
（2）部分控制截面钢板采用Q345；
（3）混凝土强度等级采用最高C70；
混凝土强度提高系数采用m=1.35；
隧最道新围研岩究的进概展念与工程性质,31,表3钻井井壁结构设计参数（6.5m）钢筋,钻井井壁优结构简图,最新研究进展,3,3.4板集矿井井筒修复工作副井破坏情况,隧最新新研进究展进的展概念与工程性质,31,板集副井73#井壁破坏情况,板集副井46#井壁破坏情况,1#螺栓（西北）,2#螺栓（北偏西）,3#螺栓（北偏东）,3.4板集矿井井筒修复工作副井破坏情况,隧最新新研进究展进的展概念与工程性质,31,板集副井47#井壁破坏情况,隧最新新研进究展进的展概念与工程性质,3.4板集矿井井筒修复工作主井破坏情况,31,板集煤矿主井54号与55号井壁错位,隧最新新研进究展进的展概念与工程性质,3.4板集矿井井筒修复工作风井破坏情况,31,风井99号井壁破坏情况,隧最新新研进究展进的展概念与工程性质,3.4板集矿井井筒修复工作修复情况板集矿井主、副、风三个井筒，先采用地面预注浆加固地层，进而采用冻结法在井壁外形成冻结壁，封隔地层与井筒内水力联系，在冻结壁的掩护下修复破损井壁。
目前，主井和风井井筒已修复完毕，副井正在套壁，即将修复完毕。
31,信湖煤矿主、风井钻井井壁节间抗拉等强设计新型结构研究过去，在钻井井壁结构设计计算时，主要考虑水平侧压力作用。
但随着井筒穿过地质条件的复杂性，当井壁结构竖向出现拉应力时，节间只通过法兰盘之间的焊缝连接，竖向抗拉强度差，井壁结构在竖向方向极易被拉裂，对井筒的安全使用存在不利影响，为此，在以前研究基础上对信湖煤矿主、风井钻井井壁的竖向连接再次进行加强设计计算，结果如下。
最新进研展究进展,3,信湖煤矿主、风井钻井井壁节间抗拉等强设计新型结构研究信湖煤矿主、风井钻井井壁节间竖向连接加强设计计算按照等强设计原则，即节间法兰盘处连接抗拉强度不小于上节井壁自身的竖向抗拉强度。
通过多方案对比，选择采用在井壁筒外表面法兰盘处加焊竖向连接钢板条，即通过焊接钢板条的方法来弥补法兰盘处焊缝自身强度的不足。
计算公式如下：
（1）井壁结构抗拉极限强度为:
（1）,最新进研展究进展,3,3.5信湖煤矿主、风井钻井井壁节间抗拉等强设计新型结构研究式中：
井壁结构自身抗拉强度，N；
分别为井壁内层、外层钢板截面积，mm2；
钢板抗拉强度，MPa；
混凝土抗拉强度，MPa；
井壁混凝土面积，mm2。
（2）连接法兰盘抗拉强度为:
（2）井壁连接法兰盘抗拉强度，N；
分别为井壁连接法兰盘内、外侧焊缝截面积，mm2。
最新研究进展,3,3.5信湖煤矿主、风井钻井井壁节间抗拉等强设计新型结构研究（3）连接法兰盘处井壁外表面加焊竖向钢板条后井壁连接强度：
（3）加强后法兰盘处井壁竖向连接结构，N；
分别为井壁连接结构内、外层焊缝截面积，mm2；
井壁外表面加焊的竖向钢板条抗拉强度，MPa；
井壁外表面加焊的竖向钢板条总截面积，mm2等强设计原则要求：
公式（3）计算值公式
（1）计算值,最新研究进展,3,最新研究进展,3,信湖煤矿主、风井钻井井壁节间抗拉等强设计新型结构研究风井计算结果根据上面的计算原则和风井施工图，经计算，主要结果如下：
37-43节井壁，加焊材料采用Q345、10mm钢板，加焊圆弧长度为原井壁周长的85%；
29-36节井壁，加焊材料采用Q345、10mm钢板，加焊圆弧长度为原井壁周长的85%；
21-28节井壁，加焊材料采用Q345、12mm钢板，加焊圆弧长度为原井壁周长的85%；
信湖煤矿主、风井钻井井壁节间抗拉等强设计新型结构研究主井计算结果2-3节井壁，加焊材料采用Q345、16mm钢板，加焊圆弧长度为原井壁周长的85%；
4-26节井壁，加焊材料采用Q345、20mm钢板，加焊圆弧长度为原井壁周长的85%；
27-33节井壁，加焊材料采用Q345、10mm钢板，加焊圆弧长度为原井壁周长的85%；
34-40节井壁，加焊材料采用Q345、10mm钢板，加焊圆弧长度为原井壁周长的85%；
41-47节井壁，加焊材料采用Q345、10mm钢板，加焊圆弧长度为原井壁周长的85%；
可缩接头处，加焊材料采用Q345、钢材截面积为417643mm2。
最新研究进展,3,最新研究进展,3,信湖煤矿主、风井钻井井壁节间抗拉等强设计新型结构研究主要保障措施需要说明的是以上等强设计原则要求法兰盘处内、处侧焊缝厚度不小于20mm。
因此，在现场施工时要采取措施避免过去法兰盘处焊接为点接触不利情况，应打坡口确保焊缝质量。
原施工法兰焊接缺陷及改进措施示意图,最新研究进展,3,3.5信湖煤矿主、风井钻井井壁节间抗拉等强设计新型结构研究主要保障措施,隧最道新围研岩究的进概展念与工程性质,31,3.5信湖煤矿主、风井钻井井壁节间抗拉等强设计新型结构研究在信湖煤矿主、风井钻井工程中，井壁等强度连接技术的研究与应用，提高了钻井井筒井壁联结强度。
最新研究进展,3,3.6新型壁后充填材料的研究与应用在信湖煤矿采用高强混合水泥砂浆代替水泥浆进行壁后充填，充填材料的密度由原先的1.6g/cm3提高到2.22.3g/cm3，充填置换效果更好，结石率由原先的85%提高到95%以上，强度可达到30Mpa以上，相当于在井壁外围又套了一层高强井壁，封水效果非常明显。
隧几道点围思岩考的概念与工程性质,41,
（1）对钻井法凿井技术在西部地区应用的几点思考u由于西部地区的地质条件与中东部地区有较大差异，虽已在我国中东部地区进行的钻井法凿井施工中积累了丰富的经验，取得了系列的科研成果，但对西部地区岩性地层钻井法凿井施工关键技术还缺乏研究。
钻井法凿井技术若欲应用于西部矿区井筒建设，尚有诸多技术难题需要进行攻关加以解决。
特别是在以往施工中，显现出的钻凿岩石地层进度缓慢、钻渣不能及时吸收导致被反复碾磨以至影响钻进速度和刀具质量不高造成效率低下等难题依然存在。
隧几道点围思岩考的概念与工程性质,41,
（1）对钻井法凿井技术在西部地区应用的几点思考钻井法施工扩底反向钻进可行性研究：
考虑在超前孔钻进到底后，在井底进行底部扩孔钻进，当扩孔到设计的直径后，利用反向钻头，向上进行扩孔钻进（在泥浆中的反井钻进），提高扩孔钻进速度，几乎不存在重复破碎钻屑的问题。
钻井孔底辅助冲洗技术研究：
主要研究钻机钻头辅助冲洗技术，解决钻井法施工中的钻屑重复破碎和泥包钻头的难题，期望达到提高纯钻进效率30以上。
研究内容：
（1）冲洗用的高压射流装置及其管路、喷头。
（2）冲洗介质：
水或优质低固相泥浆。
（3）喷头布置数量及布置位置。
（4）井底流场研究。
隧几道点围思岩考的概念与工程性质,41,
（2）现有钻井的钻具改造与基于TBM原理的新型钻井研究,Theend,Thankyou!
谢谢各位领导和专家！
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