岩土特殊施工-第3章-钻井法
工程地质钻探
24
三、工程地质钻探设备
由于工程地质勘察规模日益增大，地下建筑工程日 益增多，以往用岩芯钻机代替已满足不了实际工作的需 要，现已发展的不同类型的专用钻机。下面介绍几种：
SH30－2型：孔深30m，开孔直径Φ142mm，终孔直径 Φ110mm。汽油机或电动机，回转冲击，取原状土样，适 用于各种第四纪松散地层。
（2）振动器自重应尽可能小些，自重大将使无益功增加和使 钻杆上部变形；
（3）振动器所有零件在工作时要牢固可靠，
（4）振动器振动频率不低于100次/min，一般为1200～1500次 /min；振动频率小，则效率低；
（5）振动器工作时，要求最大振动力应比钻具或其它下沉的 重量大20～30％，振动器振动可调，最大振动力正比于偏心轮 的重量、偏心距、转数的平方。改变这三个参数的大小就能调 节振动力大小。
第四章 工程地质钻探和工程施工钻探
工程钻探: 工程地质钻探 工程施工钻井（孔）的方法
2023/ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/9
1
工程钻探根据钻探的目的可分为： 1.工程地质钻探（工程地质勘察钻探）
主要位工程地质勘探服务和用于工程基础 勘查的钻探工作。 2.工程施工钻探
作为某种工程施工手段的钻探工作成为工 程施工钻探，这种技术目前应用的范围日益扩 大。
2023/5/9
17
便于输送岩粉屑。钻头直 径应比钻杆直径大10～ 20mm，以减小钻杆柱与孔 壁的摩擦力。钻头有二翼 、三翼、四翼状，也可用 牙轮钻头。
图4-6 螺旋钻头 1-钻头体；2-螺旋带；3-翼片； 4-硬质合金切削具；5-销子；6-定位器
2023/5/9
18
（2）螺旋钻杆由芯管、螺 旋带和连接部分组成。芯管 为无缝钢管，外面焊有钢制 螺旋带。钻杆一端有方形套 ，另一端有方形杆，两根钻 杆插接，插销钉固定。钻杆 螺旋带与芯管的交线称为内 螺旋线，螺旋线的外缘称为 外螺旋线。内外螺旋线螺距 相等。
钻井法凿井“一钻成井”工艺
钻井法凿井“一钻成井”工艺刘志强;吴玉华;王从平;刘汉喜;孙建荣;程桦【摘要】介绍朱集西煤矿矸石井采用钻井法凿井“一钻成井”工艺,不用多次扩孔钻进,减少辅肋时间,提高工效,降低钻井成本.【期刊名称】《建井技术》【年(卷),期】2011(032)002【总页数】3页(P8-10)【关键词】钻井法凿井;一钻成井;钻井工艺【作者】刘志强;吴玉华;王从平;刘汉喜;孙建荣;程桦【作者单位】北京中煤矿山工程有限公司,北京,100013;煤矿深井建设技术国家工程实验室,北京,100013;皖北煤电集团有限责任公司,安徽宿州,234000;淮北矿业(集团)有限责任公司,安徽淮北,235006;皖北煤电集团有限责任公司,安徽宿州,234000;北京中煤矿山工程有限公司,北京,100013;煤矿深井建设技术国家工程实验室,北京,100013;安徽大学,安徽合肥,230039【正文语种】中文【中图分类】TD263.3+2钻井法凿井分为多次扩孔钻进、全断面一次钻进和取岩芯钻进3种，我国大部分钻进成井都采用多次扩孔钻进，只有红阳矿风井和袁店一矿南风井采用全断面钻成。
至于取岩芯钻进只在刊物上看到前苏联钻成几口立井。
钻井法凿井采用一次超前多次扩孔钻井工艺，钻井参数监控，恒钻压给进的减压钻井方式[1]。
多次扩孔工艺虽然可以相对有效地利用钻机能力，但也存在许多问题：需要多个扩孔钻头，设备占用量大，工程成本高，辅助工作时间长，工效低。
成井速度一般只有20～30m/月，而且泥浆排放量大，不能满足快速、低排放的建井需要。
通过研究新型超前和扩孔钻头结构、新型破岩滚刀，提高破岩能力和排渣效率，在理论研究和计算机模拟解决井帮稳定性问题，充分利用现有设备的能力，对于钻井直径9m以上的井筒形成“一扩成井”，直径较小的井筒则采用“一钻成井”钻井工艺，可有效解决多次扩孔存在的成井速度慢的问题，能够安全、可靠、高效地通过冲击层。
朱集西煤矿矸石井采用钻井法凿井一钻成井工艺取得了成功。
井巷工程之特殊凿井法介绍课件
技术革新
1
自动化凿井技术： 提高凿井效率，
降低人工成本
3
智能凿井技术： 实现远程监控和 自动控制，提高
凿井安全性
2
绿色环保凿井技 术：减少环境污 染，提高环保效
益
4
复合凿井技术： 结合多种凿井方 法，提高凿井效
果和效率
环保要求
减少废气排放：采用 环保型钻井液和钻井 工艺，降低废气排放
提高能源 利用效率： 采用节能 型钻井设 备，提高 能源利用 效率
地质条件复杂：需要针对不同地质条 件进行针对性设计
井筒结构复杂：需要设计合理的井筒 结构，保证井筒的稳定性和耐久性
施工环境恶劣：需要克服高温、高压、 有毒有害气体等恶劣环境
设备要求高：需要采用先进的凿井设 备和技术，保证施工质量和效率
实际案例分析
01
案例一：某矿 井采用特殊凿 井法，提高了 开采效率，降 低了开采成本。
4
井巷工程对于环境保护和 生态平衡具有积极作用
传统凿井法的局限性
效率低：传统凿井法需要大量人力 0 1 和时间，效率较低
环境污染：传统凿井法会产生大量 0 3 粉尘、噪音等环境污染
质量不稳定：传统凿井法受工人技 0 5 术水平影响，质量不稳定
安全隐患大：传统凿井法容易发生 0 2 塌方、渗漏等安全事故
03 斜井钻井法可以降低钻井成本，提高钻井 效益。
04 斜井钻井法可以减少对环境的影响，降低 钻井过程中的污染。
特殊凿井法的应用
适用场景
1
地质条件复杂： 如岩石硬度高、
地下水丰富等
2
施工环境受限： 如空间狭小、地
下障碍物多等
3
特殊需求：如防 渗漏、防塌陷等
钻井方法及工艺
整理ppt
3
(4)只适用于钻直井。
转盘旋转钻井法
二、旋转钻井法
井底动力钻具旋转钻井法
整理ppt
4
1.转盘旋转钻井法
(1)工艺过程
钻头 钻柱加压
吃入地层 转盘旋转
破碎岩石 循环洗井液
清洗井底
设计井深
整理ppt
图6－2
转盘旋转钻井法
5
(2) 特点
①钻杆完成起下钻具、传递扭矩、为钻头施加钻压、提 供洗井液的入井渠道等任务； ②钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率；
超深井 H>6000m。
整理ppt
13
第三节 钻井设备
钻机：石油钻井的地面配 套设备，由多种机器设备 组成的一套大功率重型联 合工作机组，可以满足完 成钻进、接单根、起下钻、 循环洗井、下套管、固井、 完井及特殊作业和处理井 下事故等要求。
整理ppt
14
一、钻机的分类
大型钻机
H>5000m，W>800kN， 89 ～ 140mm 钻杆，井径> 160mm，深井
• 钻头寿命：在整个使用过程中，钻头在井下的纯 钻进时间，单位h。
• 机械钻速：单位纯钻进时间的钻头进尺，单位
m/h。
vm
H T
★ 钻头进尺和机械钻速整是理p反pt 映钻头好坏的主要指标。28
一、钻头
2. 刮刀钻头
– 刮刀钻头的组成： 钻头体、刀翼和 水眼
钻头体 刀翼
水眼
整理ppt
§6-4 钻井工具
产
层
套
套
管
管
内
射孔整过理程ppt 示意图
50
3、测井作业
整理ppt
井巷特殊施工
一、课程性质与目的本课程是高等工科学校土木工程专业矿井建设方向的一门专业课。
通过本课程的学习，使学生掌握井巷特殊工程施工对象的特点、施工方法、及各种方法的适用条件，会选择施工方法；掌握各类方法的基本原理、工艺过程、主要设备及方案选择，存在问题，研究方向；能对几种主要方法中的关键部分进行设计计算。
本课程的学习将为从事工程施工、设计和科学研究工作打下基础。
二、课程基本要求本课程的重点是冻结法、钻井法和注浆法，应对这三种方法的原理、工艺过程、基本参数会设计计算。
具体要求为：(一)理解冻结法凿井的实质，掌握制冷原恚 煜ざ辰崾┕すひ眨 私舛辰嵛露瘸。
嵫≡穸辰岱桨福 莆斩辰岜诤投辰峋 诘纳杓圃 恚 Щ岫辰岱ㄉ杓萍扑恪?(二)理解注浆法的原理，会选择注浆工艺和材料，能初步确定注浆参数，掌握设计计算方法。
(三)理解钻井法实质，熟悉井筒钻进、洗井、永久支护、固井的工艺过程，明了钻井参数对施工的意义、掌握钻井法设计计算方法。
(四)理解帷幕法的实质、了解施工工艺、存在问题。
(五)理解沉井法的原理，掌握减阻方法，了解沉井井壁结构及工艺、掘井及排矸方式、防偏与纠偏技术、存在的问题。
(六)了解盾构法、地下连续墙施工、降低水平等浅表土施工法的实质。
三、课程教学基本内容1．绪论井巷特殊工程实质、地位、研究对象、主要方法及其发展概况。
2．冻结法制冷原理、冻结法施工、冻结方案、冻土物理力学性质、冻结温度场、冻结壁、冻结井壁、冻结法设计。
3．注浆法注浆法原理、分类、发展、适用条件，注浆设备，地面注浆，工作面注浆、止浆垫计算及施工，注浆材料，注浆参数确定。
4．钻井法钻井法实质、发展、分类，钻井工艺、钻井设备，井筒钻进、洗井、永久支护、固井，钻井参数、钻井法设计。
5．地下连续墙法实质、造孔工艺、设备，泥浆下浇灌混凝土的方法及其参数计算，连续接头型式及施工方法，存在问题及研究方向。
6．沉井法原理、发展、适用条件，沉井结构及工艺，减阻方法，水力掘进及排矸方式，井壁施工、固井方式，防偏与纠偏技术，存在的问题及解决途径。
岩土钻凿技术
名词解释钻凿工程—口径较小而深度较大的柱状圆孔，岩土样品测试或者以此孔作为其他用途。
钻孔—利用机械设备在地壳中打出的柱状圆孔可分为垂直孔和倾斜孔水平孔和井直孔和弯曲孔钻孔的孔身结构是指钻孔由开孔至终孔的孔身及孔径变化。
它包括孔深、开孔和终孔直径、孔径更换次数及其所在深度、下入套管的层数及其位置、以及套管的固定方法钻凿设备：是指钻凿施工中直接应用的地面机械设备和装置。
钻凿设备包括动力机、钻机、泥浆泵和钻塔等四大件减速箱作用：减速箱是柴油机对钻机和水泵动力输出的分动和水泵的减速装置变速箱作用：变换回转器或卷扬机的转速。
钻机的液压传动系统动力组件作用：将原动机输出的机械能装换成液压能，向液压系统提供压力油，驱动液压机。
执行组件作用：将液压能装换为机械能，提供力和运动，驱动工作机构完成所要求的各种动作。
控制组件作用：控制液压系统中液压油的压力、流量和液流方向，保证执行组件得到所要求的力、速度和运动方向辅助组件作用：油路系统是用来使钻机具有钻具称重、减压给进、加压给进等功能。
钻塔其作用是：安放和悬挂天车、游动滑车、大钩、提引器等以起下钻进设备和工具，起下和存放钻杆、起下套管柱提引器功用：在升降钻具作业中卡住钻杆接头，以便起下钻具的工具工程地质勘察钻进方法：人力冲击和回转、机械冲击和回转、机械震击和机械螺旋回转和机械复合法取土器：在钻孔中采取不受扰动，保持天然结构的土样时所用的工具内间距比：取土器刃口内径与取样筒内径的差值和刃口内径的比值的百分数外间距比：取土器最大外径与取样筒外径之差跟取样筒外径之比的百分数。
面积比：取土器即开的土壤断面积与土样断面积之比值触变性:泥浆能够在静止时形成结构（凝胶态），搅动时恢复原有的流动性（溶胶态）的性能泥浆（亦称稳定液）的作用：护壁、携砂、冷却和润滑，其中以护壁作用为最重要泥浆比重：是泥浆与同体积摄氏4度的水的重量比。
泥浆的粘度：表示泥浆流动的难易程度固相含量：是指泥浆中的固体颗粒占泥浆重量或体积的百分量失水量与造壁能：钻进时，泥浆液柱与地层之间存在着压力差，使泥浆中的水分向孔壁渗入，泥浆失水多少的性能称为泥浆失水量。
钻井工程施工方案完整版
钻井工程施工方案完整版引言钻井工程是油气田开发的关键环节之一，其施工方案的设计和执行直接影响到钻井效率和质量。
在实际工程中，钻井施工方案应充分考虑地质情况、工程技术、安全环保等多个方面，制定合理的施工计划和措施，保证钻井工程的顺利进行。
本文将对钻井工程施工方案进行详细介绍，以期为实际工程提供参考和指导。
一、项目概况项目名称：XXX油田钻井工程项目地点：XX省XX市项目规模：共计XX口井项目背景：该油田位于XX盆地，是我国重要的油气田之一。
目前已开采了多口油井，但仍存在潜在的勘探开发价值，需进行新的钻井工程。
二、地质情况分析1.地质构造该油田位于断块构造带，地层变化较为复杂，主要构造有鼓起、断裂、坳陷等。
2.地层特征目标层位于上二叠统XXX组XXX段，属于砂岩岩性，含油气丰富。
3.地层压力目标层地层压力较大，平均为XXXMPa。
4.地层渗透率地层渗透率较高，平均为XXXmD。
三、技术方案1.钻井方法该油田属于中、浅层油气储层，可采用常规旋挖钻井技术，部分位置可考虑采用方向钻井技术。
2.钻井液选择低固相浓度的聚合物钻井液，以适应目标层高压强度和高渗透率的特点。
3.钻井井筒设计鉴于地层压力较大，井筒设计应采用合理的结构，采用加强套管，加强井眼等技术手段，确保井筒的完整性和稳定性。
4.井下作业在钻井过程中，应根据不同井段的地质特点，灵活应用钻井工具、井下测井、固井等技术手段，提高钻井效率和成功率。
四、安全环保措施1.现场安全严格按照《石油天然气钻井与完井工程安全规程》执行，加强现场安全管理，保障钻井作业人员的人身安全。
2.环境保护在施工过程中，对废弃钻井液、废弃钻井固体废弃物等环境污染物进行合理处置，确保环境保护工作顺利进行。
五、质量控制1.质量监督在整个施工过程中，设置专门质量监督人员，负责监督施工过程中各项质量指标的执行情况，及时发现和纠正问题。
2.钻井记录对钻井过程中的各项参数进行记录，包括井深、钻速、井眼直径、井底温度等，便于今后进行类似钻井工程的技术经验总结。
岩土工程钻探方法及取样的注意事项
岩土工程钻探方法及取样的注意事项1、钻探方法。
岩土工程的钻探过程必须根据当地的地质特点出发，从而实现钻探工艺与地质特点的完美结合。
对地质地层开展精度的鉴别，以了解地下水的情况，降低各种因素对取样段的影响。
不同特点的地层，应选择恰当的钻探方式：对于第四系松散堆积物场地或者城市建筑物，可采用100型以上或汽车钻的方式开展钻探。
对于要求缺氧或者鉴别的地层，则应当选择回转的方式钻进，以获得岩土样品。
如遇到碎石、块石或漂石时，可采用振动回转式钻探；对于脱离水层之上的土层应当选择甘钻，确保孔内干燥；而砂层、粘土层等则需要根据相关要求使用泥浆护臂。
2、回次进尺。
在岩土钻探过程中，回次进尺的控制非常重要。
在土层中采用螺旋钻头钻进，并按照要求分回次的提取土样，要求回次进尺保证在1.0米以内。
对于重点研究位置或者持力层，回次进尺则应当保持在0.5米以内，以保证鉴别厚度和薄度能够满足要求。
对于砂土层、粉土钻探，可采用标准贯入器间断取样或者分式取样的方法，以保证间距不超过1.0米。
取样的过程中运用无岩心钻探，或者单层芯管回转钻机的方式不间断取芯。
另外，为了保证岩芯率高，在岩芯采取时，需要粉土、粘性土保持在90％以上，沙土不低于70％，而碎石则保持在50％以上。
3、取样的注意事项。
（1）取样方法和要求。
在取样时，必须使用专用的薄壁取土器开展在静压状态下连续取样，土样的贯入速度应当保持在0.1m/s。
如果取样钻孑L为圆直型，需要确保孔径正常，取土长度也应保证一定的长度，粘性土与软土均比直径数值小；当取土器进入相应的温度后，回转取土器，从而将样品底端切断。
（2）原位测试。
在岩土工程钻探中，不同方式的钻探的测试也有所不同。
标准贯入试验的步骤为，先使得粉土、砂石饱和，在开展后续试验，并保证测试深度位于底下20米上下。
当标准管贯人试验在贯人0.15米上下后，记录锤击数，累计打人30厘米的锤击数为标准贯人数。
对于重型动力钻探，碎石类土一般采用重型动探来对相应的密实程度开展确定，每间隔20米取土样，并在厚度缺陷0.5米的地方做好记录，在去除孔底残土之后打人锤击数，并做记录。
井巷工程：特殊凿井法
第十四章 立井施工
㈠ 沉井法 用沉井法建成井筒的个数在特殊凿井各种方法中占第二 位，仅次于冻结凿井法。 1981年济宁矿区单家村煤矿主井应用触变泥浆淹水沉井 技术，创造了下沉192.75m的国内最深的记录，沉井偏斜 率仅0.69％ 。
第十四章 立井施工
沉井施工工艺：
沉井法的施工工艺包括：施 工准备工作、制作套井、砌筑 井壁、破土排碴、沉井下沉、 封底固井等主要工序。
控制沉井偏斜是关系沉井质 量与成败的重要工作。封底固 井和沉井与套井间的锁固工作 ，为沉井后的的井筒施工创造 条件。
第十四章 立井施工
㈡ 钻井法 140年历史，1854年德国工程师Kind采用冲击钻钻凿
第一个直径4.25m，深度98m井筒。 1969年元旦，我国第一口采用钻井法的是淮北朔里南
风井，直径4.3m，深90m。典型工程有：淮南谢桥西风 井，钻井深度464m，通过表土不稳定含水地层厚402m ，最大钻井直径9.3m，成井直径7.0m；淮南潘三西风井 ，钻井深度508m，通过表土层440m，最大钻井直径 9.0m，成井直径6.0m；建设的淮北许疃矿，主、副、风 三个井筒都采用钻井法施工，其中主井和风井成井偏斜 率分别为0.2‰和0.1‰，副井钻井直径9.0，成井直径 6.8m。
施工工艺：注浆孔施工— 安装注浆设备 — 压水试验 、测定岩层的吸水率 — 配制浆液 — 注浆施工及效果检 查 — 井筒掘砌
第十四章 立井施工
信号 线
流量 计
水玻璃注浆 泵
水玻 璃
液力变矩器
水泥注浆泵
放浆 阀
混合 器
输浆 管
注浆 管
注浆 孔
止浆 塞 搅拌 机
钻塔
双液注浆工艺图
环形 道
岩土工程钻探方案
岩土工程钻探方案一、前言岩土工程钻探是为了获取地下岩土层的物理性质、工程性质和地下水情况而进行的一种勘查方法。
钻探是岩土工程中最常用的一种工程勘察手段，通过钻探可以获取地下岩土层的分布、厚度、性质及地下水情况等重要信息，为工程设计和施工提供必要的依据。
本文将对岩土工程钻探方案进行详细阐述，包括钻探目的、方案设计、钻探方法和钻探设备等内容。
二、钻探目的1. 获取地下岩土层的物理性质和工程性质，包括岩土层的类型、厚度、坚固性和均质性等；2. 掌握地下水情况，包括地下水位、水渗透性和地下水化学性质等；3. 获取地下岩土层的地层构造情况，包括岩层倾角、断裂带分布和地下构造物等；4. 为工程设计和施工提供必要的地质资料和依据，包括基础设计、支护设计和施工方案设计等。
三、方案设计1. 钻探地点选择钻探地点应根据工程要求和地质条件进行选择，选取代表性的地点进行钻探。
尽量选择地势开阔、易于施工和勘察的地点进行钻探。
2. 钻探孔径和深度确定钻探孔径和深度应根据勘察目的和地质条件进行确定，一般情况下，孔径以直径为准，深度应能够穿透地下所有工程层和地下水层，以获取全面的地质信息。
3. 钻探孔位置标记确定好钻探地点后，应进行孔位置的标记，确定好孔口坐标和孔口标高，便于施工和后续的信息整理和分析。
四、钻探方法岩土工程钻探常用的方法包括手动钻探、机械钻探和钻孔爆破等。
根据地质条件和工程要求选择合适的钻探方法。
1. 手动钻探手动钻探适用于小范围的岩土勘察，操作方便，适用于地形复杂的地区。
2. 机械钻探机械钻探适用于大范围的岩土勘察，工作效率高，适用于地形开阔的地区。
3. 钻孔爆破钻孔爆破适用于岩层较硬的地区，通过钻孔爆破的方式来获取地下岩土层的物理性质和地质构造情况。
五、钻探设备1. 钻机钻机是进行岩土工程钻探的主要设备，根据工程要求和地质条件选择合适的钻机，包括手动钻机、液压钻机和往复式钻机等。
2. 钻具和配件钻探中常用的钻具和配件包括钻杆、扩孔器、水泥浆和液压钻头等，根据勘察要求和地质条件选择合适的钻具和配件。