超深竖井的导孔施工方法与流程

文档序号:11226214阅读:1267来源:国知局
超深竖井的导孔施工方法与流程

技术领域:

本发明涉及一种特别适用于水利、水电、建筑、矿山等露天超深竖井成孔施工的超深(300m以上)竖井的导孔施工方法,



背景技术:

在常规的竖井导孔施工中,反井钻机具有工作效率高、成型质量好、劳动强度低、安全风险小等优点,越来越多的被应用于水电工程竖井施工中。但是在高深竖井施工中,由于设备自身性能、操作手操作经验以及地质条件等因素的影响,反井钻机导孔施工精度难以满足要求,往往会产生较大的偏差,进而导致后期竖井施工困难,造成大量的超挖超填,甚至造成废井等,浪费了大量的施工工期和成本。



技术实现要素:

本发明的目的是为了克服反井钻机在超深竖井导孔施工中精度不高,偏斜较大的缺点,提供一种能加快施工进度,提高施工精度,降低施工成本的安全、精确、快速的超深竖井的施工方法。

本发明的目的是这样来实现的:

本发明超深竖井的导孔施工方法,包括以下步骤:

(1)施工准备;

(2)定向钻机安装就位;

(3)开孔钻具组合钻进;

在砼基础上预留环形孔槽,并将钻机进行认真找正,使钻孔中心、井口中心和动力头主轴中心重合,确保开孔垂直度,定向孔前20m采用开孔钻具组合进行钻进;

(4)正常钻具组合钻进:

定向孔20~50m采用正常钻进钻具组合进行钻进;

(5)测斜钻具组合钻进:

定向孔50m以上采用测斜钻具组合进行钻进,每9~11m进行1次测斜,测斜时保证钻机和钻杆处于静止状;

(6)定向钻具组合钻进:

根据定向孔钻进过程中随钻测斜仪得测出的顶角大小判断出的偏斜程度,通过方位角判断出偏斜的位置,一旦定向孔出现较大偏斜(30cm以上),应停止钻进,确定偏斜量和偏斜方位后更换定向钻具组合进行纠偏,纠偏完成后,采用定向钻具组合进行钻进,钻压、钻速和泵量同正常钻具组合;

(7)正常钻具组合钻进:

定向孔钻进至最后剩余9~11m时,更换正常钻进钻具组合,以防止在透孔时损坏测斜仪、钻铤;

(8)定向钻机拆除:

定向孔顺利贯通、满足精度要求后,将钻具全部提出向定孔外,将定向钻机拆除;

(9)反井钻机安装就位;

反井钻机及其辅助设备采用汽车吊配合人工安装,对反井钻机基础及设置井钻机扩孔,扩孔采用特制的钻头,防止扩孔过程中发生偏斜。

上述的定向钻具组合钻进时,定向钻具组合采用∅190mm牙轮钻头+∅165mm螺杆钻头+∅159mm无磁钻铤+nc46悬挂短节+∅89mm高强度钻杆+∅73mm高强度钻杆,定向孔纠偏过程中钻压以控制工具面角为主,钻速为0r~10r/min,泵量为990l/min,缸套∅140mm。

上述的开孔钻具组合钻进时,定向孔前20m采用开孔钻具组合进行钻进,钻具采用∅190mm牙轮钻头+∅159mm无磁钻铤+∅73mm短钻杆,钻进钻压为0.3~0.5t,钻速为30~40r/min,泵量为990l/min,缸套∅140mm。

上述的正常钻具组合钻进时,钻具采用∅190mm牙轮钻头+∅159mm无磁钻铤+∅89mm高强度钻杆+∅73mm高强度钻杆,钻进钻压为1.5~3.5t,表土、风化岩段钻速为70~80r/min,下部硬岩段钻速为50~60r/min,泵量为990l/min、缸套∅140mm,无磁钻铤为2根~4根。

上述的测斜钻具组合钻进步骤时:测斜钻具组合采用∅190mm牙轮钻头+∅159mm无磁钻铤+nc46悬挂短节+∅89mm高强度钻杆+∅73mm高强度钻杆,钻压、钻速和泵量与正常钻具组合钻进时相同。

本发明方法采用定向钻机具有随钻测斜、自动纠偏的功能。根据测斜仪测出的顶角大小可以判断出偏斜程度,通过方位角可以判断出偏斜的位置,确定了偏斜量和偏斜方位之后,施钻人员将更换定向钻具组合,主机发动机停止提供扭力,仅通过泥浆压力带动弯螺杆底部的泥浆马达旋转,带动牙轮钻头破岩,当钻孔被纠正至正常孔位时,恢复正常钻进模式进行钻进。

与传统单一反井钻机成孔相比超深竖井的导孔施工方法具有如下效果:

(1)采用定向钻机结合反井钻机进行高深竖井导孔的施工,可以有效的防止竖井偏斜,保证钻孔精度,实现竖井导孔一次性贯通成功;

(2)在反井钻机扩孔过程中采用特制的扩孔钻头,可以有效的防止反井钻机在扩孔过程中可能出现的偏斜问题;

(3)采用定向钻机结合反井钻机进行高深竖井导孔施工,可以降低由于竖井导孔偏斜导致的后期导井、全断面扩挖造成的施工工期延长、施工成本增加等问题;

(4)采用定向钻机结合反井钻机进行高深竖井施工,在一定程度上降低了对反井钻机性能的要求。

附图说明:

图1为定向钻机现场布置图。

图2为开孔钻具组合示意图。

图3为正常钻具组合示意图。

图4为测斜钻具组合示意图。

图5为定向钻进钻具组合示意图。

具体实施方式:

图1为定向钻机现场布置图。包括1#泥浆池1、2#泥浆池2、沉淀池3、钻杆堆放区4、钻孔中心5、钻机6、钻机后撤区域7。

参见图1~图5,本实施例超深竖井的导孔施工方法,包括以下步骤:

(1)施工准备:

施工准备包括供排水、供电、场地平整、定向钻机和反井钻机基础、循环水池、电气设备安装等工作内容;

施工前还必须完成钻井泥浆制备,并使泥浆充分循环;

(2)定向钻机安装就位:

定向钻机井架在井口附近平台拼装,采用25t和50t汽车吊整体吊装,然后再进行钻机及辅助设备安装;

(3)开孔钻具组合钻进:

在砼基础上预留环形孔槽,并将钻机进行认真找正,使钻孔中心、井口中心和动力头主轴中心重合,确保开孔垂直度。定向孔前20m采用开孔钻具组合进行钻进。钻具采用∅190mm牙轮钻头8+∅159mm无磁钻铤9+∅73mm短钻杆10(2m)(参见图2)。钻进钻压为0.3~0.5t,钻速为30~40r/min,泵量为990l/min(∅140mm缸套);

(4)正常钻具组合钻进:

定向孔20~50m采用正常钻进钻具组合进行钻进,钻具采用∅190mm牙轮钻头8+∅159mm无磁钻铤9(2根~4根)+∅89mm高强度钻杆11+∅73mm高强度钻杆10(参见图3)。钻进钻压为1.5~3.5t,表土、风化岩段钻速为70~80r/min,下部硬岩段钻速为50~60r/min,泵量为990l/min(∅140mm缸套);

(5)测斜钻具组合钻进:

定向孔50m以后采用测斜钻具组合进行钻进,每10m进行1次测斜(30cm以上),测斜时保证钻机和钻杆处于静止状态。测斜钻具组合采用∅190mm牙轮钻头8+∅159mm无磁钻铤9+nc46悬挂短节12+∅89mm高强度钻杆11+∅73mm高强度钻杆10(参见图4)。钻压、钻速和泵量与正常钻具组合钻进时相同;

(6)定向钻具组合钻进:

根据定向孔钻进过程中随钻测斜仪得出的偏斜结果,一旦定向孔出现较大偏斜,应停止钻进,更换定向钻具组合进行纠偏。定向钻具组合采用∅190mm牙轮钻头8+∅165mm螺杆钻头13+∅159mm无磁钻铤9+nc46悬挂短节12+∅89mm高强度钻杆11+∅73mm高强度钻杆10(参见图5)。定向孔纠偏过程中钻压以控制工具面角为主,钻速为0r~10r/min,泵量为990l/min(∅140mm缸套),纠偏完成后,为节约更换钻具的时间,采用定向钻具组合进行钻进,钻压、钻速和泵量同正常钻具组合;

(7)正常钻具组合钻进:

定向孔钻进至最后剩余10m左右时,更换正常钻进钻具组合,以防止在透孔时损坏测斜仪、钻铤等;

(8)定向钻机拆除:

定向孔顺利贯通、满足精度要求后,将钻具全部提出孔外,采用50t汽车吊将定向钻机拆除;

(9)反井钻机安装就位:

反井钻机及其辅助设备采用50t汽车吊配合人工安装。测量队对反井钻机基础及设备安装进行测量校核。使用地脚螺栓对反井钻机底部横梁进行加固,以防止钻进过程中反井钻机可能发生的移位现象;

(10)扩孔:

正常扩孔条件下,反井钻机采用ⅰ型扩孔钻头。当出现定向孔堵塞情况时,需要更换ⅱ型扩孔钻头,采用循环水返渣的形式进行扩孔;

扩孔完成后,安装反拉钻头进行后续竖井导井施工。

本申请人曾在某水电站电缆竖井深度为374.32m,直径7.3m进行试验。竖井所在区域上部50m为第四纪坡积物,以下为石英片岩、云母片岩,岩层倾角为65~80°左右,并发育有多组节理裂隙,地下水丰富,钻孔过程中极易出现偏斜,成孔条件差。

为解决电缆井工期紧,地质条件复杂,成孔条件差的难题,采用定向钻机和反井钻机组合的形式进行电缆井导孔施工。首先,采用定向钻机进行∅190mm的定向孔施工,然后采用bmc400型反井钻机通过特制的扩孔钻头,将∅190mm的定向孔扩大为∅270mm的导孔。采用定向钻机进行定向孔施工,定向孔顺利贯通,平均钻孔强度为22m/d;采用反井钻机进行定向孔扩孔施工,扩孔施工顺利完成,平均扩孔强度为23.4m/d。

采用定向钻和反井钻机组合进行电缆井导孔施工,总施工工期为33天,平均施工强度为11.34m/d。采用反井钻机直接进行导孔施工,平均施工强度为7m/d,完成电缆井导孔施工约需工期53天。为电缆竖井导孔施工节约了20天时间。采用本方法最终形成的导孔累计偏斜量为1.21m,钻孔精度为0.32%。远小于反井钻机钻孔1%的精度要求。

上述实施例是对本发明的上述内容作进一步说明,但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的保护范围。

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