专利名称：一种竖井正向、反井综合凿井方法
技术领域：
本发明涉及钻井领域，尤其涉及一种竖井正向、反井综合凿井方法。
背景技术：
矿山竖井凿井是一种全机械化综合凿井工艺，工作人员在地面工作，实现打井不下井。施工工艺包括1)地层岩土破碎、携带、输送和分离；幻逐级扩井；；3)井帮临时支护； 4)永久支护包括井壁制做、悬浮下沉、壁后充填、注浆等。利用在地面布置的大直径钻机转盘驱动钻杆，钻杆带动钻头旋转，钻头上的滚刀实现自转和公转，对地层产生冲击、挤压、刮削综合作用，实地层破碎；当钻孔达到深度后，再经过多次扩井钻进并修正井偏及井斜，达到设计直径时再将地面上预制好的钢筋混凝土井壁或钢板混凝土复合井壁，用钢法兰盘逐节连接，在充满泥浆的井孔中，悬浮下沉至井底作永久支护。最后在井壁外围用水泥浆或其它材料，根据地层条件分段进行置换泥浆的充填固井。现有的矿山竖井凿井工艺对于钻凿表土段，施工速度较快，施工成本较低，但是，对于基岩段施工，存在许多问题设备占用时间长，工程成本高；工效低，成井速度慢，不能满足快速建井需要。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种竖井正向、反井综合凿井方法，大大提高凿井的成井速度，安全、可靠、施工成本低。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种竖井正向、反井综合凿井方法，包括以下步骤步骤1、利用竖井钻机钻进至基岩段，形成表土段井孔，竖井钻机的钻头旋转破岩， 使岩石破碎为岩屑；步骤2、通过竖井钻机的钻杆中的风管输入压缩空气，通过压气升液将钻井过程中产生的含有岩屑的泥浆高速排至地面；步骤3、在地面上预制各节井壁；步骤4、在钻井内加配重水，利用钻井中泥浆对井壁的浮力将各节井壁缓慢下沉到表土段井孔中并依次焊接；步骤5、在井壁和井壁外侧的岩帮之间填充注浆，最下层采用水泥浆液填充，然后逐级向上利用水泥浆和碎石交替填充，得到表土段钻井；步骤6、根据实际的需要基岩段井筒的直径和深度选择合适的反井钻机；步骤7、将反井钻机下放并固定到表土段钻井的底部；步骤8、利用反井钻机反向扩孔，形成溜矸孔；步骤9、刷大至预定的井筒直径。如上所述的步骤1中进行钻井的过程利用超声波测井仪对钻井的垂直度进行监测，当监测的钻井的垂直度偏差超过预定值，则对竖井钻机进行纠偏处理。如上所述的竖井钻机的钻头装有球齿滚刀或者楔齿滚刀。
如上所述的竖井钻机的转速为0-8r/min，竖井钻机的钻头的压力小于钻头在泥浆中重量的60%。如上所述的井壁为钢筋混凝土井壁或者钢板井壁。如上所述的溜矸孔的孔径为1. 2-2. 0m。本发明与现有技术相比，有如下有益效果1、安全、可靠、施工成本低；2、由于采用上述方法，将钻机施工困难的基岩段，由反井钻机完成施工，原来钻机施工基岩段成井速度10 15m/月，改为反井钻机结合刷大综合成井速度可达15 30m/ 月，成井速度提高50%左右；3、采用反井钻机施工基岩段，无泥浆排放，减少大量泥浆存放场地面积，降低了对环境的污染。
图1是竖井钻机施工表土段结构示意图。图2是井壁下沉的结构示意图。图3是壁后注浆工艺示意图。图4是反井钻机在井筒内施工基岩段示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的详细描述，其中，1-滑轮大钩子、 2-井架、3-钻杆、4-吊挂装置、5-锁口、6-下沉中的长段井壁、7-已下沉到底井壁、8-孔壁、 9-注浆软管、10-截止阀、11-压力表、12-蛇形管、13-封闭接头、14-注浆三通、15-注浆管活络挂钩、16-无缝注浆管、17-反丝接头、18-逆止阀、19-外通管、20-壁处分流管。实施例如图1、图2所示，一种竖井正向、反井综合凿井方法，包括以下步骤步骤1、利用竖井钻机钻进至基岩段，形成表土段井孔，竖井钻机的钻头旋转破岩， 使岩石破碎为岩屑，其中竖井钻机的钻头装有球齿滚刀或者楔齿滚刀，竖井钻机的转速为 0-8r/min，竖井钻机的钻头的压力小于钻头在泥浆中重量的60%，在各地层交接带和风化带钻进时，钻压在原有的基础上再适当减小5-10T ；步骤2、通过竖井钻机的钻杆中的风管输入压缩空气，通过压气升液将钻井过程中产生的含有岩屑的泥浆高速排至地面；步骤3、在地面上预制各节井壁，井壁为钢筋混凝土井壁或者钢板井壁；步骤4、在钻井内加配重水，利用钻井中泥浆对井壁的浮力将各节井壁缓慢下沉到表土段井孔中并依次焊接；步骤5、在井壁和井壁外侧的岩帮之间填充注浆，最下层采用水泥浆液填充，然后逐级向上利用水泥浆和碎石交替填充，得到表土段钻井；步骤6、根据实际的需要基岩段井筒的直径和深度选择合适的反井钻机；步骤7、将反井钻机下放并固定到表土段钻井的底部；步骤8、利用反井钻机反向扩孔，形成溜矸孔，溜矸孔的孔径为1. 2-2. Om ；
步骤9、刷大至预定的井筒直径。步骤1中进行钻井的过程利用超声波测井仪对钻井的垂直度进行监测，当监测的钻井的垂直度偏差超过预定值，则对竖井钻机进行纠偏处理。实施本发明时，主要工艺技术要求如下1)井筒偏斜的控制竖井钻机的钻头在钻进前均保证其自由状态下对准钻孔中心，其偏差控制在5mm以内；各级钻孔所使用的钻压均小于钻头在泥浆中重量的60%;在各地层交接带和风化带钻进时，钻压在原有的基础上再适当减小5-10T ；采用SKD-I型超声波测井仪，对各级钻孔的垂直度和井径进行及时的测量，以便及时采取纠偏措施，一般是要提钻进行扫孔，直到偏斜率和井径达到要求。2)井帮的稳定严格控制钻进参数，钻压小于钻头在泥浆中重量的60%，一般转速5r/min，扭矩为钻机最大扭矩的40% -60%,扩孔一般3r/min，扭矩为钻机最大能力的 80%，并综合考虑泥浆性能参数，1、抑制造浆采用高分子聚合物化学药剂，利用其特殊结构优先占据岩屑表面的可吸附区域，在其表面形成保护层，有效地阻止与泥浆中自由水的接触，抑制泥浆水对钻屑的水化，使破碎的岩屑基本保持原样，从而抑制土块在钻进中的完全造浆。2、降低含砂率利用沉淀池靠重力作用沉降粒径较大的岩屑；再用旋流器排出较小岩屑；进而用三聚磷酸钠絮凝沉降较细小岩屑及粉砂。3、降低失水量若泥浆粘度超过 Ms，先加水稀释至2 以下(失水量可能会升高，但泥皮已形成，不会造成太大危害)再加 CMC，把失水量降下来。4、泥浆参数控制原则以控制失水量、放宽密度值为手段，以形成孔壁内侧液柱压力大于孔壁外侧的液柱压力，保证井帮稳定。3)泥包钻头的处理采取各种几种措施，如降低泥浆黏度，控制失水量，严格控制钻进参数，开设侧吸收口，加大泥浆吸收量。4)反井施工导孔偏斜的控制，导孔钻进是施工技术的关键，主要是控制导孔偏斜。 影响钻孔精度的主要因素有钻具结构及布置、反井钻进参数选择、地质条件及主要操作人员的技术水平和经验。如果导孔超出一定范围，将对后续的扩孔刷大施工造成影响。该工艺由于采用竖井钻机正向和反井钻机反向综合凿井工艺，将钻机施工困难的基岩段，由反井钻机完成施工，原来钻机施工基岩段成井速度10 20m/月，改为反井钻机结合刷大综合成井速度可达15 30m/月，成井速度提高50%左右；由于采用反井钻机施工基岩段，无泥浆排放，减少大量泥浆存放场地面积，降低了对环境的污染。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
权利要求
1.一种竖井正向、反井综合凿井方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1、利用竖井钻机钻进至基岩段，形成表土段井孔，竖井钻机的钻头旋转破岩，使岩石破碎为岩屑；步骤2、通过竖井钻机的钻杆中的风管输入压缩空气，通过压气升液将钻井过程中产生的含有岩屑的泥浆高速排至地面；步骤3、在地面上预制各节井壁；步骤4、在钻井内加配重水，利用钻井中泥浆对井壁的浮力将各节井壁缓慢下沉到表土段井孔中并依次焊接；步骤5、在井壁和井壁外侧的岩帮之间填充注浆，最下层采用水泥浆液填充，然后逐级向上利用水泥浆和碎石交替填充，得到表土段钻井；步骤6、根据实际的需要基岩段井筒的直径和深度选择合适的反井钻机；步骤7、将反井钻机下放并固定到表土段钻井的底部；步骤8、利用反井钻机反向扩孔，形成溜矸孔；步骤9、刷大至预定的井筒直径。
2.根据权利要求1所述的一种竖井正向、反井综合凿井方法，其特征在于，所述的步骤 1中进行钻井的过程利用超声波测井仪对钻井的垂直度进行监测，当监测的钻井的垂直度偏差超过预定值，则对竖井钻机进行纠偏处理。
3.根据权利要求1所述的一种竖井正向、反井综合凿井方法，其特征在于，所述的竖井钻机的钻头装有球齿滚刀或者楔齿滚刀。
4.根据权利要求1所述的一种竖井正向、反井综合凿井方法，其特征在于，所述的竖井钻机的转速为0-8r/min，竖井钻机的钻头的压力小于钻头在泥浆中重量的60%。
5.根据权利要求1所述的一种竖井正向、反井综合凿井方法，其特征在于，所述的井壁为钢筋混凝土井壁或者钢板井壁。
6.根据权利要求1所述的一种竖井正向、反井综合凿井方法，其特征在于，所述的溜矸孔的孔径为1. 2-2. Om0
全文摘要
本发明公开了一种竖井正向、反井综合凿井方法包括以下步骤利用竖井钻机钻进至基岩段，形成表土段井孔，通过压气升液将钻井过程中产生的含有岩屑的泥浆高速排至地面；在地面上预制各节井壁；在钻井内加配重水，利用钻井中泥浆对井壁的浮力将各节井壁缓慢下沉到表土段井孔中并依次焊接；在井壁和井壁外侧的岩帮之间填充注浆，最下层采用水泥浆液填充，然后逐级向上利用水泥浆和碎石交替填充，得到表土段钻井；根据实际的需要基岩段井筒的直径和深度选择合适的反井钻机；将反井钻机下放并固定到表土段钻井的底部；利用反井钻机反向扩孔，形成溜矸孔；刷大至预定的井筒直径。本发明大大提高凿井的成井速度，安全、可靠、施工成本低。
文档编号E21D1/08GK102493809SQ20111041254
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者刘志强, 孙建荣, 张广宇, 李恩涛, 李英全, 武士杰, 王强, 王新, 程守业, 荆国业, 陈远坤 申请人:北京中煤矿山工程有限公司