第3章钻井法资料课件

2024/7/122024/7/121 1第第3章章 钻井法钻井法第一节第一节第一节第一节 概概概概述述述述第二节第二节第二节第二节 立井钻机立井钻机立井钻机立井钻机第三节第三节第三节第三节 井筒钻进井筒钻进井筒钻进井筒钻进第四节第四节第四节第四节 洗井与净化洗井与净化洗井与净化洗井与净化第五节第五节第五节第五节 钻井井壁钻井井壁钻井井壁钻井井壁第六节第六节第六节第六节 反井钻进反井钻进反井钻进反井钻进第七节第七节第七节第七节 井筒掘进机施工技术井筒掘进机施工技术井筒掘进机施工技术井筒掘进机施工技术2024/7/122024/7/122 2第一节第一节 概概 述述 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。2024/7/122024/7/123 3第一节第一节 概概 述述 钻井法按钻井机钻井法按钻井机(简称钻机简称钻机)工作机构的工作机构的驱动装置安装位置，钻进破岩方式和钻进工艺驱动装置安装位置，钻进破岩方式和钻进工艺特点进行分类。特点进行分类。根据驱动装置的位置不同有：地面驱动的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。潜入式钻机、涡轮钻机和井筒掘进机。2024/7/122024/7/124 4第一节第一节 概概 述述 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。2024/7/122024/7/125 52024/7/122024/7/126 6第一节第一节 概概 述述 二、钻井技术的发展二、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用石油钻机钻凿200m200m以内深度的表土；第二阶段是研制以内深度的表土；第二阶段是研制煤矿专用的大直径钻井机，在深度煤矿专用的大直径钻井机，在深度200200300m300m，表土较厚，表土较厚的矿井推广使用；第三阶段，钻探的矿井推广使用；第三阶段，钻探300300600m600m，钻凿表土，钻凿表土和岩石兼有的大直径井筒。和岩石兼有的大直径井筒。19841984年用年用ASAS9 9500500型钻机型钻机在潘三西风井的成功应用，在潘三西风井的成功应用，(钻井直径钻井直径9m9m，深度达，深度达508.2m)508.2m)标志了我国钻井在三个关键技术，即机具、泥浆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。和井壁施工技术方面均达到了一定的水平。2024/7/122024/7/127 7第一节第一节 概概 述述三、钻井技术特点三、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：与其它井筒施工技术比较，钻井法具有以下显著特点：1)1)施工机械化。不论是立井钻机、反井钻机或井筒掘进施工机械化。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家统计，其建井投资费用比普通钻爆法约低15154040。2)2)施工地面化或远距离控制操作，彻底改变了井下作业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，提高了工程地面预制，增加了井壁的强度和稳定性，提高了工程质量。质量。2024/7/122024/7/128 8第一节第一节 概概 述述 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。2024/7/122024/7/129 9第二节第二节 立井钻机立井钻机 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AS9/500型立井钻机为例叙述如下：2024/7/122024/7/121010第二节第二节 立井钻机立井钻机 (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。井筒钻进时筒空间的工艺过程。井筒钻进时,由安装在地面钻台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。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。钻头，工艺操作均在钻台上进行。2024/7/122024/7/1211112024/7/122024/7/121212第二节第二节 立井钻机立井钻机 大直径井筒的钻进，因受钻机设备能力的限大直径井筒的钻进，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，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。和刀具的磨损。2024/7/122024/7/121313第二节第二节 立井钻机立井钻机(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。2024/7/122024/7/1214142024/7/122024/7/121515第二节第二节 立井钻机立井钻机 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，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，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。进行洗井。2024/7/122024/7/121616第二节第二节 立井钻机立井钻机 (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，因此地面预制的井壁是采取漂浮下沉或分段下沉的砌井方法。图35是预制井壁漂浮下沉示意。在井壁漂浮下沉过程中，为了维持井壁的稳定和下沉力的需要，应向井内灌注平衡水。2024/7/122024/7/1217172024/7/122024/7/121818第二节第二节 立井钻机立井钻机 二、钻井没备 钻井设备是根据钻井法工艺流程配备的一系列机械设备。钻井设备是以钻机为主体，分钻具、旋转、提吊和洗井四个功能系统，它还兼备有各种台车、起重运输、供电供水、泥浆配制和净化及井壁预制等辅助设备。现就钻机的功能系统分述于下：2024/7/122024/7/121919第二节第二节 立井钻机立井钻机 (一)钻具系统 钻具系统或称钻头组合，主要包括钻头和钻杆。钻具系统或称钻头组合，主要包括钻头和钻杆。1 1、钻头、钻头 钻头是由刀具、刀盘（钻头体）、中心管、钻头是由刀具、刀盘（钻头体）、中心管、加重块、稳定器等部分组成。因为钻机类型和钻加重块、稳定器等部分组成。因为钻机类型和钻进方式的不同，钻头的具体结构各异。我国大直进方式的不同，钻头的具体结构各异。我国大直径井筒，目前一般采用扩孔钻进方式，钻完一个径井筒，目前一般采用扩孔钻进方式，钻完一个井筒，需要更换几种规格的钻头。井筒，需要更换几种规格的钻头。2024/7/122024/7/1220202024/7/122024/7/122121第二节第二节 立井钻机立井钻机 1)刀具 刀具是直接破碎工作面岩石的工具。刀具在钻压与扭矩作用下连续破岩。钻井刀具有刮刀、楔齿滚刀、球齿滚刀和盘形滚刀四种基本型式。2024/7/122024/7/1222222024/7/122024/7/122323第二节第二节 立井钻机立井钻机 在表土层中钻进，一般用刮刀或长楔齿滚刀。条状刮在表土层中钻进，一般用刮刀或长楔齿滚刀。条状刮刀的刀体锻造，刃部堆捍碳化钨粉或硬质合金片。虽然刮刀的刀体锻造，刃部堆捍碳化钨粉或硬质合金片。虽然刮刀多用于表土，但是南非的矿山曾在石灰岩和石英岩中也刀多用于表土，但是南非的矿山曾在石灰岩和石英岩中也使用了刮刀破岩。在软岩和中硬以下的岩石中钻进，一般使用了刮刀破岩。在软岩和中硬以下的岩石中钻进，一般使用楔齿滚刀，但近年来，我国在表土钻进中也广泛采用使用楔齿滚刀，但近年来，我国在表土钻进中也广泛采用长楔齿滚刀。球齿滚刀因能承受较大的钻压，适用于坚硬长楔齿滚刀。球齿滚刀因能承受较大的钻压，适用于坚硬耐磨的岩石。盘形滚刀有单刀刃和多刀刃的，刀盘由合金耐磨的岩石。盘形滚刀有单刀刃和多刀刃的，刀盘由合金钢制成，刀刃上堆焊硬质合金或镶合金齿。盘形滚刀适用钢制成，刀刃上堆焊硬质合金或镶合金齿。盘形滚刀适用于脆性的中硬岩石。按岩石的不同性质，采用的刀具形式，于脆性的中硬岩石。按岩石的不同性质，采用的刀具形式，可按表可按表3 33 3选取。选取。2024/7/122024/7/122424第二节第二节 立井钻机立井钻机2024/7/122024/7/122525第二节第二节 立井钻机立井钻机 按照刀具在钻头上的工作位置，刀具可分为边刀、正刀和中心刀三种。边刀安装在钻头的最外边，起保持钻井直径、井帮光整以及稳定钻头的作用。由于边刀的旋转线速度最大，因此易于损坏。位于边刀和中心刀之间的所有刀具称为正刀。它是钻头的主要破岩刀具。边刀和正刀采用双支点刀座，中心刀位于刀盘中心采用单支点刀座，以利中心刀的滚动。2024/7/122024/7/122626第二节第二节 立井钻机立井钻机 2）刀盘 刀盘位于钻头的底部，是一钢架结构用以安装刀具。大直径钻头的刀盘是敞开或半封闭的装配式钢结构，而直径较小的超前钻头的刀盘则多为封闭式的整体结构。刀盘的底面有平底、锥底、截锥底、球形或台阶式多种。刀盘底部偏心布置12个泥浆与岩渣的吸入口，其总面积约为钻杆过流断面的1.4倍。2024/7/122024/7/122727第二节第二节 立井钻机立井钻机 刀具在钻头高度方向的布置有两种方式。布置在同一平面或斜面上的称为单台阶式，而刀具布置在几个平面上的称为多台阶钻头。单台阶式钻头轻便、易于装运，钻进阻力小，因而需要的扭矩也小。多台阶式钻头主要用于软岩与破碎带，具有较高的稳定性，并有两个自由面、利于破岩钻进。2024/7/122024/7/122828第二节第二节 立井钻机立井钻机 3)中心管 中心管是连接钻杆与钻头的装置，将钻杆扭矩传至刀盘使钻头旋转。它又承受钻头重量，受力十分复杂，是钻具系统中应力最大的部件之一。中心管内断面是泥浆循环的通道。中心管一般由高强合金钢管加工而成。2024/7/122024/7/122929第二节第二节 立井钻机立井钻机 4)加重块 起配重作用，保证钻头需耍的重量。5)稳定器 对钻头起扶正和导向作用。旋转式稳定器钻进时随钻头旋转，是我国多用的形式。2024/7/122024/7/123030第二节第二节 立井钻机立井钻机 2、钻杆 钻杆在钻具系统中用以提吊钻具，传递扭矩，作为输送压气、循环泥浆和排出岩碴的通道。由于其受力复杂，除了选用优质的合金钢材料外，它还随着不同钻机类型和钻井工艺，具有不同的结构和性能指标。2024/7/122024/7/123131第二节第二节 立井钻机立井钻机 (二)旋转系统 立井钻机的旋转系统是产生与传递旋转扭矩，使钻具旋转，钻头破岩的系统。转盘式立井钻机的旋转系统是由转盘、传动装置、钻台及主动钻杆等组成。2024/7/122024/7/123232第二节第二节 立井钻机立井钻机 1、转盘 转盘的主要功能，是在直流电机或液压马达转盘的主要功能，是在直流电机或液压马达的驱动下，产生扭矩使钻具旋转。接卸钻杆时，转的驱动下，产生扭矩使钻具旋转。接卸钻杆时，转盘还可作为卡挂钻具卡瓦的台座。转盘的主要技术盘还可作为卡挂钻具卡瓦的台座。转盘的主要技术参数是输出扭矩和转数。扭矩的大小说明钻机可能参数是输出扭矩和转数。扭矩的大小说明钻机可能输出的破岩功率的强弱，是衡量钻机的重要标志。输出的破岩功率的强弱，是衡量钻机的重要标志。在不变扭矩的情况下，一般转盘的转数是以在不变扭矩的情况下，一般转盘的转数是以扩孔钻头正常运行的常用转数作为额定转数，即扩孔钻头正常运行的常用转数作为额定转数，即0 030r30rminmin，常用范围为，常用范围为5 510r10rminmin。2024/7/122024/7/123333第二节第二节 立井钻机立井钻机 2、主动钻杆 主动钻杆通称方钻杆，安装在钻具系统的最上部，其主动钻杆通称方钻杆，安装在钻具系统的最上部，其上端与大钩提吊的水龙头相通，下端和一般钻杆衔接。钻上端与大钩提吊的水龙头相通，下端和一般钻杆衔接。钻井时，主动钻杆在转盘的方瓦中。随钻头的钻进而向下滑井时，主动钻杆在转盘的方瓦中。随钻头的钻进而向下滑动，井将扭矩传递给钻杆，使钻头旋转和连续破岩。动，井将扭矩传递给钻杆，使钻头旋转和连续破岩。主动钻杆的截面是四方或六方形，以便与转盘方瓦配主动钻杆的截面是四方或六方形，以便与转盘方瓦配合。方钻杆的四方或六方部分的长度是方钻杆的有效工作合。方钻杆的四方或六方部分的长度是方钻杆的有效工作长度长度(图图3 39)9)。根据钻井工艺的要求，该长度应大于钻杆。根据钻井工艺的要求，该长度应大于钻杆工作长度与方瓦高度之和并留有一定的高度，以保证方钻工作长度与方瓦高度之和并留有一定的高度，以保证方钻杆的工作行程与钻杆长度相适应。杆的工作行程与钻杆长度相适应。2024/7/122024/7/1234342024/7/122024/7/123535第二节第二节 立井钻机立井钻机 (三)提吊系统 立井钻机的提吊系统是由钻塔、绞车、复滑轮组、大钩、吊卡以及封口平车等组成。该系统设备用于提吊、起升和下放钻具；调节钻头给进速度、控制钻压；接卸钻杆工艺操作；支护时，用于提吊和下放井壁。2024/7/122024/7/123636第二节第二节 立井钻机立井钻机 1、钻塔 钻塔通常是绞车提吊系统的井口支架，装有天车，挂有游车、大钩，并提吊钻具系统，完成各项钻井起重工作。目前我国立井钻机使用的钻塔以塔形为主，如AS9500型钻机为四柱刚架式钻塔。2024/7/122024/7/123737第二节第二节 立井钻机立井钻机 2、绞车 绞车卷筒以其缠绕或放松钢丝绳，通过钻塔上的天车，使游车和大钩起升或下落，完成起下钻具作业；通过控制装置，调整放绳速度，实现钻头给进；或者制动卷筒，实现在需要的位置上暂时悬挂钻具。钻井过程，绞车具有以下两种工作状态：2024/7/122024/7/123838第二节第二节 立井钻机立井钻机 1)主提升工作状态 起下钻具时，每接卸一根钻杆，操作工艺要求大钩进行数次起落，相应地，绞车完成数次提升和下放。在此过程中，绞车负荷增减悬殊。同时，加速、减速和换向变化频繁。起下钻具运行状态称为主提升工作状态，为使绞车工作安全、大钩的额定提升速度为58mmin。2024/7/122024/7/123939第二节第二节 立井钻机立井钻机 2)钻头给进工作状态 钻井中，随着工作面的向下推进，应以相应钻井中，随着工作面的向下推进，应以相应的速度不断下放钻头，以保持刀具在所需要的钻压的速度不断下放钻头，以保持刀具在所需要的钻压下连续破碎岩石。这种持续下放钻头的状态称之为下连续破碎岩石。这种持续下放钻头的状态称之为给进。在岩石性质不变的情况下，如果给进速度慢给进。在岩石性质不变的情况下，如果给进速度慢于工作面推进速度，钻压将不断减小；反之，给进于工作面推进速度，钻压将不断减小；反之，给进速度加快，大于工作面的推进速度，钻压将不断增速度加快，大于工作面的推进速度，钻压将不断增大。因此，变化和调整给进速度，则可调整控制所大。因此，变化和调整给进速度，则可调整控制所需的钻压。为了保证井简垂直、减少刀具磨损和加需的钻压。为了保证井简垂直、减少刀具磨损和加快钻进速度，现有立井钻机均采用恒压给进。快钻进速度，现有立井钻机均采用恒压给进。2024/7/122024/7/124040第二节第二节 立井钻机立井钻机 在上述两种工作状态下，绞车的转数相差很大，转数的控制方式和工作负荷的变化特点完全不同。为了合理利用驱动功率，实现准确的调整和控制，绞车分别采用两套独立的驱动系统，即主提升系统和给进系统。两系统通过离合器实现相互转换。2024/7/122024/7/124141第二节第二节 立井钻机立井钻机 3 3、复滑轮组、复滑轮组 天车和游车通过钢丝绳构成复滑轮组，悬挂天车和游车通过钢丝绳构成复滑轮组，悬挂在钻塔的上部，其作用是使绞车产生的单根钢丝绳在钻塔的上部，其作用是使绞车产生的单根钢丝绳拉力，增加到提吊系统的提升能力，并将绞车卷筒拉力，增加到提吊系统的提升能力，并将绞车卷筒的旋转运动转换为大钩的升降运动。的旋转运动转换为大钩的升降运动。4 4、大钩、大钩 大钩是提吊系统的重要承载部件，用以悬挂大钩是提吊系统的重要承载部件，用以悬挂全部钻具，提吊井壁和完成井口其它起重作业。大全部钻具，提吊井壁和完成井口其它起重作业。大钩的负荷能力是立井钻机的主要技术参数，决定钻钩的负荷能力是立井钻机的主要技术参数，决定钻机的工作能力。机的工作能力。2024/7/122024/7/124242第二节第二节 立井钻机立井钻机(四)洗井系统 洗井系统在钻井过程起到循环泥浆、冲洗井底和排除岩渣的作用。此系统的主要设备有：水龙头、压气排液器和地面的排浆管槽。2024/7/122024/7/124343第二节第二节 立井钻机立井钻机 1、水龙头 转盘式钻机采用反循环洗井，压气排碴时，水转盘式钻机采用反循环洗井，压气排碴时，水龙头是压气的进口和排浆出口，同时，又是不旋转龙头是压气的进口和排浆出口，同时，又是不旋转的提吊系统和旋转的钻具系统间的过渡部件，因此的提吊系统和旋转的钻具系统间的过渡部件，因此它又称作缓转器。它又称作缓转器。动力头式钻机，如动力头式钻机，如CSDCSD300300型钻机，在其动型钻机，在其动力头上有配气装置，并在中心管内装有排浆管，因力头上有配气装置，并在中心管内装有排浆管，因此动力头同时起到转盘式钻机的转盘和水龙头的作此动力头同时起到转盘式钻机的转盘和水龙头的作用。用。2024/7/122024/7/124444第二节第二节 立井钻机立井钻机 2、压气排液器 以压气作动力，由于钻杆内混合室位置的压气与泥浆以压气作动力，由于钻杆内混合室位置的压气与泥浆的混合液的比重小，形成压力差，使冲洗工作面的泥浆携的混合液的比重小，形成压力差，使冲洗工作面的泥浆携带岩渣由钻头吸入口进入钻杆升上地面。压气排液液器由带岩渣由钻头吸入口进入钻杆升上地面。压气排液液器由风管和混合室组成。风管和混合室组成。风管是向井下输送高压空气的管路。风管是向井下输送高压空气的管路。ASAS9 9500500型钻型钻机采用中心风管，即风管位于钻杆中间，悬挂在水龙头上。机采用中心风管，即风管位于钻杆中间，悬挂在水龙头上。风管用无缝钢管，其插入井下的最大深度根据压气的压力风管用无缝钢管，其插入井下的最大深度根据压气的压力及没入深度系数确定。及没入深度系数确定。风管的最下端为混合器。混合器是在一段风管的管壁风管的最下端为混合器。混合器是在一段风管的管壁上钻有许多气孔而形成。为避免压气由风管的底端口溢出，上钻有许多气孔而形成。为避免压气由风管的底端口溢出，将其底口封闭。将其底口封闭。2024/7/122024/7/124545第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 一、钻井施工准备工作 钻井前的准备工作，除完成一般凿井施工准钻井前的准备工作，除完成一般凿井施工准备期的工作外，还必须完成以下专门服务于井筒钻备期的工作外，还必须完成以下专门服务于井筒钻进的准备工作。进的准备工作。1 1、钻井井场布至、钻井井场布至 钻井井场既要满足钻井法凿井施工的工艺要求，钻井井场既要满足钻井法凿井施工的工艺要求，还要符合矿井工业场地总平面布置原则。井壁预制场，还要符合矿井工业场地总平面布置原则。井壁预制场，应力求布置紧凑，以缩短井壁吊车的轨道长度；场地应力求布置紧凑，以缩短井壁吊车的轨道长度；场地两侧宜开阔，以利井壁预制的机械化系统布量。泥浆两侧宜开阔，以利井壁预制的机械化系统布量。泥浆的配制和净化系统的各种设施相应集中，以保持施工的配制和净化系统的各种设施相应集中，以保持施工现场的整洁。现场的整洁。2024/7/122024/7/1246462024/7/122024/7/124747第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 2 2、临时锁口和基础工程、临时锁口和基础工程 钻井临时锁口的主要作用是形成必要空间以供钻井开钻井临时锁口的主要作用是形成必要空间以供钻井开始时放置钻头和泥浆循环之用；承受土压力和钻塔以及其始时放置钻头和泥浆循环之用；承受土压力和钻塔以及其它设施的载荷；在钻井初期和钻井完成后下沉井壁施工时它设施的载荷；在钻井初期和钻井完成后下沉井壁施工时起导向作用。起导向作用。锁口由锁口盘和一段扩大的井壁组成。锁口盘的上盘锁口由锁口盘和一段扩大的井壁组成。锁口盘的上盘面布置钻台和封口平车轨道面布置钻台和封口平车轨道(图图3 312)12)。锁口一般用普通方。锁口一般用普通方法掘砌。法掘砌。基础工程包括钻塔基础、绞车基础、龙门吊车轨道及基础工程包括钻塔基础、绞车基础、龙门吊车轨道及其它设施基础。钻塔基础尺寸主要取决于地层的承载力。其它设施基础。钻塔基础尺寸主要取决于地层的承载力。当基础尺寸较大时，可与锁口连成一体，便于施工和使用。当基础尺寸较大时，可与锁口连成一体，便于施工和使用。超重设备的轨道，如钻头车、装运井壁车和龙门起重机轨超重设备的轨道，如钻头车、装运井壁车和龙门起重机轨道，其路基及铺轨按国家一级轨道标淮铺设。道，其路基及铺轨按国家一级轨道标淮铺设。2024/7/122024/7/1248482024/7/122024/7/124949第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 3、净化系统工程 挖掘沉淀池，安设由沉淀池清除岩渣及运送挖掘沉淀池，安设由沉淀池清除岩渣及运送岩渣至排矸场的设备。一般要求在钻井开工前制备岩渣至排矸场的设备。一般要求在钻井开工前制备一定量的泥浆，使其充满锁口、沉淀池及泥浆沟槽。一定量的泥浆，使其充满锁口、沉淀池及泥浆沟槽。贮浆池中有一定量的泥浆储备。近年来我国若干矿贮浆池中有一定量的泥浆储备。近年来我国若干矿井根据具体条件，实现了井根据具体条件，实现了“清水开钻清水开钻”，即以清水，即以清水加化学药剂直接开钻，从而减少了开钻前的搅浆、加化学药剂直接开钻，从而减少了开钻前的搅浆、配浆等制备工作，减小泥浆池容量，降低了成本。配浆等制备工作，减小泥浆池容量，降低了成本。2024/7/122024/7/125050第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 4、钻机安装 钻机安装是以钻塔、提吊系统、旋转系统等井口设备钻机安装是以钻塔、提吊系统、旋转系统等井口设备为主，其它设备，如钻头等组装工作，可在井口以外与井为主，其它设备，如钻头等组装工作，可在井口以外与井口设备安装平行交叉进行。口设备安装平行交叉进行。钻塔一般采用地面拼装，即卧倒组装，然后用起重装钻塔一般采用地面拼装，即卧倒组装，然后用起重装置拉起就位。置拉起就位。安装钻机，要求大钩的提吊中心、转盘中心和井筒中安装钻机，要求大钩的提吊中心、转盘中心和井筒中心重合在一条铅垂线上，即所谓心重合在一条铅垂线上，即所谓 三心三心 重合。各个部分重合。各个部分组装的具体要求是：钻塔天车平台的中心线与井筒中心线组装的具体要求是：钻塔天车平台的中心线与井筒中心线的偏差的偏差15mm15mm；天车的几何中心与井筒中心线偏差；天车的几何中心与井筒中心线偏差5mm5mm，；，；转盘中心与井筒中心的偏差转盘中心与井筒中心的偏差2mm2mm。在钻机安装过程中，各单项设备组装后，均应组织试在钻机安装过程中，各单项设备组装后，均应组织试运转，全部组装完毕，应作整机综合试运转。运转，全部组装完毕，应作整机综合试运转。2024/7/122024/7/125151第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 二、钻进工艺 钻进工艺因钻机的类型及设备的结构不同而钻进工艺因钻机的类型及设备的结构不同而异，但其基本的钻进作业是相似的。异，但其基本的钻进作业是相似的。ASAS9 9500500型型立井钻机的钻进工艺可分解为下钻具、正常钻进、立井钻机的钻进工艺可分解为下钻具、正常钻进、加尺和起钻具等四步工序。加尺和起钻具等四步工序。1 1、下钻具、下钻具 组装或更新刀具后的钻头被吊入井中。进行接长组装或更新刀具后的钻头被吊入井中。进行接长钻杆、下放钻头、直至钻头接近井底为止。随后接长钻杆、下放钻头、直至钻头接近井底为止。随后接长风管与混合器，并将之逐渐插入钻杆，放置至所需深风管与混合器，并将之逐渐插入钻杆，放置至所需深度以供给压气排液器压缩空气。最后连接方钻秆，安度以供给压气排液器压缩空气。最后连接方钻秆，安好转盘卡瓦。至此，准备就绪，可以开钻。好转盘卡瓦。至此，准备就绪，可以开钻。2024/7/122024/7/125252第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 2、正常钻进 接好的钻具，钻头宜在下放至工作面以上一定距离时，启动压风机，开始泥浆循环，冲洗井底。然后开动转盘，旋转钻具，开启绞车给进系统，此时钻头徐徐下放并与工作面接触。按照地质条件选定钻井参数，使钻机进入正常给进状态。2024/7/122024/7/125353第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 3 3、加尺、加尺 当方钻杆行程将接近最低位置时，停止钻进。当方钻杆行程将接近最低位置时，停止钻进。遂将方钻杆提出转盘，折开方钻杆和风管接头，加遂将方钻杆提出转盘，折开方钻杆和风管接头，加接一节钻杆，加长风管。接长钻杆工序称作加尺。接一节钻杆，加长风管。接长钻杆工序称作加尺。4 4、起钻具、起钻具 更换钻头或刀具时，需提取钻头，其操作工更换钻头或刀具时，需提取钻头，其操作工序与下放钻具相反。即：卸去方钻杆，提取风管，序与下放钻具相反。即：卸去方钻杆，提取风管，卸钻杆，移钻台车，提出钻头，并将之放置在钻头卸钻杆，移钻台车，提出钻头，并将之放置在钻头车上移去。车上移去。2024/7/122024/7/125454第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 三、测斜、防偏与纠偏 井筒垂直度是钻井质量的重要指标之一。若井筒井筒垂直度是钻井质量的重要指标之一。若井筒发生偏斜，则会减小井筒的有效断面，从而使井内装备发生偏斜，则会减小井筒的有效断面，从而使井内装备布置发生困难。偏斜还会影响预制井壁的下沉，使支护布置发生困难。偏斜还会影响预制井壁的下沉，使支护工作复杂化。工作复杂化。我国钻井施工实践表明，在表土和软岩中钻井井筒我国钻井施工实践表明，在表土和软岩中钻井井筒的偏斜率一般均能控制在的偏斜率一般均能控制在1 1以内。潘集三矿西风井，以内。潘集三矿西风井，使用使用ASAS9 9500500型立井钻机施工，采用一级超前，三级型立井钻机施工，采用一级超前，三级扩孔钻进扩孔钻进9m9m直径井筒，钻井深度直径井筒，钻井深度508.2m508.2m，偏斜率为，偏斜率为0.220.22。对于钻井偏斜，如同对待钻孔一样，应坚持。对于钻井偏斜，如同对待钻孔一样，应坚持“防偏为主，纠偏为辅防偏为主，纠偏为辅”的原则，定期测斜，并根据偏斜的原则，定期测斜，并根据偏斜原因采取预防或必要的纠偏措施。原因采取预防或必要的纠偏措施。2024/7/122024/7/125555第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 (一)测斜 为及时了解偏斜情况，钻进时，宜定期测斜。为及时了解偏斜情况，钻进时，宜定期测斜。一般每钻进一般每钻进2 23 3根钻杆长的深度便测量一次。在接根钻杆长的深度便测量一次。在接长钻杆或更换钻具时，开动测井绞车，下放测量仪长钻杆或更换钻具时，开动测井绞车，下放测量仪器进行测斜。器进行测斜。测量仪器，国外多采用陀螺测斜仪，我国使用测量仪器，国外多采用陀螺测斜仪，我国使用的方法和仪器很多，主要有的方法和仪器很多，主要有JJJJJJ1 1型井径仪，型井径仪，CJCJ501501，CSXCSX73l73l以及新近研制的以及新近研制的SDSDl l型深井测井仪。型深井测井仪。2024/7/122024/7/125656第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 (二)防偏 1 1、偏斜原因、偏斜原因 只有了解使钻井发生偏斜的原因，才能采取切实只有了解使钻井发生偏斜的原因，才能采取切实有效的防偏措施。由于钻井工程，可能引起偏斜的因有效的防偏措施。由于钻井工程，可能引起偏斜的因素很多，而且常常是几种因素综合作用的结果。为此素很多，而且常常是几种因素综合作用的结果。为此精心施工和严格管理，对防偏工作意义重大。偏斜的精心施工和严格管理，对防偏工作意义重大。偏斜的主要原因，可归纳为：主要原因，可归纳为：1)1)地质因素。地质因素。钻井遇到倾斜岩层，以及软硬岩性交钻井遇到倾斜岩层，以及软硬岩性交替变化时，容易发生偏斜。同样，在钻头遇及空洞、替变化时，容易发生偏斜。同样，在钻头遇及空洞、断层、以及冲积层中的卵石、坚硬结核部分时，都可断层、以及冲积层中的卵石、坚硬结核部分时，都可能造成偏斜。能造成偏斜。2024/7/122024/7/125757第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 2)设备因素。如果钻机的提吊中心、转盘中心和如果钻机的提吊中心、转盘中心和井筒中心不在一条铅垂线上，钻盘安装不平，钻头刀井筒中心不在一条铅垂线上，钻盘安装不平，钻头刀盘与中心管不垂直，钻进中就难于避免倾斜的发生。盘与中心管不垂直，钻进中就难于避免倾斜的发生。3)操作因素。钻井参数的确定或掌握不当，尤其是钻井参数的确定或掌握不当，尤其是钻压过大或钻机转速过高，造成钻具幌动。岩层软硬钻压过大或钻机转速过高，造成钻具幌动。岩层软硬变化时钻压是否适时调整，都会影响钻井偏斜。变化时钻压是否适时调整，都会影响钻井偏斜。2024/7/122024/7/125858第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 2、防偏措施 除采取针对偏斜原因，应用的防范办法和保除采取针对偏斜原因，应用的防范办法和保证钻机的制造和安装质量，以及在钻头上加装导向证钻机的制造和安装质量，以及在钻头上加装导向器等措施外，重要的防偏技术是减压钻进。减压钻器等措施外，重要的防偏技术是减压钻进。减压钻进的作用，即所谓进的作用，即所谓 悬锤悬锤 效应，就是应用大钩在效应，就是应用大钩在钻进中悬吊一部分钻头的重量，使钻杆处于受拉状钻进中悬吊一部分钻头的重量，使钻杆处于受拉状况，可以保证或提高钻井的垂直度。我国减压钻进况，可以保证或提高钻井的垂直度。我国减压钻进的减压量，一般为钻头重量的的减压量，一般为钻头重量的40406060。2024/7/122024/7/125959第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 3 3、纠偏、纠偏 在表土或风化岩层中钻进，经测量一旦发现偏斜，在表土或风化岩层中钻进，经测量一旦发现偏斜，确定了偏斜的方向和深度后，应即进行扫孔纠偏。纠确定了偏斜的方向和深度后，应即进行扫孔纠偏。纠偏时，以原级钻头于偏斜开始位置的上方偏时，以原级钻头于偏斜开始位置的上方0.50.51.5m1.5m处，处，用慢给进小钻压、以用慢给进小钻压、以101015cm15cmh h的低速扫孔纠正。的低速扫孔纠正。当采用多级扩孔钻进时，前一级钻孔发生的偏斜，当采用多级扩孔钻进时，前一级钻孔发生的偏斜，可在下一级扩孔钻进中得到纠正。即是在下一级钻井可在下一级扩孔钻进中得到纠正。即是在下一级钻井时，在偏斜区段以小钻压，慢给进纠偏。如在最后一时，在偏斜区段以小钻压，慢给进纠偏。如在最后一级扩孔中发生了偏斜，可在钻头刀盘外缘，加装边刀级扩孔中发生了偏斜，可在钻头刀盘外缘，加装边刀扩大钻头直径扩孔纠正。扩大钻头直径扩孔纠正。2024/7/122024/7/126060第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 四、钻进故障 钻进过程可能发生的故障有：泥包钻头、跳钻、卡钻、井内落物等。排除故障会造成增加辅助非钻进时间和钻井成本。为此，防止故障发生，及时、有效地排除故障，十分重要。2024/7/122024/7/126161第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 1、泥包钻头 在粘性土层中钻进时，如切削下来的岩土不能及在粘性土层中钻进时，如切削下来的岩土不能及时排除，以致粘糊在刀具、刀盘和钻头吸入口上，使时排除，以致粘糊在刀具、刀盘和钻头吸入口上，使排浆量减少，钻速降低，甚至钻井无进尺，这种现象排浆量减少，钻速降低，甚至钻井无进尺，这种现象称为泥包钻头。称为泥包钻头。泥包钻头故障的发生，可能是刀具布置过密，刀泥包钻头故障的发生，可能是刀具布置过密，刀具形式不合理，泥浆浓度大，或冲洗量不足等原因造具形式不合理，泥浆浓度大，或冲洗量不足等原因造成的。故障一旦发生，除提钻清理外，宜针对具体原成的。故障一旦发生，除提钻清理外，宜针对具体原因，就钻井参数、钻头结构及其布置等进行调整。因，就钻井参数、钻头结构及其布置等进行调整。近年来我国采用长楔齿滚刀钻进表上，较好地防近年来我国采用长楔齿滚刀钻进表上，较好地防止了泥包钻头现象的发生。止了泥包钻头现象的发生。2024/7/122024/7/126262第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 2、跳钻问题 在中硬以及坚硬的岩石中钻进，有时钻头、钻杆和方钻杆上下跳动。此时，钻具旋转不匀，水龙头晃动，严重时连同钻台一起震动。引起跳钻的原因有井底存在异物，如掉落刀具，出现大卵石，或刀具布置不合理，工作面形成锯齿状等。清理井底，重新合理布置刀具，在卵石层调整钻进参数，是排除这种故障的几种有效方法。2024/7/122024/7/126363第三节第三节 井筒钻进井筒钻进 3 3、卡钻现象、卡钻现象 钻进时出现转盘被卡住，钻头提不起或提升钻进时出现转盘被卡住，钻头提不起或提升困难等情况称作卡钻。在表土层钻进多由泥包钻头、困难等情况称作卡钻。在表土层钻进多由泥包钻头、井帮坍塌、或井筒缩径等原因引起。另外，井斜不井帮坍塌、或井筒缩径等原因引起。另外，井斜不规则、井底存在异物，都可能触发卡钻事故。规则、井底存在异物，都可能触发卡钻事故。4 4、井内落物、井内落物 钻进过程刀具脱落，钻杆折断，钻头及风管钻进过程刀具脱落，钻杆折断，钻头及风管等落井事故时有发生。应根据故障状况，选用专门等落井事故时有发生。应根据故障状况，选用专门打捞器具及时打捞、清除。打捞器具及时打捞、清除。2024/7/122024/7/126464第四节第四节 洗井与净化洗井与净化 钻井工程中，使用循环流动的洗井介质及时钻井工程中，使用循环流动的洗井介质及时清除井底被刀具破碎了的岩渣，并将之排出井口的清除井底被刀具破碎了的岩渣，并将之排出井口的过程称为洗井。在地面将洗井介质中的岩渣进行分过程称为洗井。在地面将洗井介质中的岩渣进行分离，以便洗井介质下井复用，此项作业称作净化。离，以便洗井介质下井复用，此项作业称作净化。洗井与净化工作对钻进速度影响很大。洗井与净化工作对钻进速度影响很大。一、洗井方式一、洗井方式 钻井工程常用的洗井方式根据浆液流动去向钻井工程常用的洗井方式根据浆液流动去向洗井可为以下三种方式：洗井可为以下三种方式：2024/7/122024/7/126565第四节第四节 洗井与净化洗井与净化 1、正循环洗井 正循环洗井系统正循环洗井系统(图图3 313)13)，洗井介质或洗井液由，洗井介质或洗井液由贮浆池经泵压送，通过管道，水龙头和钻杆进入钻头。贮浆池经泵压送，通过管道，水龙头和钻杆进入钻头。洗井液由钻头喷出后，冲洗工作面，并携带破碎下来洗井液由钻头喷出后，冲洗工作面，并携带破碎下来的岩渣，沿井筒向上排出地面。携有岩渣的洗井液经的岩渣，沿井筒向上排出地面。携有岩渣的洗井液经沉淀净化，重复使用，由泵压送进行新的循环。沉淀净化，重复使用，由泵压送进行新的循环。正循环洗井的优点是刀具和工作面冲洗的效果好。正循环洗井的优点是刀具和工作面冲洗的效果好。其缺点是洗井液沿井筒上升的流速慢，由于更换钻头其缺点是洗井液沿井筒上升的流速慢，由于更换钻头或按长钻杆而停钻时，岩渣便会下沉。这种循环系统或按长钻杆而停钻时，岩渣便会下沉。这种循环系统为美国若干转盘式钻机和苏联的为美国若干转盘式钻机和苏联的PTBPTB型钻井机组和型钻井机组和YKBYKB型钻机采用。型钻机采用。2024/7/122024/7/1266662024/7/122024/7/126767第四节第四节 洗井与净化洗井与净化 2、反循环洗井 反循环洗井的洗井液流程与正循环洗井相反。洗井液反循环洗井的洗井液流程与正循环洗井相反。洗井液从贮浆池进入井内，并依自重流向工作面，冲洗工作面。从贮浆池进入井内，并依自重流向工作面，冲洗工作面。携带岩渣的泥浆借助压气排液器的动力，被吸入钻杆。洗携带岩渣的泥浆借助压气排液器的动力，被吸入钻杆。洗井液沿钻杆上升，经过三通、软管和溜槽，进入净化系统。井液沿钻杆上升，经过三通、软管和溜槽，进入净化系统。反循环洗井的优点是钻杆中洗井液携带岩渣上升的速反循环洗井的优点是钻杆中洗井液携带岩渣上升的速度高，可以排出较重的岩块。但是工作面冲洗时，洗井液度高，可以排出较重的岩块。但是工作面冲洗时，洗井液的径向流速低，可能造成岩渣的重复破碎，或的径向流速低，可能造成岩渣的重复破碎，或“泥包泥包”现现象。象。我国大型钻井机，美国一些钻井没备，以及苏联我国大型钻井机，美国一些钻井没备，以及苏联YBTMYBTM和欧洲的霍尼格曼型钻机都采用反循环洗井。这是使用最和欧洲的霍尼格曼型钻机都采用反循环洗井。这是使用最广泛的洗井方式。广泛的洗井方式。2024/7/122024/7/1268682024/7/122024/7/126969第四节第四节 洗井与净化洗井与净化 3、混合洗井 混合洗井系统综合了正反循环洗井的优点，混合洗井系统综合了正反循环洗井的优点，达到工作面既得到彻底冲洗，又使洗井液有很高的达到工作面既得到彻底冲洗，又使洗井液有很高的上升排渣速度。该系统如图上升排渣速度。该系统如图3 31515所示。所示。该洗井系统采用双层钻杆。泵将洗井液压入该洗井系统采用双层钻杆。泵将洗井液压入水龙头，并沿内外管之间的环形空间流向钻头，自水龙头，并沿内外管之间的环形空间流向钻头，自钻头喷嘴喷出冲洗刀具和工作面，而后携有岩渣的钻头喷嘴喷出冲洗刀具和工作面，而后携有岩渣的泥浆，借助压气排液器，沿钻杆的内管上升，通过泥浆，借助压气排液器，沿钻杆的内管上升，通过三通和软管进入沉淀池三通和软管进入沉淀池。2024/7/122024/7/1270702024/7/122024/7/127171第四节第四节 洗井与净化洗井与净化 这种洗井方式采用的双层钻杆结构复杂，起这种洗井方式采用的双层钻杆结构复杂，起下钻具的作业时间长，而且洗井成本较高。下钻具的作业时间长，而且洗井成本较高。美国美国SCDSCD型强力钻机采用了双层钻杆的混合洗型强力钻机采用了双层钻杆的混合洗井方法。另外一种混合洗井方法是苏联井方法。另外一种混合洗井方法是苏联PTBPTB型钻井型钻井机组采用的周期式混合洗井。其作法是先按正循环机组采用的周期式混合洗井。其作法是先按正循环洗井钻井洗井钻井2 23h3h，然后开启压气提升装置进行反循，然后开启压气提升装置进行反循环洗井环洗井1 11.5h1.5h，以排除位于钻头下正循环洗井排，以排除位于钻头下正循环洗井排不走的岩渣，如此周期性反复进行洗井。不走的岩渣，如此周期性反复进行洗井。2024/7/122024/7/127272第四节第四节 洗井与净化洗井与净化 二、压气排液器 压气排液器应用连通管工作原理排渣压气排液器应用连通管工作原理排渣(图图3 316)16)。在压气未进入混合室之前，井筒与排液管内的。在压气未进入混合室之前，井筒与排液管内的泥浆比重相同，液面高度也相同。但当压气进入排泥浆比重相同，液面高度也相同。但当压气进入排浆管，并与泥浆混合，其混合液的相对密度变得小浆管，并与泥浆混合，其混合液的相对密度变得小于泥浆的相对密度，于是在井内泥浆柱压力的作用于泥浆的相对密度，于是在井内泥浆柱压力的作用下，气液混合液上升。上升过程，由于压力减小，下，气液混合液上升。上升过程，由于压力减小，混合液中气泡继续膨胀，使混合液加快上升速度。混合液中气泡继续膨胀，使混合液加快上升速度。2024/7/122024/7/1273732024/7/122024/7/127474 三、洗井介质及泥浆功能 (一一)洗井介质洗井介质 用于洗井的介质有泥浆、清水、空气以及空气泡沫等，用于洗井的介质有泥浆、清水、空气以及空气泡沫等，但泥浆可广泛用在任何地质条件下钻井。清水洗井一般用但泥浆可广泛用在任何地质条件下钻井。清水洗井一般用于稳定的粘土及岩层中，既经济且有效。德国在厚含水砂于稳定的粘土及岩层中，既经济且有效。德国在厚含水砂层中钻排水井时，常用清水反循环洗井。美国在坚硬无水层中钻排水井时，常用清水反循环洗井。美国在坚硬无水的岩层中钻井时，采用吹入空气的方法洗井。洗井时，井的岩层中钻井时，采用吹入空气的方法洗井。洗井时，井口密封压风沿井下流动冲洗工作面，然后连同岩渣经钻杆口密封压风沿井下流动冲洗工作面，然后连同岩渣经钻杆排出地面。美国还采用过空气泡沫洗井，将膨润土、洗涤排出地面。美国还采用过空气泡沫洗井，将膨润土、洗涤剂及化学药剂的混合液，送入压气管内，混合液在通往工剂及化学药剂的混合液，送入压气管内，混合液在通往工作面的管路内，形成泡沫，由此增强了洗井液的携带、冲作面的管路内，形成泡沫，由此增强了洗井液的携带、冲洗能力，提高了钻进速度。洗能力，提高了钻进速度。泥浆通常由粘土和水配制而成。这种泥浆配制容易，泥浆通常由粘土和水配制而成。这种泥浆配制容易，原料成本低，又适用于各种复杂地质条件，所以目前为钻原料成本低，又适用于各种复杂地质条件，所以目前为钻井工程广泛采用的一种洗井液。井工程广泛采用的一种洗井液。2024/7/122024/7/127575第四节第四节 洗井与净化洗井与净化 (二二)泥浆的功能泥浆的功能 泥浆具有洗井、护壁和冷却钻具等功能，主要表现在：泥浆具有洗井、护壁和冷却钻具等功能，主要表现在：1 1、洗井、洗井 泥浆的洗井功能可归纳为：冲洗井底、携带岩渣和悬泥浆的洗井功能可归纳为：冲洗井底、携带岩渣和悬浮岩屑。浮岩屑。泥浆以一定的流速冲洗井底，通常认为反循环洗井泥泥浆以一定的流速冲洗井底，通常认为反循环洗井泥浆在工作面的流速以浆在工作面的流速以0.3m0.3ms s为佳，最低不能小于为佳，最低不能小于0.1m0.1ms s。破碎了的岩渣，随泥浆流进吸入口，应避免岩渣堆集工作破碎了的岩渣，随泥浆流进吸入口，应避免岩渣堆集工作面和重复破碎。当泥浆一旦停止循环，它应具有悬浮岩屑面和重复破碎。当泥浆一旦停止循环，它应具有悬浮岩屑的能力，使其不致下沉。在混合洗井系统中，泥浆还以较的能力，使其不致下沉。在混合洗井系统中，泥浆还以较高的速度由钻头喷出，冲击地层，有利于岩层的破碎。高的速度由钻头喷出，冲击地层，有利于岩层的破碎。2024/7/122024/7/127676 2 2、护壁、护壁 泥浆的护壁功能，体现在泥浆造壁和对地层施以反压泥浆的护壁功能，体现在泥浆造壁和对地层施以反压力两个方面。力两个方面。泥浆造壁：由于井内泥浆柱的压力较地层压力为大，泥浆造壁：由于井内泥浆柱的压力较地层压力为大，因此泥浆流向地层，细颗粒进入地层的孔隙，粗粘土颗粒因此泥浆流向地层，细颗粒进入地层的孔隙，粗粘土颗粒贴附在井帮上，在井帮上形成泥皮。泥皮阻止了泥浆向地贴附在井帮上，在井帮上形成泥皮。泥皮阻止了泥浆向地层的流动，但泥浆中的自由水仍可透过泥皮继续渗入地层，层的流动，但泥浆中的自由水仍可透过泥皮继续渗入地层，使泥皮逐渐变密和增厚。井帮上形成泥皮的过程，称为泥使泥皮逐渐变密和增厚。井帮上形成泥皮的过程，称为泥浆的浆的“造壁造壁”(图图3 327)27)。形成的泥皮加固了井帮，可防。形成的泥皮加固了井帮，可防止井壁坍塌。止井壁坍塌。井内的泥浆具有液柱高度，产生一定的静压力，以平井内的泥浆具有液柱高度，产生一定的静压力，以平衡地层压力。泥皮和泥浆柱的反压力维护了钻井井帮的稳衡地层压力。泥皮和泥浆柱的反压力维护了钻井井帮的稳定，起到了钻进过程临时支护的作用。定，起到了钻进过程临时支护的作用。2024/7/122024/7/1277772024/7/122024/7/127878第四节第四节 洗井与净化洗井与净化 四、泥浆净化 泥浆的净化广义地讲是指冲洗过钻井井底的泥泥浆的净化广义地讲是指冲洗过钻井井底的泥浆恢复原参数的全部工艺过程，即包括泥浆中岩渣浆恢复原参数的全部工艺过程，即包括泥浆中岩渣的清除，处理泥浆遭受的盐侵和地层自然造浆等内的清除，处理泥浆遭受的盐侵和地层自然造浆等内容。净化方法有重力、机械和化学三种。于此我们容。净化方法有重力、机械和化学三种。于此我们讨论净化的最主要内容，即清除岩渣。泥浆中粒径讨论净化的最主要内容，即清除岩渣。泥浆中粒径大于大于0.05mm0.05mm以上的颗粒均为净化对象。以上的颗粒均为净化对象。2024/7/122024/7/127979第四节第四节 洗井与净化洗井与净化(一)净化系统 我国煤矿采用自重沉淀配合机械的净化系统，我国煤矿采用自重沉淀配合机械的净化系统，分单级净化和两级净化方式分单级净化和两级净化方式(图图3 321)21)。单级净化是指泥浆出井后经沉淀池自动沉淀，单级净化是指泥浆出井后经沉淀池自动沉淀，如泥浆参数仍未达到标准时，继用旋流器作离心分如泥浆参数仍未达到标准时，继用旋流器作