地層鋼粒施工實踐討論范文

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鋼粒鉆進是鉆進堅硬巖層的另一種主要方法，這種施工方式具有施工設備簡單，操作工藝易行，成本低廉等優點。

關鍵詞：鋼粒鉆進，裂隙地層，巖溶溶洞地層。

由于切削具硬度及耐磨性的原因，硬質合金鉆進只適用于中等硬度以下的軟巖層；金剛石鉆進可鉆性級別較高，但金剛石產量少，價格昂貴，普及于日常生產有相當的難度，并且，金剛石受到太大的沖擊容易破碎，也不適用于裂隙、溶巖溶洞地層鉆進。

鋼粒鉆進是鉆進堅硬巖層的另一種主要方法，這種施工方式具有施工設備簡單，操作工藝易行，成本低廉等優點。但是，由于鋼粒不固定在鉆頭上，在裂隙、巖溶溶洞地層，鋼粒容易大量漏失、流失，使得鉆頭底唇面下沒有足夠的鋼粒破碎巖石，鉆具無法克取巖石取得進尺，所以，鋼粒鉆進在裂隙、巖溶溶洞地層中的應用也受到很大的限制。

我們在淅川水源地裂隙、巖溶溶洞地層鉆井施工中，經過技術分析與攻關，采用鋼粒鉆進工藝，順利完成了施工任務，在鋼粒鉆進裂隙、巖溶溶洞地層方面，取得了一定的實踐經驗。

1.概述

1.1工程概況

由于工農業的快速發展，淅川縣城段水質受到嚴重污染，超出了國家Ⅳ級飲用水標準，且水量供給日益萎縮。飲用水對當地的經濟發展、人民的日常生活已經造成嚴重的影響。為此，經多方論證，開辟、建設新的、水質良好的飲用水水源地，成為必然。

1.2地層情況簡介

水源地位于淅川縣城西北一公里處。地層情況大致如下：

上部第四系坡洪積層，主要為松散中粗砂、砂礫（卵）石層、砂質粘土，其中賦存豐富的第四系松散巖類孔隙水；該層底部砂礫（卵）石層泥質含量較高，膠結較致密，該層不整合覆蓋于寒武—奧陶系老地層之上，為隔水層。

基巖為奧陶、寒武、震旦系巖層，巖層局部為火山角礫巖、砂質粘土巖、頁巖、砂巖、泥巖、板巖、灰巖等，含微弱基巖裂隙水，富水性差；地層巖性大部分為白云巖、白云質大理巖、灰質白云巖等，節理裂隙及溶蝕現象發育，賦存豐富的碳酸鹽巖裂隙巖溶水。碳酸巖層為鉆井取水的主要目的層。

1.3施工設計要求

設計井孔數25眼，單井供水量50噸/小時；

單井井孔結構為：上部第四系覆蓋層井孔直徑為φ600mm，下φ377×7mm螺旋鋼管；下部基巖：井孔直徑為φ290mm，裸眼成孔。

井孔深度200米左右，具體井深視地層實際情況而定。

井孔上部第四系松散巖類孔隙水全部封隔，水源地用水主要取下部基巖的碳酸巖裂隙、巖溶溶洞水。

2.鉆進工藝

上部第四系地層：一鉆采用φ300mm三翼刮刀鉆頭開孔，二鉆用φ600mm三翼刮刀鉆頭擴孔，最后用φ377mm鋼粒鉆頭鉆入基巖2米，下入φ377×7mm螺旋鋼管，止水固井管；

下部基巖：采用φ290×10mm鋼粒鉆頭，一徑鉆至終孔。

鋼粒選擇：選直徑為3mm的鋼粒。

鉆壓：24KN，轉速：90rpm，泵量：110L/min，回次投鋼砂量：16Kg。

3.施工生產

3.1前期生產情況

機臺進入工地后，第一眼井的前期，施工順利，鉆進至49.5米處鉆穿第四系地層，然后又往下鉆2米基巖，下入φ377×7mm表層套管，止水、固定表層套管后，改用φ290×10mm鋼粒鉆頭鉆進基巖。

當鉆進至83米時，生產出現了兩個棘手的問題，a：所用的清水沖洗液出現了迅猛的減少，即清水沖洗液大量漏失，導致工地施工所需的清水供不應求；b：在沖洗液出現大量漏失的同時，鉆具也出現了劇烈的“竄動”和“阻卡”，致使鉆具難以回轉作業，施工設備“鱉車”嚴重。

在這兩個因素的阻礙下，施工機臺堅持運行2天，基本不能取得進尺。生產被迫停頓。

3.2原因分析

就施工所出現的問題結合具體地質情況，我們判斷沖洗液的漏失與鉆具的“阻卡”、“竄動”現象，都是鋼粒鉆頭鉆至裂隙、巖溶溶洞地層的反應：

a:經測量，井孔內的靜水位相對地面高度為-52.5米；循環池內沖洗液液面高度為-0.8米。井孔內液面高度比循環池內沖洗液面高度低51.7米。當泥漿泵將清水沖洗液打入井孔后，沖洗液柱就在循環管路中形成負壓，負壓將清水沖洗液快速的由循環池吸入井孔內，井孔內又由于裂隙、大溶洞的存在，進入井孔內的循環液從裂隙、溶洞漏失。最終循環池內的沖洗液大量被吸入井孔內流失，導致工地清水沖洗液供應不及，不能持續供應生產的需求。

b:當沖洗液大量流失時，恰好說明施工鉆到了大裂隙、溶洞地層，在沖洗液大量流失的同時，鋼粒也大量的漏失或被沖走。這種情況使得沒有足夠的鋼粒被壓在鉆頭唇面下面破碎巖石，導致鋼粒鉆頭唇面直接與巖石相接觸；大裂隙、巖溶溶洞地層處的井孔底部又凹凸起伏、參差不平，致使鉆具劇烈的“竄動”和“阻卡”，無法回轉作業。

3.3解決方案

就生產中遇到的問題，我們進行了各種各樣的嘗試。

a:對于沖洗液大量漏失的問題，在保證滿足鋼粒鉆進所需沖洗液量的前提下，控制流入井孔內的沖洗液量，使得沖洗循環液以一定的流量源源不斷的被輸送入井孔內。

我們在泥漿池的進水管上安裝一個閥門和水表，控制、測量流入循環池的進水量；在高壓管的前端安裝一個球型高壓閥門，用以控制進入井孔內的循環液量。每一回次，當水泵將循環水少量打入井孔后，即關閉水泵，利用循環液在井孔內、外的高差，讓循環液自然被吸入井孔內，同時，利用高壓管前端的球型閥門，控制流入井孔內的循環液量；再利用泥漿池進水管的水表，在保證泥漿池液面穩定的情況下，檢測進入井孔內的循環液量，使得流入井孔內的循環液量即不太大，又能滿足施工生產工藝要求。

為配合生產中用含鋼粒的粘土球施工鉆進生產，防止水流太大沖蝕含鋼粒的粘土球，控制流入井孔內的循環液量減少為60L/min。

b:對于鋼粒大量漏失、流失問題，我們做了如下嘗試：①在大裂隙、巖溶溶洞地層井孔段，舍棄鋼粒鉆進法，采用硬質合金鉆頭鉆進。結果不理想，不能取得進尺，且鉆具“蹦跳”、“阻卡”更為嚴重；②試用液壓控制連續投砂器進行連續投砂法施工，結果也不甚理想。由于裂隙、溶洞比較大，投進井孔內的鋼粒幾乎都漏失或被循環液沖走，鉆具依然“蹦跳”、“阻卡”嚴重；③我們在粘土球的啟發下，利用稍微干些的粘土泥和鋼粒進行攪拌，最后制成含有鋼粒的粘土球。粘土球直徑大致為φ40mm，粘土泥與鋼粒的體積比例大致為7:3，然后在每一回次鉆具放入井孔前，將粘土球投入井孔內，往井孔內輸送的供水量降至60L/min，轉速90rpm。施工運行結果相對比較理想。鉆具回轉平穩，進尺也較為理想。缺點是正常鉆進的時間不長，只能維持25分鐘左右，就需要重新往井孔內投含鋼粒的粘土球，較為繁瑣。

c:在裂隙比較小、溶洞比較小的地層，只要鋼粒漏失、流失的少，還是采用由鉆具內徑一次投砂法或者結合投砂法，輸送井孔循環液量110L/min，鉆進效率與完整地層鋼粒鉆進效率基本相同，比較理想。

3.4施工效果

經過分析和嘗試，在裂隙、巖溶溶洞地層，采用鋼粒鉆進時，控制循環液輸入井孔流量，并且制取粘土與鋼粒比例為7:3（體積比）的粘土球，采用一次投球（粒）或者結合投球（粒）法進行施工，施工效果還是比較理想的。

施工進度由前期的常規施工2天沒進尺，改變為每天能取得7米左右的進尺。并且，由于施工工藝改進后，施工設備運行平穩，機械故障大為減少。

施工工藝改進前后各2天的施工主要經濟技術指標統計情況。

施工鋼粒施工純鉆輔助機械待水平均單位進尺鋼粒

進尺用量時間時間時間事故時間鉆速消耗量

hKghhhhhm.h-1Kg.m-1

改進前0.151504822106100.00311000

改進后13.850482816400.2883.62

由上表可以看出：施工工藝經過改進后，進尺、純鉆時間、平均鉆速都得到很大的提高，而鋼粒等材料消耗卻大幅下降，單位進尺鋼粒消耗量趨于正常值，設備運轉平穩，機械事故也減少了；由于供水“細水長流”，能夠滿足施工需水供應，待水時間降為0。

由此說明，施工工藝改進后，效果是顯著的。工藝改進是成功的。

在隨后24眼井的施工中，一直沿用了上述施工工藝，施工非常順利。各方面均取得了滿意的效果。我們圓滿完成了全部施工任務。

4.結語

鋼粒鉆進是一種比較老的鉆進施工方式，針對比較堅硬的巖層，具有成本低廉、工藝簡單、事故率低等很多優點。但是，由于其本身工藝特點，在大裂隙、溶巖溶洞地層，這種施工工藝的應用受到了很大的限制。本文從生產實踐出發，采用鋼粒鉆進工藝在大裂隙、巖溶溶洞地層施工，總結出了以下方法與經驗：

①發生循環液大量漏失時，在供水管路上安裝一個高壓閥門，利用高壓閥門控制循環液輸送流量，使進入循環管路的沖洗液量既滿足施工工藝要求，又不大量漏失。論文格式。使生產能持續地進行。我們工地經現場測試，循環液供應量降低至平常施工生產時的五分之三，即60L/min。

②當所施工地層存在大裂隙、溶蝕溶洞情況，導致鉆粒大量漏失、流失時，按照7:3（體積比）比例，將粘土與鋼粒混合搓制成直徑φ40mm左右、比較硬的粘土球，在每一個回次下鉆具前，采用一次投球（砂）法或者結合投球（砂）法將含鋼粒的粘土球投入井孔內，施工鉆進能獲得不錯的施工效果。

③當裂隙、溶洞不大，鋼粒漏失、流失不太嚴重時，采用一次投粒法或者結合投粒法等正常、傳統的施工工藝方式，鉆進效率基本能恢復到完整巖層相同的正常水平。