地层钢粒施工实践讨论范文

钢粒钻进是钻进坚硬岩层的另一种主要方法，这种施工方式具有施工设备简单，操作工艺易行，成本低廉等优点。

关键词：钢粒钻进，裂隙地层，岩溶溶洞地层。

由于切削具硬度及耐磨性的原因，硬质合金钻进只适用于中等硬度以下的软岩层；金刚石钻进可钻性级别较高，但金刚石产量少，价格昂贵，普及于日常生产有相当的难度，并且，金刚石受到太大的冲击容易破碎，也不适用于裂隙、溶岩溶洞地层钻进。

钢粒钻进是钻进坚硬岩层的另一种主要方法，这种施工方式具有施工设备简单，操作工艺易行，成本低廉等优点。但是，由于钢粒不固定在钻头上，在裂隙、岩溶溶洞地层，钢粒容易大量漏失、流失，使得钻头底唇面下没有足够的钢粒破碎岩石，钻具无法克取岩石取得进尺，所以，钢粒钻进在裂隙、岩溶溶洞地层中的应用也受到很大的限制。

我们在淅川水源地裂隙、岩溶溶洞地层钻井施工中，经过技术分析与攻关，采用钢粒钻进工艺，顺利完成了施工任务，在钢粒钻进裂隙、岩溶溶洞地层方面，取得了一定的实践经验。

1.概述

1.1工程概况

由于工农业的快速发展，淅川县城段水质受到严重污染，超出了国家Ⅳ级饮用水标准，且水量供给日益萎缩。饮用水对当地的经济发展、人民的日常生活已经造成严重的影响。为此，经多方论证，开辟、建设新的、水质良好的饮用水水源地，成为必然。

1.2地层情况简介

水源地位于淅川县城西北一公里处。地层情况大致如下：

上部第四系坡洪积层，主要为松散中粗砂、砂砾（卵）石层、砂质粘土，其中赋存丰富的第四系松散岩类孔隙水；该层底部砂砾（卵）石层泥质含量较高，胶结较致密，该层不整合覆盖于寒武—奥陶系老地层之上，为隔水层。

基岩为奥陶、寒武、震旦系岩层，岩层局部为火山角砾岩、砂质粘土岩、页岩、砂岩、泥岩、板岩、灰岩等，含微弱基岩裂隙水，富水性差；地层岩性大部分为白云岩、白云质大理岩、灰质白云岩等，节理裂隙及溶蚀现象发育，赋存丰富的碳酸盐岩裂隙岩溶水。碳酸岩层为钻井取水的主要目的层。

1.3施工设计要求

设计井孔数25眼，单井供水量50吨/小时；

单井井孔结构为：上部第四系覆盖层井孔直径为φ600mm，下φ377×7mm螺旋钢管；下部基岩：井孔直径为φ290mm，裸眼成孔。

井孔深度200米左右，具体井深视地层实际情况而定。

井孔上部第四系松散岩类孔隙水全部封隔，水源地用水主要取下部基岩的碳酸岩裂隙、岩溶溶洞水。

2.钻进工艺

上部第四系地层：一钻采用φ300mm三翼刮刀钻头开孔，二钻用φ600mm三翼刮刀钻头扩孔，最后用φ377mm钢粒钻头钻入基岩2米，下入φ377×7mm螺旋钢管，止水固井管；

下部基岩：采用φ290×10mm钢粒钻头，一径钻至终孔。

钢粒选择：选直径为3mm的钢粒。

钻压：24KN，转速：90rpm，泵量：110L/min，回次投钢砂量：16Kg。

3.施工生产

3.1前期生产情况

机台进入工地后，第一眼井的前期，施工顺利，钻进至49.5米处钻穿第四系地层，然后又往下钻2米基岩，下入φ377×7mm表层套管，止水、固定表层套管后，改用φ290×10mm钢粒钻头钻进基岩。

当钻进至83米时，生产出现了两个棘手的问题，a：所用的清水冲洗液出现了迅猛的减少，即清水冲洗液大量漏失，导致工地施工所需的清水供不应求；b：在冲洗液出现大量漏失的同时，钻具也出现了剧烈的“窜动”和“阻卡”，致使钻具难以回转作业，施工设备“鳖车”严重。

在这两个因素的阻碍下，施工机台坚持运行2天，基本不能取得进尺。生产被迫停顿。

3.2原因分析

就施工所出现的问题结合具体地质情况，我们判断冲洗液的漏失与钻具的“阻卡”、“窜动”现象，都是钢粒钻头钻至裂隙、岩溶溶洞地层的反应：

a:经测量，井孔内的静水位相对地面高度为-52.5米；循环池内冲洗液液面高度为-0.8米。井孔内液面高度比循环池内冲洗液面高度低51.7米。当泥浆泵将清水冲洗液打入井孔后，冲洗液柱就在循环管路中形成负压，负压将清水冲洗液快速的由循环池吸入井孔内，井孔内又由于裂隙、大溶洞的存在，进入井孔内的循环液从裂隙、溶洞漏失。最终循环池内的冲洗液大量被吸入井孔内流失，导致工地清水冲洗液供应不及，不能持续供应生产的需求。

b:当冲洗液大量流失时，恰好说明施工钻到了大裂隙、溶洞地层，在冲洗液大量流失的同时，钢粒也大量的漏失或被冲走。这种情况使得没有足够的钢粒被压在钻头唇面下面破碎岩石，导致钢粒钻头唇面直接与岩石相接触；大裂隙、岩溶溶洞地层处的井孔底部又凹凸起伏、参差不平，致使钻具剧烈的“窜动”和“阻卡”，无法回转作业。

3.3解决方案

就生产中遇到的问题，我们进行了各种各样的尝试。

a:对于冲洗液大量漏失的问题，在保证满足钢粒钻进所需冲洗液量的前提下，控制流入井孔内的冲洗液量，使得冲洗循环液以一定的流量源源不断的被输送入井孔内。

我们在泥浆池的进水管上安装一个阀门和水表，控制、测量流入循环池的进水量；在高压管的前端安装一个球型高压阀门，用以控制进入井孔内的循环液量。每一回次，当水泵将循环水少量打入井孔后，即关闭水泵，利用循环液在井孔内、外的高差，让循环液自然被吸入井孔内，同时，利用高压管前端的球型阀门，控制流入井孔内的循环液量；再利用泥浆池进水管的水表，在保证泥浆池液面稳定的情况下，检测进入井孔内的循环液量，使得流入井孔内的循环液量即不太大，又能满足施工生产工艺要求。

为配合生产中用含钢粒的粘土球施工钻进生产，防止水流太大冲蚀含钢粒的粘土球，控制流入井孔内的循环液量减少为60L/min。

b:对于钢粒大量漏失、流失问题，我们做了如下尝试：①在大裂隙、岩溶溶洞地层井孔段，舍弃钢粒钻进法，采用硬质合金钻头钻进。结果不理想，不能取得进尺，且钻具“蹦跳”、“阻卡”更为严重；②试用液压控制连续投砂器进行连续投砂法施工，结果也不甚理想。由于裂隙、溶洞比较大，投进井孔内的钢粒几乎都漏失或被循环液冲走，钻具依然“蹦跳”、“阻卡”严重；③我们在粘土球的启发下，利用稍微干些的粘土泥和钢粒进行搅拌，最后制成含有钢粒的粘土球。粘土球直径大致为φ40mm，粘土泥与钢粒的体积比例大致为7:3，然后在每一回次钻具放入井孔前，将粘土球投入井孔内，往井孔内输送的供水量降至60L/min，转速90rpm。施工运行结果相对比较理想。钻具回转平稳，进尺也较为理想。缺点是正常钻进的时间不长，只能维持25分钟左右，就需要重新往井孔内投含钢粒的粘土球，较为繁琐。

c:在裂隙比较小、溶洞比较小的地层，只要钢粒漏失、流失的少，还是采用由钻具内径一次投砂法或者结合投砂法，输送井孔循环液量110L/min，钻进效率与完整地层钢粒钻进效率基本相同，比较理想。

3.4施工效果

经过分析和尝试，在裂隙、岩溶溶洞地层，采用钢粒钻进时，控制循环液输入井孔流量，并且制取粘土与钢粒比例为7:3（体积比）的粘土球，采用一次投球（粒）或者结合投球（粒）法进行施工，施工效果还是比较理想的。

施工进度由前期的常规施工2天没进尺，改变为每天能取得7米左右的进尺。并且，由于施工工艺改进后，施工设备运行平稳，机械故障大为减少。

施工工艺改进前后各2天的施工主要经济技术指标统计情况。

施工钢粒施工纯钻辅助机械待水平均单位进尺钢粒

进尺用量时间时间时间事故时间钻速消耗量

hKghhhhhm.h-1Kg.m-1

改进前0.151504822106100.00311000

改进后13.850482816400.2883.62

由上表可以看出：施工工艺经过改进后，进尺、纯钻时间、平均钻速都得到很大的提高，而钢粒等材料消耗却大幅下降，单位进尺钢粒消耗量趋于正常值，设备运转平稳，机械事故也减少了；由于供水“细水长流”，能够满足施工需水供应，待水时间降为0。

由此说明，施工工艺改进后，效果是显著的。工艺改进是成功的。

在随后24眼井的施工中，一直沿用了上述施工工艺，施工非常顺利。各方面均取得了满意的效果。我们圆满完成了全部施工任务。

4.结语

钢粒钻进是一种比较老的钻进施工方式，针对比较坚硬的岩层，具有成本低廉、工艺简单、事故率低等很多优点。但是，由于其本身工艺特点，在大裂隙、溶岩溶洞地层，这种施工工艺的应用受到了很大的限制。本文从生产实践出发，采用钢粒钻进工艺在大裂隙、岩溶溶洞地层施工，总结出了以下方法与经验：

①发生循环液大量漏失时，在供水管路上安装一个高压阀门，利用高压阀门控制循环液输送流量，使进入循环管路的冲洗液量既满足施工工艺要求，又不大量漏失。论文格式。使生产能持续地进行。我们工地经现场测试，循环液供应量降低至平常施工生产时的五分之三，即60L/min。

②当所施工地层存在大裂隙、溶蚀溶洞情况，导致钻粒大量漏失、流失时，按照7:3（体积比）比例，将粘土与钢粒混合搓制成直径φ40mm左右、比较硬的粘土球，在每一个回次下钻具前，采用一次投球（砂）法或者结合投球（砂）法将含钢粒的粘土球投入井孔内，施工钻进能获得不错的施工效果。

③当裂隙、溶洞不大，钢粒漏失、流失不太严重时，采用一次投粒法或者结合投粒法等正常、传统的施工工艺方式，钻进效率基本能恢复到完整岩层相同的正常水平。