CN109930993A - 一种卵石地层管井降水成井装置及施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种卵石地层管井降水成井施工方法包括：具有扩展和收拢功能的扩孔钻具对管井壁进行扩孔，带有液压功能的中心钻具在潜孔冲击器的作用下钻井，同时所述扩孔钻具外侧设置有管靴，所述管靴顶端焊接有钢井管，所述扩孔钻具和中心钻具在钻井的过程中，由管靴及钢井管构成的井壁在重力作用下下落，当扩孔钻具和中心钻具钻井至预定深度时，扩孔钻具的钻头收拢，将扩孔钻具、中心钻具及潜孔冲击器提出管井实现成井。有益效果在于：解决了管井施工效率低、成本高及质量不易保证等问题，这种卵石地层条件下的成井装置采用潜孔锤成孔，跟进钢井管成井，设备占地范围小，成井时间短，且无需泥浆护壁，无需单独洗井，钻至设计深度时即完成成井，大大提高成井效率，降低施工成本并满足降水设计指标。
Description
技术领域
本发明属于钻井技术领域，尤其涉及一种卵石地层管井降水成井装置及施工方法。
背景技术
随着我国城市化进程步伐的加快，城市建设正如火如荼的进行。施工深度的逐步加大，给降水施工提出了更高的要求。针对卵石地层，一般采用管井降水。传统的管井降水成井工艺主要有正反循环钻进成孔、旋挖钻进成孔和冲击钻进成孔等，这些施工方法分别存在不同的弊端，例如施工占地大，成井时间长，成井过程中产生的泥浆对环境影响较大和洗井质量差等一系列问题。此外，传统成井工法主要包括：钻进至设计井深、拔出钻杆、沉放井管、拔出套管、充填滤料、洗井及完成成井，工艺较为繁琐，而且在沉入井管后拔出套管的过程中，极易发生井管被带出的现象，即井管连同套管被全部拔出，甚至造成成井失败。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种卵石地层管井降水成井装置及施工方法，该装置的利用，可实现一次性完全成井，避免了传统成井过程中的工艺施工占地大，成井时间长，成井过程中产生的泥浆对环境影响较大和洗井质量差等一系列问题。
本发明所述的一种卵石地层管井降水成井装置包括钻机、钻杆、潜孔冲击器、导正器、扩孔钻具、中心钻具、管靴、钢井管、液压系统；
所述钻机上连接有钻杆，所述钻杆另一端安装有潜孔冲击器，所述潜孔冲击器另一端安装有导正器，所述导正器另一端安装有扩孔钻具，所述扩孔钻具中心轴线上设置有通孔，所述中心钻具穿过所述扩孔钻具的通孔后连接至潜孔冲击器；
所述管靴设置于扩孔钻具外侧，所述管靴上端竖向依次焊接若干钢井管；
所述扩孔钻具包括扩孔钻具本体及两个扩孔钻头，所述扩孔钻头铰接在扩孔钻具本体的底端面；所述扩孔钻具本体下端中心钻具的钻杆上设置有两个液压杆，所述液压杆在中心钻具钻杆上的位置及所述扩孔钻头与扩孔钻具本体固定位置处于同一直线上；
所述液压系统包括液压泵及液压管路，所述液压管路由钻杆、潜孔冲击器及中心钻具钻杆内部的通孔构成；所述液压泵中的液压油经钻杆、潜孔冲击器及中心钻具钻杆内的通孔泵入液压杆中；
所述扩孔钻头通过所述液压杆的伸缩实现扩张和收拢，所述液压杆端头与扩孔钻头铰接。
进一步的，所述钢井管作为井壁放置于井口内，所述钢井管管壁上设置有若干渗水孔隙。
进一步的，所述渗水孔隙为长条形或圆形或方形。
进一步的，井壁最底端钢井管与管靴螺纹连接或相互焊接固定。
进一步的，所述中心钻具钻头直径小于管靴内径及钢井管内径，所述两个扩孔钻头扩展后的工作直径大于钢井管直径。
进一步的，所述液压杆为多级伸缩。
进一步的，所述管靴内壁与导正器底端接触处设置有凸起结构。
进一步的，所述扩孔钻具的两个扩孔钻头水平面夹角为180°。
基于现有技术存在的问题，本发明还提出了一种卵石地层管井降水成井施工方法，所述施工方法是利用所述一种卵石地层管井降水成井装置实现的，所述施工方法包括：
具有扩展和收拢功能的扩孔钻具对管井壁进行扩孔，带有液压功能的中心钻具在潜孔冲击器的作用下钻井，同时所述扩孔钻具外侧设置有管靴，所述管靴顶端焊接有钢井管，所述扩孔钻具和中心钻具在钻井的过程中，由管靴及钢井管构成的井壁在重力作用下下落，当扩孔钻具和中心钻具钻井至预定深度时，扩孔钻具的钻头收拢，将扩孔钻具、中心钻具及潜孔冲击器提出管井实现成井。
进一步的，所述一种卵石地层管井降水成井施工方法的具体步骤为：
步骤一：施工准备，对场地进行三通一平，设置施工围挡及警示标志，查明地下管线及地下构筑物；
步骤二：制作钢井管，安照设计要求制作钢井管；
步骤三：测放井位、钻机就位，根据降水设计方案的井位图、地下管线分布图、围挡和支护体系测放井位，钻机就位，安放平稳。
步骤四：安装首节钢井管，首节钢井管与管靴螺纹连接或者焊接；并将安装好的首节钢井管放置在预定位置；
步骤五：钻进成孔，将成井装置的钻头放置于首节钢井管内，打开扩孔钻头，和中心钻具同时钻进成孔，跟进的各节钢井管之间采用等强度焊接连接；
步骤六：回收钻具，钻进至设计深度，收拢扩孔钻头，并把扩孔钻头和中心钻具从钢井管中取出；
步骤七：洗井、成井，采用空压机洗井，达到水清砂净为止，降水管井完成；
步骤八：回收钢井管，完成降水作业后，利用起拔设备拨出钢井管。
本发明所述技术方案的有益效果在于：解决了管井施工效率低、成本高及质量不易保证等问题，这种卵石地层条件下的成井装置采用潜孔锤成孔，跟进钢井管成井，设备占地范围小，成井时间短，且无需泥浆护壁，无需单独洗井，钻至设计深度时即完成成井，大大提高成井效率，降低施工成本并满足降水设计指标；另外，完成降水作业后，钢井管可回收重复利用。
附图说明
图1为本发明所述一种卵石地层管井降水成井装置的结构示意图；
图2为本发明所述一种卵石地层管井降水成井装置工作状态下的结构示意图；
图3为本发明所述一种卵石地层管井降水成井装置的钢井管结构示意图；
图4为本发明所述一种卵石地层管井降水成井装置的中心钻具结构示意图；
图5为本发明所述一种卵石地层管井降水成井装置的扩孔钻具结构示意图；
图中：1、钻杆、2潜孔冲击器、3扩孔钻具、4扩孔钻头、5中心钻具、6液压杆、7管靴、8钢井管、9渗水孔隙、10导正器、11中心钻具的钻杆、12中心钻具的钻头、13扩孔钻具本体。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1和图2所示， 本发明所述的一种卵石地层管井降水成井装置包括钻机、钻杆、潜孔冲击器、导正器、扩孔钻具、中心钻具、管靴、钢井管、液压系统；
所述钻机上连接有钻杆，所述钻杆另一端安装有潜孔冲击器，所述潜孔冲击器另一端安装有导正器，所述导正器另一端安装有扩孔钻具，所述扩孔钻具中心轴线上设置有通孔，所述中心钻具穿过所述扩孔钻具的通孔后连接至潜孔冲击器；
所述管靴设置于扩孔钻具外侧，所述管靴上端竖向依次焊接若干钢井管；
所述扩孔钻具包括扩孔钻具本体及两个扩孔钻头，所述扩孔钻头铰接在扩孔钻具本体的底端面；所述扩孔钻具本体下端中心钻具的钻杆上设置有两个液压杆，所述液压杆在中心钻具钻杆上的位置及所述扩孔钻头与扩孔钻具本体固定位置处于同一直线上；
所述液压系统包括液压泵及液压管路，所述液压管路由钻杆、潜孔冲击器及中心钻具钻杆内部的通孔构成；所述液压泵中的液压油经钻杆、潜孔冲击器及中心钻具钻杆内的通孔泵入液压杆中；
所述扩孔钻头通过所述液压杆的伸缩实现扩张和收拢，所述液压杆端头与扩孔钻头铰接。
进一步的，所述钢井管作为井壁放置于井口内，所述钢井管管壁上设置有若干渗水孔隙；所述渗水孔隙为长条形或圆形或方形；井壁最底端钢井管与管靴螺纹连接或相互焊接固定；所述中心钻具钻头直径小于管靴内径及钢井管内径，所述两个扩孔钻头扩展后的工作直径大于钢井管直径；所述液压杆为多级伸缩；所述管靴内壁与导正器底端接触处设置有凸起结构；所述扩孔钻具的两个扩孔钻头水平面夹角为180°。
一种卵石地层管井降水成井施工方法是利用所述一种卵石地层管井降水成井装置实现的，所述施工方法包括：
具有扩展和收拢功能的扩孔钻具对管井壁进行扩孔，带有液压功能的中心钻具在潜孔冲击器的作用下钻井，同时所述扩孔钻具外侧设置有管靴，所述管靴顶端焊接有钢井管，所述扩孔钻具和中心钻具在钻井的过程中，由管靴及钢井管构成的井壁在重力作用下下落，当扩孔钻具和中心钻具钻井至预定深度时，扩孔钻具的钻头收拢，将扩孔钻具、中心钻具及潜孔冲击器提出管井实现成井。
进一步的，所述一种卵石地层管井降水成井施工方法的具体步骤为：
步骤一：施工准备，对场地进行三通一平，设置施工围挡及警示标志，查明地下管线及地下构筑物；
步骤二：制作钢井管，安照设计要求制作钢井管；
步骤三：测放井位、钻机就位，根据降水设计方案的井位图、地下管线分布图、围挡和支护体系测放井位，钻机就位，安放平稳。
步骤四：安装首节钢井管，首节钢井管与管靴螺纹连接或者焊接；并将安装好的首节钢井管放置在预定位置；
步骤五：钻进成孔，将成井装置的钻头放置于首节钢井管内，打开扩孔钻头，和中心钻具同时钻进成孔，跟进的各节钢井管之间采用等强度焊接连接；
步骤六：回收钻具，钻进至设计深度，收拢扩孔钻头，并把扩孔钻头和中心钻具从钢井管中取出；
步骤七：洗井、成井，采用空压机洗井，达到水清砂净为止，降水管井完成；
步骤八：回收钢井管，完成降水作业后，利用起拔设备拨出钢井管。
在本发明所述技术方案中，所述液压系统包括液压泵及液压管路，所述液压管路由钻杆、潜孔冲击器及中心钻具钻杆内部的通孔构成；所述液压泵中的液压油经钻杆、潜孔冲击器及中心钻具钻杆内的通孔泵入液压杆中；钻井时，扩孔钻头在液压系统作用下自动张开，保证扩孔钻头的有效外径大于管靴和钢井管的最大外径，起到扩孔作用，确保管靴和钢井管的顺利跟进。
本发明所述一种卵石地层管井降水成井的工作原理为：压缩空气经钻杆进入潜孔冲击器，潜孔冲击器的活塞冲击跟管钻具的导正器，导正器将冲击波和钻压传递给扩孔钻头和中心钻头，破碎土体，同时，钻机带动钻杆旋转，钻杆带动潜孔冲击器与导正器转动，使扩孔钻头和中心钻头同时随导正器旋转，同时，渣土通过钻具进入钻杆和钢井管之间的空隙，被高压气流排出孔外；钻进结束时，通过液压系统收拢扩孔钻头，确保扩孔钻头和中心钻具的最大外径小于管靴和钢井管的内径，从而顺利取出钻具，钢井管则留在地层内。另外，所述的钢井管设置渗水孔隙，孔隙宽度、长度、间距和布置型式根据不同的地质条件进行设定，有效防止淤堵和细颗粒流失。
本发明所述的钢井管和管靴之间采用螺纹连接（钢井管下端设置内螺纹，管靴上端设置外螺纹）或者焊接，如果钢井管靠自重下沉困难时，可依靠潜孔锤钻进力带动管靴，管靴再带动钢井管沉入。
本发明所述技术方案可以达到以下效果：
（1）相比传统成井工艺，潜孔锤钻进技术具有钻进效率高、施工占地小和噪声小等优点，更适合用地紧张的城市建设；
（2）本发明成井工艺采用扩孔和中心钻具，钢井管跟随钻头一并钻进至预定地层时，可将扩孔钻头收拢，使扩孔和中心钻具的最大外径小于管靴、钢井管的内径，从钢井管内取出钻具，钢井管则留在地层内形成井管，无需再次下井管，大大提高成井效率；
（3）跟进的钢井管有效保护了孔壁，解决了塌孔问题，且无需泥浆护壁，节约成本；
（4）钢井管过水段的开孔参数（孔隙宽度、长度、间距和布置型式等）可根据具体地层确定，灵活多变，从而满足复杂地层的降水要求。
（5）完成降水作业后利用起拔设备拨出，钢管回收重复利用，绿色环保。
申请人需要特别说明的是：本发明中提及的钻机、钻杆、潜孔冲击器、导正器均是目前打井设备中常用的配件，本发明不存在任何特殊设计；对于扩孔钻具和中心钻具，本发明在现有常用扩孔钻具和中心钻具的基础上进行了改进，通过在中心钻具的钻杆上设置液压杆，且液压杆与扩孔钻具的扩孔钻头铰接，以及扩孔钻具的扩孔钻头与扩孔钻具本体铰接连接，以及增加了液压系统，所述液压系统利用现有钻杆内部存在的通孔形成液压管路以对中心钻具钻杆上的液压杆供压，通过液压的变化，实现液压杆带动扩孔钻头的扩张和收拢。由于扩孔钻具及中心钻具仍然采用的常规钻头的连接方式，以及，本发明所述采用的钻机、钻杆、潜孔冲击器、导正器及管靴均是常规设备，因此，本技术方案中，未对具体钻机、钻杆、潜孔冲击器、导正器、管靴、钢井管及液压系统等各个部件的详细结构及连接方式进行详细描述。另外，扩孔钻具和中心钻具是对现有钻具的改进，该改进如前述技术内容，因此，扩孔钻具和中心钻具与潜孔冲击器及相互之间的连接方式未进行详细描述，这是因为申请人具体的连接方式是本领域技术人员所熟知的公知常识。
申请人认为，本发明所述一种卵石地层管井降水成井装置的应用，解决了管井施工效率低、成本高及质量不易保证等问题，这种卵石地层条件下的成井装置采用潜孔锤成孔，跟进钢井管成井，设备占地范围小，成井时间短，且无需泥浆护壁，无需单独洗井，钻至设计深度时即完成成井，大大提高成井效率，降低施工成本并满足降水设计指标。
以上对本发明所提供的一种卵石地层管井降水成井装置及施工方法进行了详细介绍，本文中应用了实施例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种卵石地层管井降水成井装置，其特征在于：所述降水成井装置包括钻机、钻杆、潜孔冲击器、导正器、扩孔钻具、中心钻具、管靴、钢井管、液压系统；
所述钻机上连接有钻杆，所述钻杆另一端安装有潜孔冲击器，所述潜孔冲击器另一端安装有导正器，所述导正器另一端安装有扩孔钻具，所述扩孔钻具中心轴线上设置有通孔，所述中心钻具穿过所述扩孔钻具的通孔后连接至潜孔冲击器；
所述管靴设置于扩孔钻具外侧，所述管靴上端竖向依次焊接若干钢井管；
所述扩孔钻具包括扩孔钻具本体及两个扩孔钻头，所述扩孔钻头铰接在扩孔钻具本体的底端面；所述扩孔钻具本体下端中心钻具的钻杆上设置有两个液压杆，所述液压杆在中心钻具钻杆上的位置及所述扩孔钻头与扩孔钻具本体固定位置处于同一直线上；
所述液压系统包括液压泵及液压管路，所述液压管路由钻杆、潜孔冲击器及中心钻具钻杆内部的通孔构成；所述液压泵中的液压油经钻杆、潜孔冲击器及中心钻具钻杆内的通孔泵入液压杆中；
所述扩孔钻头通过所述液压杆的伸缩实现扩张和收拢，所述液压杆端头与扩孔钻头铰接。
2.如权利要求1所述的一种卵石地层管井降水成井装置，其特征在于：所述钢井管作为井壁放置于井口内，所述钢井管管壁上设置有若干渗水孔隙。
3.如权利要求2所述的一种卵石地层管井降水成井装置，其特征在于：所述渗水孔隙为长条形或圆形或方形。
4.如权利要求1所述的一种卵石地层管井降水成井装置，其特征在于：井壁最底端钢井管与管靴螺纹连接或相互焊接固定。
5.如权利要求1所述的一种卵石地层管井降水成井装置，其特征在于：所述中心钻具钻头直径小于管靴内径及钢井管内径，所述两个扩孔钻头扩展后的工作直径大于钢井管直径。
6.如权利要求1所述的一种卵石地层管井降水成井装置，其特征在于：所述液压杆为多级伸缩。
7.如权利要求1所述的一种卵石地层管井降水成井装置，其特征在于：所述管靴内壁与导正器底端接触处设置有凸起结构。
8.如权利要求1所述的一种卵石地层管井降水成井装置，其特征在于：所述扩孔钻具的两个扩孔钻头水平面夹角为180°。
9.一种卵石地层管井降水成井施工方法，其特征在于：具有扩展和收拢功能的扩孔钻具对管井壁进行扩孔，带有液压功能的中心钻具在潜孔冲击器的作用下钻井，同时所述扩孔钻具外侧设置有管靴，所述管靴顶端焊接有钢井管，所述扩孔钻具和中心钻具在钻井的过程中，由管靴及钢井管构成的井壁在重力作用下下落，当扩孔钻具和中心钻具钻井至预定深度时，扩孔钻具的钻头收拢，将扩孔钻具、中心钻具及潜孔冲击器提出管井实现成井。
10.如权利要求9所述的一种卵石地层管井降水成井施工方法，其特征在于：
步骤一：施工准备，对场地进行三通一平，设置施工围挡及警示标志，查明地下管线及地下构筑物；
步骤二：制作钢井管，安照设计要求制作钢井管；
步骤三：测放井位、钻机就位，根据降水设计方案的井位图、地下管线分布图、围挡和支护体系测放井位，钻机就位，安放平稳；
步骤四：安装首节钢井管，首节钢井管与管靴螺纹连接或者焊接；并将安装好的首节钢井管放置在预定位置；
步骤五：钻进成孔，将成井装置的钻头放置于首节钢井管内，打开扩孔钻头，和中心钻具同时钻进成孔，跟进的各节钢井管之间采用等强度焊接连接；
步骤六：回收钻具，钻进至设计深度，收拢扩孔钻头，并把扩孔钻头和中心钻具从钢井管中取出；
步骤七：洗井、成井，采用空压机洗井，达到水清砂净为止，降水管井完成；
步骤八：回收钢井管，完成降水作业后，利用起拔设备拨出钢井管。
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