CN207229107U - 一种钻井井筒 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种钻井井筒，包括井壁体结构和井壁底结构；井壁底结构至少包括下部中空球壳状的壳体壁由预制井壁底部分和后填充混凝土部分组成，后填充混凝土部分覆盖在预制井壁底部分的上方。本实用新型提出在井壁底结构设计时，预制井壁底部分的最大厚度以不超过吊车起吊能力为限，强度不足部分通过在悬浮下沉过程中向预制井壁底部分浇灌混凝土来弥补。既解决了井壁底结构起吊能力难题，又满足了强度要求，解决了深大钻井井筒关键施工技术问题。本实用新型通过数值模拟计算井壁底结构，结合现场施工优化得到五段式后充填井壁底结构，预制井壁底部分与后充填混凝土部分共同承担地层荷载作用，井筒受力和变形安全可靠。

Description

一种钻井井筒

技术领域

本实用新型涉及矿业工程钻井法特殊凿井领域，具体涉及一种井筒深、井筒直径较大的钻井井筒井壁底悬浮下沉充填加固方法。

背景技术

随着煤炭资源的不断开发，新井建设时穿过的表土冲积层厚达500～800m。在如此深厚的表土层中建井，钻井法凿井是有效工法之一。

对于一般的钻井井筒工程，井壁底按照设计图纸在地面一次性完成混凝土浇筑制作，等钻井工作结束后，将地面预制好的井壁底和井壁逐节运送到井口，依次对接，借助于泥浆的浮力与井壁的自重以及井筒中注水的重量，慢慢将井壁悬浮下沉至井筒设计深度。但对于深井、大直径钻井井筒，井壁底受力将变得十分复杂，必须要改变现有的施工工艺。这是因为在深井、大直径钻井井筒工程中，井壁底受力大，为抵御强大的外荷载作用，必须要提高井壁底的承载能力。通常在混凝土强度等级设计值一定时，主要是通过加大井壁底厚度来提高其强度。但随着井壁底厚度的增加，井壁底的自重也将随之加大，而我国目前煤矿竖井大钻机配套的吊车起吊能力是一定的，当井壁底重量超过吊车起吊能力时，将无法采用钻井法施工，该问题成为钻井法凿井的技术瓶颈。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述现有技术中对于深井、大直径的钻井井筒采用常规方法设计的井壁底重量将超重，井壁底重量超过吊车起吊能力，不能采用钻井法施工的问题，提供一种井筒深、井筒直径较大的钻井井筒井壁底悬浮下沉充填加固方法。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种钻井井筒，所述钻井井筒包括：井壁体结构，所述井壁体结构由多节井壁依次连接组成，所述井壁的形状为中空圆柱状；井壁底结构，所述井壁底结构的上部形状为中空圆柱状，所述井壁底结构的下部形状为中空球壳状；所述井壁底结构的上部和下部相连接，且所述井壁底结构的开口方向朝上且所述井壁底结构的上部与所述井壁体结构的下部相连接；所述井壁底结构至少包括下部中空球壳状的壳体壁由预制井壁底部分和后填充混凝土部分组成，所述后填充混凝土部分覆盖在所述预制井壁底部分的上方。

在如上所述的钻井井筒，优选地，所述后填充混凝土部分由多段混凝土组成，且该后填充混凝土部分为中心对称结构；多段所述混凝土之间均设置有模板，所述模板用于间隔混凝土的流动，便于在灌注混凝土时形成多段混凝土的结构形式。

在如上所述的钻井井筒，优选地，所述后填充混凝土部分由五段式混凝土组成。

在如上所述的钻井井筒，优选地，所述预制井壁底部分和所述后填充混凝土部分均与光纤光栅测试系统连接，所述光纤光栅测试系统用于实时监测所述钻井井筒内的所述井壁底结构的受力和变形情况。

在如上所述的钻井井筒，优选地，所述光纤光栅测试系统包括传感器和地面检测设备；在所述预制井壁底部分和所述后填充混凝土部分的内部均设置有多个传感器，所述传感器通过传输光缆与所述地面检测设备连接，用于将受力信号传送至所述地面检测设备上，便于工程人员实时监测所述井壁底结构的受力和变形情况。

在如上所述的钻井井筒，优选地，所述地面检测设备包括信号解调器、数据存储器和显示终端；所述信号解调器将所述传感器传送的受力信号接收并解调成数据后再由所述数据存储器进行存储，接着存储后的数据再通过所述显示终端显示出来。

在如上所述的钻井井筒，优选地，所述井壁底结构的上部中空圆柱状的柱体壁由预制井壁底部分组成，所述井壁底结构的下部中空球壳状的壳体壁由预制井壁底部分和后填充混凝土部分组成。

一种钻井井筒的悬浮下沉充填加固方法，所述钻井井筒的悬浮下沉充填加固方法包括以下步骤：

1)地面预制步骤，先在地面预制所述井壁底结构中的预制井壁底部分，并根据所述钻井井筒的深度设计要求在地面预制所述井壁体结构中的多节井壁；

其中，预制井壁底部分的厚度尺寸要根据钻井施工工程中吊车的起吊能力及所述钻井井筒的规格尺寸设计要求而设定；

2)搭建模板步骤，在步骤1)中已预制完成的预制井壁底部分内搭建多个模板，多个所述模板搭建成中心对称结构；

3)预制井壁底部分的悬浮下沉步骤，钻井施工工作结束后，将步骤1)中已预制完成的多节井壁和步骤2)中已将多个模板搭建完成后的预制井壁底部分运送至钻井的井口处；

先用吊车将所述预制井壁底部分吊入充满泥浆的所述钻井内，所述预制井壁底部分借助所述钻井内泥浆的浮力与自身的重量悬浮下沉；

4)钻井井筒的悬浮下沉充填步骤，在步骤3)中的所述预制井壁底部分悬浮下沉进入所述钻井内后，采用吊车吊起一节井壁进入所述钻井内并与所述预制井壁底部分连接，接着再用吊车吊起剩余的井壁依次进入所述钻井内与上一节井壁相连接，直至完成所述钻井井筒的连接安装工作；

其中，当漂浮在所述钻井内的井壁的上端高于地面且影响下一节井壁的连接时，向已经悬浮下沉的所述井壁底结构内浇注混凝土，从而形成后充填混凝土部分；然后根据井壁的悬浮情况，再向所述钻井井筒内注入配重水，完成整个钻井井筒的逐节下沉。

在如上所述钻井井筒的悬浮下沉充填加固方法，优选地，所述钻井井筒的井壁体结构的直径＞8m，钻井井筒深度＞400m，井壁底结构的水平荷载＞10MPa；在步骤4)中向已经悬浮下沉的所述井壁底结构内浇注的混凝土为C70-C80的高强混凝土；在步骤4)中根据井壁的悬浮情况再向所述钻井井筒内注入配重水的具体操作为：当漂浮在所述钻井内的井壁的上端高于地面且影响下一节井壁的连接时，同时当后充填混凝土部分达到设计强度的70％时，向所述钻井井筒内注入配重水，完成整个钻井井筒的逐节下沉。

在如上所述钻井井筒的悬浮下沉充填加固方法，优选地，所述预制井壁底部分和所述后填充混凝土部分均与光纤光栅测试系统连接，所述光纤光栅测试系统用于实时监测所述钻井井筒内的所述井壁底结构的受力和变形情况；所述光纤光栅测试系统包括传感器和地面检测设备；在步骤1)中地面预制所述预制井壁底部分的过程中，在所述预制井壁底部分内埋设多个传感器；在步骤4)中浇注混凝土从而形成后充填混凝土部分的过程中，在所述后充填混凝土部分内埋设多个传感器；所述预制井壁底部分和所述后充填混凝土部分内埋设的多个所述传感器通过传输光缆与所述地面检测设备连接，用于将受力信号传送至所述地面检测设备上，便于工程人员实时监测所述井壁底结构的受力和变形情况。

在如上所述钻井井筒的悬浮下沉充填加固方法，优选地，在步骤2)中，在已预制完成的预制井壁底部分的内搭建多个模板，多个所述模板搭建成五个区域，便于向所述井壁底结构内浇注混凝土时形成的充填混凝土部分为五段式混凝土结构。

与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有如下优异效果：

(1)本实用新型提供的技术方案是在井壁底设计时，井壁底的最大厚度以不超过吊车起吊能力为限，强度不足部分通过在悬浮下沉过程中向井壁底浇灌混凝土来弥补。该技术方案既解决了井壁底起吊能力受限的难题，又满足了强度要求，解决了深井、大直径的钻井井筒的关键施工技术问题。即本实用新型采用后充填混凝土，加固深井、大直径的钻井井筒井壁底的结构，解决了井筒提升能力有限和井壁底荷载大之间的矛盾。

(2)本实用新型通过数值模拟分析和施工工艺比较，得出五段式井壁底结构能更好的使井壁底承担地层荷载、结构体受力均衡及不易变形。通过数值模拟计算，验证深大钻井井筒五段式后充填井壁底结构的受力安全性和施工可行性。

(3)本实用新型采用光纤光栅传感测试系统监测井壁底结构受力和变形，确保了井筒下沉的安全。本实用新型利用光纤光栅测试技术，实时监测井壁底结构下沉过程的安全；

(4)本实用新型具有广泛的实用性和易操作性。

(5)本实用新型的技术方案应用于下沉井筒直径大，井壁底位于深部地层，所受荷载大，井壁底结构的总重量超过施工现场的吊车的提升能力的钻井特殊凿井法中。如直径＞8m，深度＞400m，井壁底的水平荷载＞10MPa的为深大钻井井筒，而目前吊车的最大起吊能力为200t，按照现有方法设计该深大钻井井筒的井壁底的重量远远大于200t，钻井凿井方法无法正常运行。

附图说明

图1本实用新型实施例提供的一种地面预制井壁底部分的结构示意图；

图2本实用新型实施例提供的在预制井壁底部分上充填混凝土后得到的五段式后充填井壁底部分的结构示意图；

图3本实用新型实施例提供的钻井井筒井壁底结构的光纤光栅传感测试系统流程图；

图4本实用新型实施例提供的井壁底结构中多个传感器的布置的结构示意图；

图中：1-预制井壁底部分；2-后填充混凝土部分；3-传感器；4-信号解调器；5-数据存储器；6-显示终端；7-上部；8-下部。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1～图4所示，本实用新型具体实施例提供一种井筒深、井筒直径较大的钻井井筒，该钻井井筒包括：井壁体结构，井壁体结构由多节井壁依次连接组成，井壁的形状为中空圆柱状。井壁底结构，井壁底结构的上部7形状为中空圆柱状，井壁底结构的下部8形状为中空球壳状；井壁底结构的上部7和下部8相连接，且井壁底结构的开口方向朝上且井壁底结构的上部7与井壁体结构的下部相连接；井壁底结构至少包括下部中空球壳状的壳体壁由预制井壁底部分1和后填充混凝土部分2组成，后填充混凝土部分2覆盖在预制井壁底部分1的上方。其中，井壁底结构的下部8形状为中空球壳状，其实并非是一个整体完整的球壳，该井壁底结构的下部8只是为整个球壳的一部分，该井壁底结构的整体结构是上部7为圆柱状、下部8为球壳状。

在本实用新型的一具体实施例中，为了施工方便，井壁底结构的上部中空圆柱状的柱体壁由预制井壁底部分1组成，井壁底结构的下部中空球壳状的壳体壁由预制井壁底部分1和后填充混凝土部分2组成。

在本实用新型的另一具体实施例中，壁底结构的上部中空圆柱状的柱体壁由预制井壁底部分1和后填充混凝土部分2组成，井壁底结构的下部中空球壳状的壳体壁由预制井壁底部分1和后填充混凝土部分2组成。

优选地，该井筒深、井筒直径较大的钻井井筒具体为：钻井井筒的井壁体结构的直径＞8m，钻井井筒深度＞400m，井壁底结构的水平荷载＞10MPa。

在本实用新型的具体实施例中，后填充混凝土部分2由多段混凝土围绕组成中心对称结构，且多段混凝土之间设置有模板，模板用于间隔混凝土的流动，便于在灌注混凝土时形成多段混凝土的结构形式。优选地，该模板为木模板。

进一步优选，后填充混凝土部分2由五段式混凝土围绕组成中心对称结构。

此外，在本实用新型的具体实施例的井壁底结构中，预制井壁底部分1的厚度为h、内半径为r和外半径为R；后填充混凝土部分2的平均厚度为m。井壁底结构的上部7的中空圆柱状的内直径为D、厚度为h。其中，D＜2r，D+2h＜2R。本实用新型中的后填充混凝土部分2的平均厚度m及预制井壁底部分1的R、r、h的数值均是根据井壁底结构的材料强度、外荷载，经数值计算确定。其中，后填充混凝土部分2的平均厚度m为每段后填充混凝土部分距离预制井壁底部分1内缘的距离的最大值与最小值的平均。

在本实用新型的具体实施例中，预制井壁底部分1和后填充混凝土部分2均与光纤光栅测试系统连接，光纤光栅测试系统用于实时监测钻井井筒内的井壁底结构的受力和变形情况。

在本实用新型的具体实施例中，光纤光栅测试系统包括传感器3和地面检测设备。在预制井壁底部分1和后填充混凝土部分2的内部均设置有多个传感器3，传感器3通过传输光缆与地面检测设备连接，用于将受力信号传送至地面检测设备上，便于工程人员实时监测井壁底结构的受力和变形情况。地面检测设备包括信号解调器4、数据存储器5和显示终端6；信号解调器4将传感器3传送的受力信号接收解调成数据后再由数据存储器5进行存储，接着将存储后的数据再通过显示终端6显示出来。优选地，传感器3在预制井壁底部分1和后填充混凝土部分2的内的布置方式为环向和弧向设置均可。再优选地，在每段后填充混凝土部分2均设置有传感器3，在预制井壁底部分1设置的传感器3与每段后填充混凝土部分2中设置的传感器3一一对应且相互平行(如图4所示)。

在本实用新型的另一个具体实施例中，对于深井、大直径的钻井井筒，采用常规方法设计的井壁底结构重量将超重，不能采用钻井法施工。由于井壁底结构在下沉初期受力较小，这时井壁底结构的厚度较小就可抵抗外荷载作用。随着下沉深度增加，外荷载逐渐增大，所需井壁低结构的厚度也将加厚。当井壁底结构下沉到下部时，所受外荷载最大，井壁底结构也需最厚。针对这一受力特性，本实用新型提供一种井筒深、井筒直径较大的钻井井筒的悬浮下沉充填加固方法。本实施例提出在地面预制时，井壁底结构的最大厚度以不超过吊车起吊能力为限，等钻井工作结束后，将地面预制好的井壁底结构和上部井壁体结构运送到井口进行对接，借助于泥浆的浮力与自重进行悬浮下沉，随着上部多节井壁的依次接入，浮力增加将大于自重增加，这时向井壁底结构中浇灌混凝土，直至井壁底结构达到强度设计要求，形成五段式后充填井壁底结构。然后，随着下沉深度的增加，再向井筒中加配重水，慢慢将井筒悬浮下沉至井筒设计深度，完成施工。

该钻井井筒的悬浮下沉充填加固方法的具体施工步骤包括以下步骤：

1)地面预制步骤，先在地面预制井壁底部分1中的预制井壁底部分1，并根据钻井井筒的深度设计要求在底面预制井壁体结构中的多节井壁；

其中，预制井壁底部分1时，预制井壁底部分1的厚度尺寸要根据钻井施工工程中的吊车的起吊能力及钻井井筒的规格尺寸设计要求而设定；以预制井壁底部分1的最大厚度尺寸不超过施工过程所使用的吊车的起吊能力为限制，即预制井壁底部分1的厚度尺寸越大，导致预制井壁底部分1的重量越重，超过吊车的起吊能力后施工工程将不能完成。

具体的，该钻井井筒的井壁体结构的直径＞8m，钻井井筒深度＞400m，井壁底结构的水平荷载＞10MPa，该钻井井筒为深井、大直径的钻井井筒。

优选地在，该案的吊车为龙门吊。目前，钻井方法用龙门吊的最大起吊重量为200t，这样就要求每节井壁总重量控制在起吊能力以下，而深、大钻井井壁底结构采用高强混凝土后，井壁底结构的总重量依然大于200t，因此采用传统的钻井井筒悬浮下沉的方法不能正常完成工作。而本实用新型将井壁底结构分两次浇筑即预制部分和后灌注混凝土部分，先浇筑地面预制部分，重量控制在200t以内；后在起吊下沉过程中，借助浮力浇筑后充填部分混凝土。

2)搭建模板步骤，在步骤1)中已预制完成的预制井壁底部分1的内搭建多个模板，多个模板搭建成中心对称结构。

优选地，在已预制完成的预制井壁底部分1的内搭建多个模板，多个模板搭建成五个区域，便于向井壁底结构内浇注混凝土时形成的充填混凝土部分为五段式混凝土结构。

3)预制井壁底部分1的悬浮下沉步骤，钻井施工工作结束后，将步骤1)中已预制完成的多节井壁和步骤2)中已将多个模板搭建完成后的预制井壁底部分1运送至钻井的井口处；

先用吊车将预制井壁底部分1吊入充满泥浆的钻井内，预制井壁底部分1借助钻井内泥浆的浮力与自身的重量悬浮下沉；

4)钻井井筒的悬浮下沉充填步骤，在步骤3)中的预制井壁底部分1悬浮下沉进入钻井内后，采用吊车吊起一节井壁进入钻井内与预制井壁底部分1连接，接着再用吊车吊起剩余的井壁依次进入钻井内与上一节井壁相连接，直至完成钻井井筒的连接安装工作。即为在预制井壁底部分1悬浮下沉进入钻井内后，紧接着用吊车吊起一节井壁与已悬浮下沉的预制井壁底部分1连接，并借助钻井内泥浆浮力和自身的重量悬浮下沉；然后再用吊车吊起另一节井壁与已悬浮下沉的一节井壁连接，并借助钻井内泥浆浮力和自身的重量悬浮下沉；重复上述步骤，直至将所有井壁均用吊车吊起后放入钻井内与悬浮下沉的上一节井壁相连，最终完成钻井井筒的安装工作。

其中，随着井壁逐节下沉，由于井壁的存在，井筒是一个中空的容器，且浮力大于自重，浮力与自重的比值也逐渐增加。当漂浮在钻井内的井壁的上端高于地面且影响下一节井壁的连接时，即可向已经悬浮下沉的井壁底结构内浇注混凝土，从而形成后充填混凝土部分。优选地，后充填混凝土部分为五段式混凝土结构；通过地面上的注浆泵向预制井壁底部分1一次性浇筑完充填混凝土为五段式混凝土结构，达到整个井壁底的设计强度。优选地，浇注的混凝土为C70-C80的高强混凝土。再优选地，该混凝土为素混凝土。本实用新型通过后浇筑充填素混凝土，最终形成五段式后充填井壁底结构，解决了深大钻井井筒下沉的难题。

然后根据井壁的悬浮情况，再向钻井井筒内注入配重水，完成整个钻井井筒的逐节下沉。再优选地，当漂浮在钻井内的井壁的上端高于地面且影响下一节井壁的连接时，同时当后充填混凝土部分达到设计强度的70％时，既可以不断向钻井井筒内注入配重水，完成整个钻井井筒的逐节下沉。本实用新型通过在井筒内加入配重水来控制井筒的漂浮高度，方便后续井壁的连接施工，依次类推，直至完成整个井筒的下沉，通过配重水的加入量来控制井筒的下沉速度。

在本实用新型的具体实施例中，进一步优选，预制井壁底部分1和后填充混凝土部分2均与光纤光栅测试系统连接，光纤光栅测试系统用于实时监测钻井井筒内的井壁底结构的受力和变形情况；光纤光栅测试系统包括传感器3和地面检测设备。在步骤1)中地面预制过程中，在预制井壁底部分1内埋设多个传感器3。在步骤4)中浇注混凝土从而形成后充填混凝土部分的过程中，在后充填混凝土部分内埋设多个传感器3。预制井壁底部分1和后充填混凝土部分内埋设的多个传感器3通过传输光缆与地面检测设备连接，用于将受力信号传送至地面检测设备上，便于工程人员实时监测井壁底结构的受力和变形情况。

进一步优选地，该传感器3为光纤光栅式钢筋应力计和混凝土应变计；传输光缆包括引线光缆和通信光缆，先采用引线光缆将所有传感器3均串联起来，形成监测测线，然后再通过通信光缆将监测测线引入到监测站内的地面检测设备上。在施工过程中，将光纤光栅式钢筋应力计和混凝土应变计植入五段式钻井井筒井壁底结构中。通过引线光缆将传感器3(光纤光栅式钢筋应力计和混凝土应变计)进行串联，形成监测测线。经由通信光缆将井壁底内所有监测线路引入监测站内，接入光纤光栅信号解调器4，并将物理参数数据存储、显示，最终形成深大钻井井筒井壁底结构光纤光栅传感测试系统(如图3所示)，实时监测井壁底结构的受力和变形。

在本实用新型的实施例中，先在已预制完成的预制井壁底部分1的内搭建多个模板，多个模板搭建成中心对称结构；然后，根据施工操作步骤向搭建好的呈中心对称结构的模板中的空隙处充填混凝土；最后，后填充混凝土部分2由多段混凝土围绕组成中心对称结构。此处的中心对称结构是指多段混凝土组成的形状结构是中心对称图形，即是中心对称图形是指一个图形本身成中心对称，中心对称图形上所有点关于对称中心的对称点都在这个图形本身上，如果把其中一段混凝土绕某一点旋转180度后能与另一段混凝土重合，各段混凝土的形状相同。

总而言之，本实用新型的深大钻井井筒井壁底悬浮下沉充填加固方法，包括以下步骤：(1)通过数值模拟，结合受力性能和施工工艺比较，给出适合现场使用的深大钻井井筒五段式后充填井壁底结构。(2)施工过程中，通过后浇筑充填素混凝土，解决井壁底下沉困难和结构安全的技术难题。(3)将光纤光栅测试技术应用于深大钻井井筒五段式后充填井壁底结构的安全监测中，实时监测井壁底结构的受力和变形。

本实用新型的井壁底结构是一个中线回转对称结构，也是一个筒状与球壳状结构的结合，通过理论计算难以得到内部受力的精确解。对于自重较小的井壁底结构，传统钻井凿井方法中采用实心预制结构，安全系数过大，但是严重浪费材料且后期难以破除。本实用新型采用有限元数值模拟计算，可以根据设计的井壁底结构尺寸、混凝土标号、配筋等，计算得到预制井壁底结构和后充填混凝土部分内的应力、应变分布，即确保井壁底结构的受力安全，节省了材料，也让后续破除井壁底结构的施工省时省力，最重要的是攻克了超深、大直径钻井法施工中的关键技术难题。

本实用新型的后填充混凝土部分2为五段式结构，主要是施工方便，通过计算也得出能显著节省材料。若采用在预制井壁底部分1的上方全充填混凝土，浪费材料，且施工也不方便，受力系数不稳定。本实用新型通过数值模拟得出采用球壳状模板后充填的结构最优，但是施工工艺上难以达到。因此本实用新型通过多次试验采用填充的五段式混凝土结构，即满足了受力要求，又便于充填施工。

本实用新型提出在井壁底结构设计时，预制井壁底部分的最大厚度以不超过吊车起吊能力为限，强度不足部分通过在悬浮下沉过程中向预制井壁底部分浇灌混凝土来弥补。这样既解决了井壁底结构起吊能力难题，又满足了强度要求，解决了深大钻井井筒关键施工技术。本实用新型通过数值模拟计算，精细化设计深大井筒的井壁底结构，结合现场施工工艺优化得到五段式后充填井壁底结构(如图2所示)，厚度为h的预制井壁底部分1与厚度为m的后充填混凝土部分共同承担地层荷载的作用，结构体受力和变形安全可靠。

综上所述，本实用新型的实施例具有以下技术效果：

(1)本实用新型提供的技术方案是在井壁底设计时，井壁底的最大厚度以不超过吊车起吊能力为限，强度不足部分通过在悬浮下沉过程中向井壁底浇灌混凝土来弥补。该技术方案既解决了井壁底起吊能力受限的难题，又满足了强度要求，解决了深井、大直径的钻井井筒的关键施工技术问题。即本实用新型采用后充填混凝土，加固深井、大直径的钻井井筒井壁底的结构，解决了井筒提升能力有限和井壁底荷载大之间的矛盾。

(2)本实用新型通过数值模拟分析和施工工艺比较，得出五段式井壁底结构能更好的使井壁底承担地层荷载、结构体受力均衡及不易变形。通过数值模拟计算，验证深大钻井井筒五段式后充填井壁底结构的受力安全性和施工可行性。

(3)本实用新型采用光纤光栅传感测试系统监测井壁底结构受力和变形，确保了井筒下沉的安全。本实用新型利用光纤光栅测试技术，实时监测井壁底结构下沉过程的安全；

(4)本实用新型具有广泛的实用性和易操作性。

(5)本实用新型的技术方案应用于下沉井筒直径大，井壁底位于深部地层，所受荷载大，井壁底结构的总重量超过施工现场的吊车的提升能力的钻井特殊凿井法中。如直径＞8m，深度＞400m，井壁底的水平荷载＞10MPa的为深大钻井井筒，而目前吊车的最大起吊能力为200t，按照现有方法设计该深大钻井井筒的井壁底的重量远远大于200t，钻井凿井方法无法正常运行。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本实用新型待批权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钻井井筒，其特征在于，所述钻井井筒包括：

井壁体结构，所述井壁体结构由多节井壁依次连接组成，所述井壁的形状为中空圆柱状；

井壁底结构，所述井壁底结构的上部形状为中空圆柱状，所述井壁底结构的下部形状为中空球壳状；所述井壁底结构的上部和下部相连接，且所述井壁底结构的开口方向朝上且所述井壁底结构的上部与所述井壁体结构的下部相连接；所述井壁底结构至少包括下部中空球壳状的壳体壁由预制井壁底部分和后填充混凝土部分组成，所述后填充混凝土部分覆盖在所述预制井壁底部分的上方。

2.如权利要求1所述的钻井井筒，其特征在于，所述后填充混凝土部分由多段混凝土组成，且该后填充混凝土部分为中心对称结构；多段所述混凝土之间均设置有模板，所述模板用于间隔混凝土的流动，便于在灌注混凝土时形成多段混凝土的结构形式。

3.如权利要求1所述的钻井井筒，其特征在于，所述后填充混凝土部分由五段式混凝土组成。

4.如权利要求1所述的钻井井筒，其特征在于，所述预制井壁底部分和所述后填充混凝土部分均与光纤光栅测试系统连接，所述光纤光栅测试系统用于实时监测所述钻井井筒内的所述井壁底结构的受力和变形情况。

5.如权利要求4所述的钻井井筒，其特征在于，所述光纤光栅测试系统包括传感器和地面检测设备；

在所述预制井壁底部分和所述后填充混凝土部分的内部均设置有多个传感器，所述传感器通过传输光缆与所述地面检测设备连接，用于将受力信号传送至所述地面检测设备上，便于工程人员实时监测所述井壁底结构的受力和变形情况。

6.如权利要求5所述的钻井井筒，其特征在于，所述地面检测设备包括信号解调器、数据存储器和显示终端；

所述信号解调器将所述传感器传送的受力信号接收并解调成数据后再由所述数据存储器进行存储，接着存储后的数据再通过所述显示终端显示出来。

7.如权利要求1所述的钻井井筒，其特征在于，所述井壁底结构的上部中空圆柱状的柱体壁由预制井壁底部分组成，所述井壁底结构的下部中空球壳状的壳体壁由预制井壁底部分和后填充混凝土部分组成。

8.如权利要求1所述的钻井井筒，其特征在于，所述钻井井筒的井壁体结构的直径＞8m，钻井井筒深度＞400m，井壁底结构的水平荷载＞10MPa。