CN217582119U - 一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，包括用于在井筒周围形成冻结帷幕的冻结装置和用于施工形成所述井筒的反井施工装置，所述冻结装置包括冻结管，所述冻结管沿所述井筒轴向向着井下巷道方向延伸，并且所述冻结管环绕所述井筒分布；本实用新型，通过设置内层冻结管和外层冻结管，采用冻结法进行井筒帷幕加固，再利用反井钻机和反井扩挖刀盘采用反井法钻进，不仅保证了井筒围岩的稳定，也基本发挥了反井法的全部优点，提高了井筒的施工效率，节约了成本、缩短了施工工期，减少了凿井期间人员下井的时间，降低了施工风险。

Description

一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统

技术领域

本实用新型涉及井筒施工技术领域。具体地说是一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统。

背景技术

目前，国内外井筒的施工工艺方法有如下几种：普通法凿井、冻结法凿井、注浆法凿井、钻井法凿井；其中钻井法凿井又分为正钻井法和反井钻进法。

冻结凿井法是指在开凿井筒前，将井筒周围含水层用人工制冷方法，冻结成封闭的圆筒形冻结壁，以抵抗地压并隔绝地下水与井筒的联系，在冻结壁的保护下进行人工掘砌作业的施工方法，需用设备较多，工期长，工作条件较差，成本较高，但安全可靠，施工技术较成熟；反井钻进法是在已有井下巷道的上方采用反井钻机向巷道钻进先导孔，先导孔完成后在井下巷道安装钻井刀盘，向上扩拉成井的凿井方法，由于施工工人在地面作业，施工安全，另外向上扩拉成井的过程中破碎的岩石直接落入井底巷道，所以成井效率高、速度快，具有机械化程度高，工人劳动强度低，成本低及施工过程中不破坏围岩、井壁光滑、成井质量好等一系列优点，但反井凿井法要求围岩稳定。

目前我国能源基地和新建井筒主要集中在西部地区，西部的白垩系地层岩石稳定性差，富含孔隙水，无法进行注浆止水加固，井筒建设基本采用冻结法凿井，但是冻结法凿井需用设备较多，工期长，工作条件较差，成本较高。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种可以提高施工效率、节约成本并且可以降低施工风险的采用冻结法和反井法进行井筒施工系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，包括用于在井筒周围形成冻结帷幕的冻结装置和用于施工形成所述井筒的反井施工装置，所述冻结装置包括冻结管，所述冻结管沿所述井筒轴向向着井下巷道方向延伸，并且所述冻结管环绕所述井筒分布；所述反井施工装置包括用于钻进先导孔的导孔钻头、用于扩孔形成所述井筒的反井扩挖刀盘、用于分别驱动所述导孔钻头和所述反井扩挖刀盘的反井钻机以及用于连接反井钻机与所述导孔钻头和所述反井扩挖刀盘的反井钻机钻杆，所述反井钻机安装在待施工的所述井筒处地面上，所述导孔钻头位于地面、所述反井扩挖刀盘位于所述井下巷道内；所述反井钻机驱动所述导孔钻头沿所述井筒中心自地面向着所述井下巷道方向运动，所述反井钻机驱动所述反井扩挖刀盘自所述井下巷道沿着所述先导孔向着地面方向运动；通过设置内层冻结管和外层冻结管，采用冻结法进行井筒帷幕加固，再利用反井钻机和反井扩挖刀盘采用反井法钻进，不仅保证了井筒围岩的稳定，也基本发挥了反井法的全部优点，提高了井筒的施工效率，节约了成本、缩短了施工工期，减少了凿井期间人员下井的时间，降低了施工风险。

上述一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，所述井筒深度小于等于300米，所述冻结管为环绕所述井筒的一圈冻结管。

上述一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，每相邻两个冻结管之间的间距为1100-1500mm。

上述一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，所述井筒深度大于米，所述冻结管包括内层冻结管和外层冻结管，所述内层冻结管的底端至少延伸到所述外层冻结管由上至下的三分之二深度处，所述内层冻结管与所述井筒中心的水平距离小于所述外层冻结管与所述井筒中心的水平距离；所述外层冻结管沿所述井筒轴向向着井下巷道方向延伸至井下巷道。

上述一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，每相邻两个所述内层冻结管之间的间距为1800mm，每相邻两个所述外层冻结管之间的间距为2000mm。

上述一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，所述内层冻结管所在圆与所述外层冻结管所在圆的径向距离为600mm。

上述一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，在所述冻结管所在圆的外侧和所述井筒开挖区域均开设有冻结测温孔，便于对帷幕冻结的程度进行把控。

上述一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，所述井筒的壁面上由内而外依次设置有内层井壁和外层井壁。

上述一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，所述内层井壁和所述外层井壁在高度上均由多段组成，多段所述内层井壁的内径均与所述井筒的直径相同，多段所述内层井壁的外径由上至下依次增大；一段所述外层井壁的内径与相对应的一段所述内层井壁的外径相同，多段所述外层井壁的壁厚均相等。

上述一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，所述反井施工装置还包括用于装载扩挖装置的吊盘、用于支护所述内层井壁和所述外层井壁的整体模板以及用于提吊所述吊盘和所述整体模板的井架；所述吊盘位于所述井筒内，所述整体模板安装在所述吊盘上，所述井架架设于地面上所述井筒的上方，所述吊盘通过提吊绳与所述井架连接。

本实用新型的技术方案取得了如下有益的技术效果：

1、本实用新型，通过设置内层冻结管和外层冻结管，采用冻结法进行井筒帷幕加固，再利用反井钻机和反井扩挖刀盘采用反井法钻进，不仅保证了井筒围岩的稳定，也基本发挥了反井法的全部优点，提高了井筒的施工效率，节约了成本、缩短了施工工期，减少了凿井期间人员下井的时间，降低了施工风险。

2、本实用新型，通过设置上下多段等厚的外层井壁，可以在施工时起到临时支护的作用；通过使内层井壁的壁厚自上而下依次增大，可以使其适应井壁自上而下侧压力逐渐变大的情况。

3、本实用新型，通过将外层冻结管深入到井下巷道内，并将内层冻结管深入到井深三分之二处，这样可以节约施工及冻结成本，因为是从上向下开挖，虽然内层冻结管没有深入到井底，但是随着开挖进行，外层冻结管冷量能够传递到内层冻结管下方地层实现冻结。

附图说明

图1本实用新型井筒俯面剖视结构示意图；

图2本实用新型井筒正面剖视结构示意图；

图3本实用新型反拉施工时井筒剖视结构示意图；

图4本实用新型向下扩挖并进行外层井壁施工的井筒剖视结构示意图；

图5本实用新型吊盘和整体模板向上进行内层井壁施工的井筒剖视结构示意图。

图中附图标记表示为：1-井筒；2-内层冻结管；3-外层冻结管；4-井下巷道；5-先导孔；6-反井扩挖刀盘；7-反井钻机；8-反井钻机钻杆；9-冻结测温孔；10-内层井壁；11-外层井壁；12-吊盘；13-整体模板；14-井架。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，如图1和图3所示，包括用于在井筒1周围形成冻结帷幕的冻结装置和用于施工形成井筒1的反井施工装置，冻结装置包括冻结管，冻结管沿井筒1轴向向着井下巷道4方向延伸，并且冻结管环绕井筒1分布；反井施工装置包括用于钻进先导孔5的导孔钻头、用于扩孔形成井筒1的反井扩挖刀盘6、用于分别驱动导孔钻头和反井扩挖刀盘6的反井钻机7以及用于连接反井钻机7与导孔钻头和反井扩挖刀盘6的反井钻机钻杆8，反井钻机7安装在待施工的井筒1处地面上，导孔钻头位于地面、反井扩挖刀盘6位于井下巷道4内；反井钻机7驱动导孔钻头沿井筒1中心自地面向着井下巷道4方向运动，反井钻机7驱动反井扩挖刀盘6自井下巷道4沿着先导孔5向着地面方向运动；井筒1深度小于等于300米，冻结管为环绕井筒1的一圈冻结管；每相邻两个冻结管之间的间距为1100-1500mm；井筒1深度大于300米，冻结管包括内层冻结管2和外层冻结管3，内层冻结管2的底端至少延伸到外层冻结管3由上至下的三分之二深度处，内层冻结管2与井筒1中心的水平距离小于外层冻结管3与井筒1中心的水平距离；外层冻结管3沿井筒1轴向向着井下巷道4方向延伸至井下巷道4；每相邻两个内层冻结管2之间的间距为1800mm，每相邻两个外层冻结管3之间的间距为2000mm；内层冻结管2所在圆与外层冻结管3所在圆的径向距离为600mm；在冻结管所在圆的外侧和井筒1开挖区域均开设有冻结测温孔9。

如图2和图4-5所示，井筒1的壁面上由内而外依次设置有内层井壁10和外层井壁11；内层井壁10和外层井壁11在高度上均由三段组成，三段内层井壁10的内径均与井筒1的直径相同，三段内层井壁10的外径由上至下依次增大，通过使内层井壁10的壁厚自上而下依次增大，可以使其适应井壁自上而下侧压力逐渐变大的情况；一段外层井壁11的内径与相对应的一段内层井壁10的外径相同，三段外层井壁11的壁厚均相等，通过设置上下多段等厚的外层井壁11，可以在施工时起到临时支护的作用；反井施工装置还包括用于装载扩挖装置的吊盘12、用于支护内层井壁10和外层井壁11的整体模板13和用于提吊吊盘12和整体模板13的井架14；吊盘12位于井筒1内，整体模板13安装在吊盘12上，井架14架设于地面上井筒1的上方，吊盘12通过提吊绳与井架14连接。

工作原理：首先根据设计的井筒1直径确定冻结帷幕圈径并进行内层冻结管2和外层冻结管3的施工，内层冻结管2和外层冻结管3施工结束后，冻结过程中即可进行井架14及配套绞车、稳车等井壁施工装备的安装，并进行先导孔5的钻孔施工，冻结帷幕的厚度达到设计要求后，进行井筒1的反拉施工，反拉井径为设计井筒1的净直径，井筒1反拉完成后，撤除反井钻机7，进行吊盘12的安装，吊盘12通过井架14及配套绞车的作用沿反拉形成的井筒1下行进行步进刷大，刷大直径为设计井筒1的荒径，同时步进支模浇筑外层井壁11，直至施工至井底，最后吊盘12和整体模板13向上施工内层井壁10，直至井口。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，其特征在于，包括用于在井筒(1)周围形成冻结帷幕的冻结装置和用于施工形成所述井筒(1)的反井施工装置，所述冻结装置包括冻结管，所述冻结管沿所述井筒(1)轴向向着井下巷道(4)方向延伸，并且所述冻结管环绕所述井筒(1)分布；所述反井施工装置包括用于钻进先导孔(5)的导孔钻头、用于扩孔形成所述井筒(1)的反井扩挖刀盘(6)、用于分别驱动所述导孔钻头和所述反井扩挖刀盘(6)的反井钻机(7)以及用于连接反井钻机(7)与所述导孔钻头和所述反井扩挖刀盘(6)的反井钻机钻杆(8)，所述反井钻机(7)安装在待施工的所述井筒(1)处地面上，所述导孔钻头位于地面、所述反井扩挖刀盘(6)位于所述井下巷道(4)内；所述反井钻机(7)驱动所述导孔钻头沿所述井筒(1)中心自地面向着所述井下巷道(4)方向运动，所述反井钻机(7)驱动所述反井扩挖刀盘(6)自所述井下巷道(4)沿着所述先导孔(5)向着地面方向运动。

2.根据权利要求1所述的一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，其特征在于，所述井筒(1)深度小于等于300米，所述冻结管为环绕所述井筒(1)的一圈冻结管。

3.根据权利要求2所述的一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，其特征在于，每相邻两个冻结管之间的间距为1100-1500mm。

4.根据权利要求1所述的一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，其特征在于，所述井筒(1)深度大于300米，所述冻结管包括内层冻结管(2)和外层冻结管(3)，所述内层冻结管(2)的底端至少延伸到所述外层冻结管(3)由上至下的三分之二深度处，所述内层冻结管(2)与所述井筒(1)中心的水平距离小于所述外层冻结管(3)与所述井筒(1)中心的水平距离；所述外层冻结管(3)沿所述井筒(1)轴向向着井下巷道(4)方向延伸至井下巷道(4)。

5.根据权利要求4所述的一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，其特征在于，每相邻两个所述内层冻结管(2)之间的间距为1800mm，每相邻两个所述外层冻结管(3)之间的间距为2000mm。

6.根据权利要求5所述的一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，其特征在于，所述内层冻结管(2)所在圆与所述外层冻结管(3)所在圆的径向距离为600mm。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，其特征在于，在所述冻结管所在圆的外侧和所述井筒(1)开挖区域均开设有冻结测温孔(9)。

8.根据权利要求1-6任一所述的一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，其特征在于，所述井筒(1)的壁面上由内而外依次设置有内层井壁(10)和外层井壁(11)。

9.根据权利要求8所述的一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，其特征在于，所述内层井壁(10)和所述外层井壁(11)在高度上均由多段组成，多段所述内层井壁(10)的内径均与所述井筒(1)的直径相同，多段所述内层井壁(10)的外径由上至下依次增大；一段所述外层井壁(11)的内径与相对应的一段所述内层井壁(10)的外径相同，多段所述外层井壁(11)的壁厚均相等。

10.根据权利要求8所述的一种采用冻结法和反井法进行井筒施工系统，其特征在于，所述反井施工装置还包括用于装载扩挖装置的吊盘(12)、用于支护所述内层井壁(10)和所述外层井壁(11)的整体模板(13)以及用于提吊所述吊盘(12)和所述整体模板(13)的井架(14)；所述吊盘(12)位于所述井筒(1)内，所述整体模板(13)安装在所述吊盘(12)上，所述井架(14)架设于地面上所述井筒(1)的上方，所述吊盘(12)通过提吊绳与所述井架(14)连接。

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