一种利用全断面高配重钻头装置进行小直径深井施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用全断面高配重钻头的小直径深井施工方法。包括以下步骤：（1）深井覆盖层钻孔；采用回转钻机正反循环钻孔工艺，牙轮钻头或牙轮组合钻头成孔完成覆盖层的成孔；（2）井壁套管安放及壁后充填。按照设计要求进行护壁套管安放及壁后水泥浆充填注浆；（3）加工制作小直径深井全断面高配重钻头装置；（4）采用全断面高配重钻头装置基岩段钻进，完成成井。利用特殊的牙轮布刀结构使破岩牙轮刀具沿孔壁没有相对位移，有利于孔壁稳定，提高成孔的可靠性；自下而上直径及重量逐渐变小的塔式钻具结构，配以减压方式、反循环清孔钻进至设计深度，钻具的重心始终位于钻头体中心附近，使井孔的垂直度得以有效控制。
【专利说明】ー种利用全断面高配重钻头装置进行小直径深井施工方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及ー种小直径深井施工的方法，特别是ー种利用全断面高配重钻头装置进行小直径深井施工方法，属于矿山和市政工程建设【技术领域】。
【背景技术】
[0003]矿山竖井中的小直径深井(井径1.0-1.5m、井深大于300m)—般是通过传统的机械钻孔方式实现成井，成井质量受地层条件和钻具设备的影响很大。目前竖井施工中所用钻头一般为普通牙轮钻头或滚刀钻头，只是按照破岩面积大小，将ー定数量的牙轮或滚刀布置焊接在钻头体上，往往牙轮或滚刀的位置布置不尽合理，当出现不稳定地层尤其是软硬不均地层时，钻头很容易因受カ不均而发生偏斜，造成成孔偏斜，影响施工质量。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供ー种利用全断面高配重钻头装置进行小直径深井施工方法，解决矿山竖井成井过程中容易发生孔斜的问题，保证深井钻进的垂直度，提高成孔效率。
[0005]本发明的目的是这样实现的:ー种利用全断面高配重钻头装置进行小直 径深井施工方法，包括以下步骤:
(1)深井覆盖层钻孔
采用常规回转钻机正反循 环钻孔エ艺，普通牙轮钻头或牙轮组合钻头成孔，化学泥浆稳定孔壁和平衡钻孔内外水压カ差，完成覆盖层的成孔；
(2)井壁套管安放及壁后充填
覆盖层钻孔完成后，按照设计要求进行护壁套管安放及壁后水泥浆充填注浆，水泥浆采用矿洛娃酸盐水泥或普通娃酸盐水泥；
(3)加工制作小直径深井全断面高配重钻头装置
全断面高配重钻头装置由全断面牙轮组合钻头和高配重的塔式组合钻具构成，根据地质地层条件，结合成井直径，在全断面牙轮组合钻头体刀盘上分两圈均匀设置并焊接牙轮瓣，其中，外圈均匀设置的牙轮高于内圈牙轮，钻头体预留水口后内注铅增加自重，通过法兰盘同下配重体、上配重体、钻铤连接，配重体和钻铤上均焊接导正体，下配重体直径小于钻头体直径100-200mm，上配重体直径小于下配重体直径100-200mm，下配重体重量重于上配重体，形成下重上轻、下大上小的塔式组合钻具体系。可根据实际情况制作不同直径大小的高配重钻头，以实现分级扩孔施工；
(4)基岩段钻进，完成成井
利用制作的小直径深井全断面高配重钻头装置，采用减压方式钻进，钻压不大于钻头及配重总重量的80%(扣除泥浆浮力)，以保持高配重钻头始終在铅垂线上(类似于线锤的效果)，导向功能显著，确保钻孔垂直度。
[0006]本发明特别适用于直径0.8?1.5m小直径深井施工。
[0007]本发明取得的有益效果是:
1、本发明针对不同地层选用不同的钻头，上部覆盖层使用普通牙轮钻头或牙轮组合钻头，下部基岩采用制作的全断面高配重钻头装置钻进，充分发挥了各自的特点；全断面高配重钻头装置制作简单、成本低廉、使用方便、工作效率高；
2、全断面高配重钻头装置破岩牙轮刀具沿孔壁运行没有相对位移，有利于孔壁稳定，分级扩孔，前导孔起到导向作用，提高成孔垂直度，钻井的傾斜度可控制在3%。以内。
[0008]本发明拓展了矿山小直径深井钻进成井的施工方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是小直径深井全断面高配重钻头装置的外形结构示意图。
[0010]图2是牙轮组合钻头结构示意图。
[0011]图中标号代表的含义如下:
1、牙轮2、牙轮组合钻头体3、法兰盘4、下配重体5、导正体6、上配重体7、钻铤8、内圈牙轮9、外圈牙轮。
【具体实施方式】
[0012]以下实施例用于说明本发明。
实施例
[0013]某建筑物下固体充填开采投料井工程，井深616m，主要用来将地面固体充填物料运输到矿井井下，对采空区进行充填，投料井上部覆盖层段成孔直径1200mm，下部基岩段成孔直径820_，成孔后下放耐磨管及壁后充填。
[0014]利用本发明的施工方法，具体实施过程如下:
(I)深井覆盖层钻孔
上部覆盖层段の1200mm钻孔，开孔采用小311mm牙轮钻头，钻穿覆盖层并进入完整基岩2m后，采用小1200mm组合牙轮钻头扩孔，钻至完整基岩Im后，采用小1200mm、长度为12m的筒钻进行圆孔。
[0015](2)护壁套管安放及壁后充填
覆盖层段钻孔完成，经垂直度检测符合要求后，进行长度为170m、内径1020mm、厚度16_的护壁套管的安放及壁后水泥浆充填，水泥浆采用矿渣硅酸盐水泥。
[0016](3)加工制作小直径深井全断面高配重钻头装置
全断面高配重钻头装置由全断面牙轮组合钻头和高配重的塔式组合钻具构成。见图1，ー种小直径深井全断面高配重钻头装置，由牙轮组合钻头和高配重的塔式组合钻具构成。牙轮I均匀设置并焊接在牙轮组合钻头体2刀盘上，见图2，其中外边缘ー圈均匀设置6个牙轮，内圈均匀设置6个牙轮，内外圈共12个牙轮，外圈牙轮9高出内圈牙轮8 30mm。牙轮组合钻头体2预设水口并在其内加注铅增加自重。高配重的塔式组合钻具包括牙轮组合钻头体2通过法兰盘3连接的下配重体4，下配重体4上焊接导正体5，通过法兰盘3和上配重体6连接，上配重体6上焊接导正体5，并与钻铤7连接。下配重体4直径小于钻头体2直径100?200mm，上配重体6直径小于下配重体4直径100?200mm，上配重体6、下配重体4分别由2块圆柱形配重块组成，重量分别为6t、8t，形成由下往上直径逐渐变小的全断面高配重塔式组合钻具体系。
[0017](4)基岩段钻进，完成成井
待覆盖层护壁套管充填水泥浆达到设计强度后进行基岩段钻进，为保证垂直度、加快钻进速度，采用步骤(3)加工制作的全断面高配重钻头装置进行钻进成井。护筒壁后水泥浆凝固达到设计强度后，利用反循环钻进エ艺，Mllmm、(j5820mm全断面高配重钻头分级扩孔，进行基岩段成井施工至设计深度。
[0018]钻孔达到设计孔深后，利用高精度陀螺测斜仪、试孔器配合超声波检测仪对钻孔进行了检测，钻孔圆滑顺直，井径满足设计要求，最終钻孔垂直度小于3%。，最后进行耐磨管下放及壁后充填，完成成井。
【权利要求】
1.ー种利用全断面高配重钻头装置进行小直径深井施工方法，其特征在于包括以下步骤: (1)深井覆盖层钻孔 采用常规回转钻机正反循环钻孔エ艺，普通牙轮钻头或牙轮组合钻头成孔，化学泥浆稳定孔壁和平衡钻孔内外水压カ差，完成覆盖层的成孔； (2)井壁套管安放及壁后充填 覆盖层钻孔完成后，按照设计要求进行护壁套管安放及壁后水泥浆充填注浆，水泥浆采用矿洛娃酸盐水泥或普通娃酸盐水泥； (3)加工制作小直径深井全断面高配重钻头装置 全断面高配重钻头装置由全断面牙轮组合钻头和高配重的塔式组合钻具构成，在牙轮组合钻头体刀盘上分两圈均匀设置并焊接牙轮瓣，其中，外圈均匀设置的牙轮高于内圈牙轮，钻头体预留水口后内注铅增加自重，通过法兰盘同下配重体、上配重体、钻铤连接，配重体和钻铤上均焊接导正体，下配重体直径小于钻头体直径100?200mm，上配重体直径小于下配重体直径100?200mm，下配重体重量大于上配重体，形成下重上轻、下大上小的塔式组合钻具体系； (4)基岩段钻进，完成成井 利用制作的小直径深井全断面高配重钻头装置，采用减压方式钻进，钻压不大于钻头及配重总重量的80%，以保持高配重钻头始終在铅垂线上，确保钻孔垂直度，钻孔达到设计孔深后，利用高精度陀螺测斜仪、试孔器配合超声波检测仪对钻孔进行检测，井径满足设计要求，最后进行耐磨管下放及壁后充填，完成成井。
【文档编号】E21B12/00GK103452473SQ201310362469
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】聂庆科, 孙运青, 杨海朋, 张军旗, 赵建秋, 刘俊永, 张鹏, 李振宁 申请人:河北建设勘察研究院有限公司