井巷简略复习提纲.doc

万里祥云考试时间本周日下午5.6节地点：教一A102名词解释：5题，20分；填空：10题，30分；简答：7题，42分；计算：1题，8分。冻结法1.冻结法的定义、实质和特点答：冻结法是利用人工制冷技术，使底层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的关系，以便在冻结壁的保护下进行井筒或地下工程掘砌施工的特殊施工技术。其实质是利用人工制冷临时改变岩土性质以固结底层。2.冻结法（氨循环制冷）凿井原理答：3.蒸汽压缩制冷原理（焓熵概念、压焓图、循环系统、热参数计算、中间冷却器、制冷工质、冷媒剂）4.掘进段高的影响因素答：影响掘进段高大小的因素很多。地压越大，段高应越小，一般说来，地压随井筒深度增加而增大，而段高却应随之增加而减小。当深度相同时，塑性岩土较非塑性岩土压力大，段高也应相应减小。井筒掘进直径、冻结壁厚度及其形状等，均对段高选取有影响。掘进速度。掘进速度反应了井帮暴露时间的长短。地压不变时，变形随暴露时间增加而增大。因此，掘进速度快时段高可大一些。冻结壁内之平均温度。冻结壁内平均温度越低，冻土强度就越大，冻结壁的承载能力也就越大，段高相应地可以大一些。冻结壁形成过程。如果采用低温冻结，将大大有利于增加冻土强度和增大段高。5.常用的冻结方案答：一、一次冻全深方案 1.单、双排管冻结方案2.异径冻结方案二、分段（分期）冻结方案三、差异冻结方案四、局部冻结方案五、斜井冻结方案6.土中水的存在形式，冻结过程中水的冻结过程、结冰潜热、水分迁移、冻土物理性质的主要指标、冻土力学性质的主要指标、抗压强度的主要影响因素7.竖井冻结温度场的特征面、冻结壁平均温度、冻结壁厚度的影响因素8.冻结井壁的结构类型、复合井壁的结构及各部分功能注浆法1.注浆法的概念、分类答：注浆法是在裂隙含水岩层或松散的含水砂土层中，注入可凝结的浆液，充塞裂隙堵水或固结砂土、减小涌水，从而改善工程条件，利于井筒施工。 注浆法的分类方法很多，通常下列几种:(1)按注浆材料种类分为水泥注浆、粘土注浆和化学注浆；(2)按注浆施工时间不同分为预注浆和后注浆；(3)按注浆对象不同分为岩层注浆和表土层注浆；(4)按注浆工艺流程分为单液注浆和双液注浆；(5)技注浆目的分为堵水注浆和加固注浆；(6)按作用机理分为充塞注浆、渗透注浆和挤压注浆。2.常用注浆方式及其特点和使用条件答：1）分段下行式它的优点是由于上段先注好浆，有效地控制了下段注浆时的浆液上冒。缺点是钻孔工作量大、交替作业工期长。在岩石破碎、裂隙发育、孔壁不易设止浆塞的岩层和涌水大、厚度大于40m的含水层中施工，较为适用。2）分段上行式它的优点是无重复钻孔，能加快施工速度。该方法适用于注浆深度不大于200m，比较稳定的裂隙岩层。3）一次全深注浆方式这种注浆方式施工简单、工期较短。但由于段高大，浆液扩散不均匀，并且要求供浆的能力较大。在埋藏较浅、裂隙比较均匀的含水层内，采用一次全段注浆为好。3.止浆垫的作用答：止浆垫的作用在于封闭含水层涌水、安装钻孔导管和防止注浆时，浆液从含水层涌入井内。4.理想注浆材料的特性答：一种理想的注浆材料，应满足以下要求：1）浆液粘度低，渗透力强，流动性好，能进入细小裂隙和粉、细砂层。这样，浆液可达到预想范围，确保注浆效果。2）可调节并准确控制浆液的凝固时间。可避免浆液流失，达到定量注浆的目的。3）浆液固化时体积不收缩，能牢固粘结砂石；浆液结石率高，强度大。4）浆液稳定性好，长期存放不变质，便于保存运输，货源充足，价格低廉。5）浆池无毒，无臭，不污染环境，对人体无害，非易燃，易爆之物。5.注浆参数、注浆压力、扩散半径等的影响因素答：注浆参数注浆材料选定以后，必须选择合理的注浆参数与之相适应，才能获得理想的注浆效果，通常所说的注浆参数主要包括：注浆压力、注浆时间、浆液有效扩散半径、浆液流量和浆液注入量、浆液起始浓度和凝胶时间等。注浆参数的选择是注浆设汁的主要组成部分其合理与否，直接关系到注浆的效果和造价。影响注浆效果的主要参数是注浆压力和浆液注入量。注浆压力注浆压力是浆液扩散、充塞、压实的能量。压力过大，浆液扩散远，耗浆量过大，压力过小堵水效果难保证。注浆压力与被注岩层的埋藏深度、静水压力及岩土的孔隙状态有关。注浆压力随注浆深度增加而增大。一般认为：在粗砂或砾石足以采用低压注入可注性好的浆液；在细砂层中，先以低压注入保证渗透均匀，后期提高压力，以确保有效扩散半径。浆液的有效扩散半径浆液在注浆压力作用下，在岩层裂隙或砂土空隙间的扩散范围，可用扩散半径与有效扩散半径表示。扩散半径与有效扩散半径，在裂隙岩层、由于渗透性及裂隙的不均匀，其值差别很大。有效扩散半径R的大小主要与孔隙大小，浆液粘度、凝胶时问、岩层的渗透系数，注浆压力和浆液注入量等因素有关。其值计算可以用浆液的实际消耗为依据，亦可用动能条件为根据，适作理论分析和施工前粗略估计。钻井法1.钻井法的概念和特点答：钻井法是用钻头破碎岩石，用洗井液进行洗井排碴和护壁，当井筒钻至设计直径和深度以后，在洗井液中进行支护的机械化凿井方法。 钻井技术的特点1）施工机械化。2）施工地面化或远距离控制操作，彻底改变了井下作业方式，从根本上改善了工人劳动和安全条件。3）使用于各种不同的地质及工程条件。2.立井钻机凿井的基本工艺流程答：钻井法凿井的主要工艺过程有钻进、泥浆洗井护壁、下沉预制井壁和壁后注浆固井等。3.钻机的四大功能系统及个系统功能答：钻机按设备所起功用的不同分为以下的系统：(一)钻具系统钻具系统包括钻头和钻杆。它的主要功用是使钻头在旋转中破碎工作面岩石。(二)旋转系统包括转盘及其传动装置，方钻杆。转盘产生的旋转扭矩经方钻杆传递给钻杆和钻头，使钻头旋转。其功用也是两个设备功用之和，但它的外形尺寸小。(三)提吊系统包括钻塔、绞车及复滑轮组(包括天车、游车、钢丝绳等)、大钩。提吊系统的主要用途是提升或下放钻具，以及在钻进时提吊钻具并调节给进速度，以达到控制钻压的目的，砌井时它提吊和下放并壁。(四)洗井系统煤矿大直径钻井一般用反循环洗井。洗井液自沟槽依自重流入并筒，在压气排液器的作用下，洗井液流动冲洗工作面上的岩碴至钻头的吸入口进入钻杆，上升至水龙头，流入排浆管，经溜槽到沉淀池。洗井系统的功用是及时清除钻头破碎的岩碴，避免刀具重复破碎岩碴，以提高钻进的速度和效率。同时对刀具进行冷却。4.压气排液器原理及应用答：压气排液器应用连通管工作原理排渣。在压气未进入混合室之前，井筒与排液管内的泥浆比重相同，液面高度也相同。但当压气进入排液管，并与泥浆混合，其混合液的相对密度变得小于泥浆的相对密度，于是在井内泥浆柱压力的作用下，气液混合液上升。上升过程，由于压力减小，混合液中气泡继续膨胀，使混合液加快上升速度。5.钻井偏斜的产生原因答：钻井产生偏斜的原因很多，而且常常是各种因素综合作用的结果一、操作和设备的因素钻进中没有坚持减压钻进或减压值不够最容易造成偏斜。按石油钻井要求，钻压最大不得大于钻挺重量的80。根据我国大直径钻井经验，一般钻压为钻头重量的30一70，在中硬岩层钻速低时，用加大钻头重量的办法加大钻压。否则减压数值太少，容易造成偏斜。安装中大钩提吊中心和转盘中心，井筒中心不重合；或钻杆加工不直；或刀具平面与钻头中心管不垂直度大于1，也就是说钻机制造质量不好，或安装质量不好，都能造成井筒偏斜。无论是操作技术，或是钻机制造和安装质量；或是洗井效果不好都是人为造成的，它是能用人的主观能动性予以克服的。二、地质条件当地层倾斜，或岩石较硬又非均质或表土层中有粘土结核或砾石时都容易发生偏斜。6.常见的钻井故障答：钻井中常遇到的一些问题（一）表土钻井的泥包问题钻头在粘土层或软岩中钻进时，由于破碎下来的泥块不能及时清洗，以致粘糊在刀具、刀盘和钻头体上，无法再继续钻进。这种现象叫泥包钻头或钻头泥包。它在表土层中最易发生。例如：在朔里南风井为了防止泥包钻头而修改钻头达19次。在页岩中钻井也常发生。泥包钻头产生的原因和防止方法有：1刀具结构不合理。特别在表土层中，刀具型式和布置不合理都容易形成泥包钻头。经验证明：在表土层用刮刀宜采用铧犁式为好，行星式带斜面的刮刀泥包次数明显减少。钻头的刀盘最好不用敝开式的，以改善泥井效果。应当指出：在表土层中钻井的刀具和钻头体结构形式是尚在研究和改进的一个课题。2泥浆浓度过大也容易产生泥包钻头。洗井效果不好或洗井能力不足也是造成泥包钻头的原因。钻粘土层时泥浆浓度必须经常调整。在加大钻压提高钻速时，必须加大洗井能力，使钻速和洗井两者协调。(二)岩石钻进中的跳钻问题在岩石钻进中，特别是在中硬岩和硬岩中钻井时，有时钻头、钻杆和方钻杆整体上下跳动得十分明显，或连续跳动，或间断跳动，这种现象叫跳钻。大直径钻井中跳钻的原因和处理方法有：1刀具脱落时，在工作台上能感到不均匀的间断跳钻现象，这时需提钻打捞落物，以免损伤其它刀具或刀盘。2由于刀具布置不当而使井底工作面形成规则的锯齿形。当刀齿到达工作面齿顶时向锯齿谷滑动形成有节奏的连续跳动。特别在硬岩中使用球齿时容易发生。3岩层有大裂隙或严重不均匀，使刀具受力不均而产生跳动。遇到这种情况只能减小钻压低转数，加强洗井谨慎的通过这一地段。(三)井内落物的处理钻井中刀具脱落，钻杆拆断，风管或钻头落井等事故时有发生。对落物必须及时打捞。我国钻井工地对打捞落物积累并创造了一些切实可行的经验和方法。如电磁打捞器用来打捞牙轮；刮刀等较轻的钢质物体；回形打捞器用于打捞钻杆；钳形打捞器(图440)可打捞非圆形的落物。此外还有龙门式打捞器、绳式打捞器、套筒式打捞器等。总之随着落物的不同和井深的不同，而采取不同的打捞方式。(四)卡钻问题钻头由于非设备的原因提升困难，甚至提不起，下放也困难，有时也扭不动，这种现象叫卡钻。在表土层钻进多是由于泥包钻头；或泥浆失水大而形成厚泥饼；或井帮坍塌；或下放钻头时下到工作面沉淀物中都能造成卡钻。井斜大又不规则也容易造成卡钻。为防止卡钻应注意以下几点：1提钻头之前进行一段时间洗井使工作面清洁。在下钻头时，下放到离工作面12米即开始洗井，边洗井边下放钻头至工作面。2经常检查和调整洗井液性能，防止井帮坍塌。如已发生坍塌应加强洗井排除坍塌物并调整泥浆性能。3井筒偏斜值大且方向又不规则，在提升钻头时也容易造成卡钻。这时用局部扩大井径的方法努力纠斜。(五)洗井液的漏失这里所说漏失指的是在大裂隙或砾石层中的大量漏失洗井液。这时应进行堵漏。当用泥浆作为洗井液时可调节泥浆性能用它作为堵漏材料。如果用清水洗井时，可以用水泥浆去堵漏。最好是在钻井前，对可能发生漏失的地层进行预注浆。7.常用的洗净方式及其特点答：洗井方式有反循环洗井；正循环洗井；混合循环洗井。目前使用最广泛的是反循环洗井。(一)反循环洗井 洗井液依自重流入井筒，流过工作面时冲洗工作面，它靠钻杆内(或外)的压气排液器(也叫空气吸泥机)为动力，从钻杆排出洗井液至净化系统，造成洗井循环。 这种洗井方式的优点是在钻杆中的洗井液携带岩碴，其流速高效果好。整个循环过程不要大压力的泵。它的缺点是对工作面的冲洗效果不如正循环洗井。(二)正循环洗井 这种洗井方式是由地质钻探和石油钻井直接引用来的。对于大直径钻井，这种洗井方式洗井液上升速度很慢。若使岩碴不下沉，必须用性能好的泥浆，造成成本加高。在更换钻头刀具或接长钻杆等原因而停钻时岩碴下沉容易造成埋钻头等事故。(三)混合循环洗井 它是基于想具备上述两种循环方式中的优点，又能克服其缺点而提出来的。苏联曾使用过但效果不理想，反而增加了钻杆重量使工艺和设备复杂了。8.泥浆的功能及其基本参数答：1洗井：钻井中必须不断的对工作面进行冲洗，避免重复破碎已破碎的岩碴影响钻进效果。2护壁：钻井中随着井筒的形成原岩体应力改变了，井帮出现地压，用泥浆液柱压力来抵抗地压。为了防止大量水或泥浆渗入地层引起土膨胀而造成井筒缩径。因此要求有一个好的隔离层泥饼。在基岩中，地压值比表土层小且稳定，故可用清水液柱压力护壁。岩层中涌水量大也可用泥浆，也可以用清水护壁。3冷却钻具：刀具破岩产生部分热量，洗井液对钻具进行冷却可以加长刀具的寿命。在用漂浮法下沉井壁时，洗井液起漂浮井壁的作用。泥浆基本参数1.密度2.粘度3失水量4.泥皮厚度5.触变性与静切力6.酸碱值7.含砂量8.胶体率9稳定性9.钻井井壁类型答：井壁所用材料和结构形式有：钢板井壁；钢板混凝土复合井壁；钢筋混凝土井壁；其他类型井壁（如弧板井壁和喷浆井壁）等。10.井壁漂浮下沉时的平衡状态答：把在地面预制的不透水的井壁底(俗称锅底)，放入井筒使其在洗井液上面漂浮。然后在它上面一节一节地将地面预制的整体井壁连接，依自重和在井壁内加水助其下沉。这种水称为平衡水。一直到井壁底下沉至井底，再进行壁后充填水泥浆或水泥砂浆。这个方法的优点是：井壁整体性好，渗透性小，质量高，成井速度快。该法的缺点是：对井筒的垂直度要求高；井深愈大预制场面积也大；预制和移运井壁还需要些专用的起重设备。井筒愈深施工载荷也愈大。 11.固井充填的作用答：井壁下沉到底，经校正后，进行固井充填工作。用水泥浆、水泥砂浆或混凝土将井壁与井帮之间的泥浆自下而上地置换出来。固结后的充填材料，使井壁与底层结合，固定井筒位置，并使井帮密实，防止地下水的窜通。12.钻井参数答：比压、转速、泥浆冲洗量、钻进速度（纯钻进速度、钻井速度、成井速度）沉井法1.沉井法的概念、实质答：沉井法是属于超前支护类的一种特殊施工方