千米深井施工綜合技術(shù)方案一、工程概況1.1地質(zhì)條件分析本工程井深設(shè)計(jì)1000米，地質(zhì)剖面顯示自上而下依次為第四系松散覆蓋層（厚50-80米）、侏羅系砂質(zhì)泥巖（厚200-300米）、二疊系細(xì)砂巖（厚400-500米）及石炭系灰?guī)r含水層（揭露厚度約150米）。施工將穿越3個(gè)主要含水層，其中二疊系砂巖裂隙水具有弱承壓性，石炭系灰?guī)r含水層水頭壓力達(dá)3.5MPa。井眼預(yù)計(jì)最大井斜不超過1.5°/100m，井底水平位移控制在15米范圍內(nèi)。1.2技術(shù)參數(shù)要求成井直徑：上部松散層段600mm，基巖段480mm井管結(jié)構(gòu)：Φ325mm無縫鋼管（井口至300m）+Φ273mm濾水管（含水層段）+Φ245mm沉砂管（井底10m）支護(hù)強(qiáng)度：井壁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度C35，抗?jié)B等級(jí)P8終孔指標(biāo)：含砂量≤1/50000（體積比），靜止水位恢復(fù)時(shí)間＜8小時(shí)二、施工準(zhǔn)備2.1設(shè)備選型配置鉆井系統(tǒng)：ZJ30DB鉆機(jī)（最大額定負(fù)荷3000kN），配備Φ216mm三牙輪鉆頭及Φ178mm鉆鋌循環(huán)系統(tǒng)：450m3/h泥漿泵，雙級(jí)凈化裝置（振動(dòng)篩+除砂器+離心機(jī)）固井設(shè)備：SJC-600型水泥車（工作壓力25MPa），配套自動(dòng)混漿系統(tǒng)監(jiān)測(cè)儀器：高精度測(cè)斜儀（測(cè)量精度±0.1°），隨鉆地質(zhì)參數(shù)儀，井溫壓力記錄儀2.2材料準(zhǔn)備鉆井液：鈉基膨潤(rùn)土（造漿率≥15m3/t），聚丙烯酰胺降濾失劑（加量0.3%）水泥材料：G級(jí)高抗硫油井水泥，配套早強(qiáng)劑（CaCl?加量2%）、彈性膨脹劑（加量5%）支護(hù)材料：Φ20mm中空注漿錨桿（屈服強(qiáng)度≥500MPa），U29型鋼支架（極限承載力300kN/m）濾水系統(tǒng)：60目雙層不銹鋼濾網(wǎng)，石英砂濾料（不均勻系數(shù)K80＜2.0）2.3場(chǎng)地布置功能分區(qū)：鉆井作業(yè)區(qū)（鉆機(jī)平臺(tái)15m×20m）、泥漿循環(huán)區(qū)（沉淀池3級(jí)串聯(lián)）、材料堆放區(qū)（距井口20m）、固控系統(tǒng)區(qū)（含廢漿處理裝置）循環(huán)系統(tǒng)：泥漿池有效容積80m3，設(shè)置高低液位報(bào)警器，配備3套備用泥漿泵安全設(shè)施：井口防護(hù)欄（高度1.2m），防爆照明系統(tǒng)，應(yīng)急物資庫（含正壓式呼吸器8臺(tái)）三、核心施工工藝3.1鉆進(jìn)施工3.1.1分段鉆進(jìn)工藝0-300m松散層：采用Φ600mm牙輪鉆頭正循環(huán)鉆進(jìn)，泥漿密度控制在1.2-1.3g/cm3，粘度22-25s，每50m進(jìn)行一次井斜測(cè)量300-800m基巖段：換用Φ480mmPDC鉆頭，采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)，排量維持在280-320m3/h，鉆壓80-120kN，轉(zhuǎn)速60-80r/min800-1000m含水層段：改用Φ444.5mm取心鉆頭，回次進(jìn)尺≤2m，巖芯采取率≥70%，同步進(jìn)行水文參數(shù)測(cè)定3.1.2鉆井液控制上部井段：鈉基泥漿體系，添加2%抗鹽劑，API濾失量≤10mL/30min中部井段：聚磺鉆井液體系，加入1.5%潤(rùn)滑劑，動(dòng)塑比控制在0.4-0.6Pa·s/mPa·s下部井段：油基鉆井液體系，密度1.45-1.55g/cm3，高溫高壓濾失量≤15mL/30min（150℃）3.2井身結(jié)構(gòu)3.2.1套管程序表層套管：Φ339.7mm×9.65mmJ55鋼級(jí)，下深80m，水泥返至地面技術(shù)套管：Φ244.5mm×11.99mmN80鋼級(jí)，下深500m，水泥返高至井口以下200m生產(chǎn)套管：Φ177.8mm×9.19mmP110鋼級(jí)，下深1000m，水泥返至含水層以上100m3.2.2固井工藝前置液：隔離液（用量20m3）+沖洗液（用量15m3），替漿排量1.2m3/min水泥漿體系：領(lǐng)漿：密度1.85g/cm3，初凝時(shí)間4-6h，24h抗壓強(qiáng)度≥15MPa尾漿：密度2.05g/cm3，添加3%鋼纖維，24h抗壓強(qiáng)度≥25MPa施工參數(shù)：頂替效率≥95%，碰壓壓力18-20MPa，穩(wěn)壓30min3.3特殊地層處理3.3.1漏失層處理輕微漏失（漏速＜5m3/h）：隨鉆添加2%核桃殼堵漏劑+1%纖維材料中度漏失（5-20m3/h）：注入水泥-鋸末漿液（灰砂比1:1），靜止候凝24h嚴(yán)重漏失（＞20m3/h）：采用橋塞+水泥漿雙級(jí)封堵，橋塞位置選擇漏失層以上5m3.3.2高壓含水層控制提前儲(chǔ)備加重鉆井液（密度1.6g/cm3），儲(chǔ)備量≥井筒容積1.5倍實(shí)施"分級(jí)降壓"措施：每穿越1個(gè)含水層段，循環(huán)調(diào)整鉆井液密度至平衡地層壓力安裝雙閘板防噴器（工作壓力35MPa），配備遠(yuǎn)程控制臺(tái)，定期進(jìn)行關(guān)閉試驗(yàn)四、多維聯(lián)合支護(hù)技術(shù)4.1井壁支護(hù)體系4.1.1主動(dòng)支護(hù)錨桿布置：Φ20mm×2500mm中空錨桿，間排距800×800mm，梅花形布置注漿參數(shù)：水泥漿水灰比1:1，注漿壓力2.5-3.0MPa，單孔注漿量≥50L網(wǎng)噴支護(hù)：Φ6mm鋼筋網(wǎng)（網(wǎng)格200×200mm），噴射混凝土厚度100mm，初凝時(shí)間≤15min4.1.2被動(dòng)支護(hù)U型鋼支架：29U型鋼，節(jié)長(zhǎng)2.5m，搭接長(zhǎng)度500mm，采用10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓連接支架間距：松散層段500mm，基巖段800mm，支架與圍巖間隙采用混凝土預(yù)制塊充填錨索加固：Φ17.8mm鋼絞線錨索，長(zhǎng)度6.5m，預(yù)緊力≥150kN，每2架支架設(shè)置1組4.2壁后注漿4.2.1注漿設(shè)計(jì)材料：超細(xì)水泥（粒徑≤10μm）+水玻璃雙液漿，體積比1:0.8參數(shù)：注漿壓力3-5MPa，擴(kuò)散半徑1.5m，單孔注漿量120-150L/m布孔方式：沿井周4個(gè)方向，每30m設(shè)1個(gè)注漿斷面，孔深2.5m4.2.2施工工藝鉆Φ42mm注漿孔，安裝Φ50mmPVC花管（帶止?jié){塞）采用"先稀后濃、先慢后快"注漿原則，初始水灰比1:1.5，逐步調(diào)整至1:0.8當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值且吸漿量＜5L/min時(shí)，穩(wěn)壓30min后結(jié)束24h后進(jìn)行聲波測(cè)試，巖體完整性系數(shù)≥0.85為合格五、質(zhì)量控制體系5.1關(guān)鍵工序控制鉆進(jìn)質(zhì)量：井斜每100m測(cè)量1次，超差段采用滿眼鉆具組合糾斜固井質(zhì)量：水泥漿密度每5min測(cè)定1次，返漿密度差≤0.05g/cm3支護(hù)強(qiáng)度：錨桿抗拔力試驗(yàn)每30根一組，最小值≥設(shè)計(jì)值90%洗井標(biāo)準(zhǔn)：空壓機(jī)聯(lián)合活塞洗井，直至出水量穩(wěn)定且含砂量＜0.02%5.2監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)內(nèi)容儀器類型監(jiān)測(cè)頻率控制標(biāo)準(zhǔn)井眼軌跡陀螺測(cè)斜儀每200m全角變化率＜3°/30m水泥膠結(jié)聲波變密度儀固井后24h膠結(jié)質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)段＞85%圍巖變形多點(diǎn)位移計(jì)1次/2h（前3天）日變形量＜1mm水位恢復(fù)自動(dòng)水位計(jì)抽水后連續(xù)監(jiān)測(cè)8h恢復(fù)率＞90%5.3質(zhì)量驗(yàn)收中間驗(yàn)收：每300m進(jìn)行一次，重點(diǎn)檢查井身質(zhì)量、支護(hù)參數(shù)及泥漿性能最終驗(yàn)收：包含成井質(zhì)量（井斜、孔徑、深度）、水質(zhì)分析（35項(xiàng)指標(biāo)）、出水量測(cè)試（穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)）資料提交：鉆井綜合報(bào)告、地質(zhì)柱狀圖、測(cè)井曲線圖、水泥返高圖等12類技術(shù)文件六、安全保障措施6.1重大危險(xiǎn)源管控井噴預(yù)防：配備遠(yuǎn)程點(diǎn)火裝置，儲(chǔ)備2套應(yīng)急壓井液（密度1.8g/cm3）高地溫防治：鉆井液循環(huán)系統(tǒng)加裝冷卻裝置，井溫超過60℃時(shí)啟用強(qiáng)制通風(fēng)瓦斯管理：便攜式瓦斯檢測(cè)儀（報(bào)警濃度0.5%），每2小時(shí)監(jiān)測(cè)1次6.2應(yīng)急準(zhǔn)備應(yīng)急組織：成立搶險(xiǎn)突擊隊(duì)，配備專職HSE監(jiān)督員2名物資儲(chǔ)備：應(yīng)急電源車（200kW），井控裝備備用件（閘板芯子、環(huán)形膠芯）預(yù)案演練：每月開展防噴演練，每季度進(jìn)行固井漏失應(yīng)急處置演練6.3作業(yè)安全高空作業(yè)：設(shè)置防墜器（承載能力≥15kN），平臺(tái)護(hù)欄高度≥1.2m用電安全：TN-S接零保護(hù)系統(tǒng)，漏電保護(hù)器動(dòng)作電流≤30mA受限空間：強(qiáng)制通風(fēng)（風(fēng)量≥3次/h），氣體檢測(cè)合格后方可進(jìn)入七、施工組織7.1進(jìn)度計(jì)劃前期準(zhǔn)備：15天（設(shè)備安裝、材料進(jìn)場(chǎng)、技術(shù)交底）鉆進(jìn)施工：120天（其中松散層段30天，基巖段60天，含水層段30天）支護(hù)固井：45天（分段實(shí)施，與鉆進(jìn)交叉作業(yè)）驗(yàn)收交付：15天（含洗井、抽水試驗(yàn)、資料整理）7.2勞動(dòng)組織鉆井班組：3個(gè)班組（每班6人，含司鉆1人、副司鉆2人、鉆工3人）技術(shù)班組：地質(zhì)工程師2人，泥漿工程師1人，固井工程師1人輔助班組：機(jī)電維護(hù)3人，材料管理2人，安全監(jiān)督2人7.3技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用隨鉆地質(zhì)分析系統(tǒng)：實(shí)時(shí)識(shí)別巖性變化，準(zhǔn)確率≥90%智能固井系統(tǒng)：自動(dòng)調(diào)節(jié)混漿比例，密度控制精度±0.02g/cm3BIM技術(shù)應(yīng)用：建立三維地質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)井眼軌跡可視化設(shè)計(jì)八、環(huán)境保護(hù)8.1污染防控廢水處理：鉆井廢水經(jīng)三級(jí)沉淀（加藥混凝）后回用，回用率≥85%固廢處置：巖屑固化處理（添加20%水泥），符合《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》噪聲控制：鉆機(jī)加裝隔音罩，邊界噪聲≤65dB（晝間）/55dB（夜間）8.2生態(tài)恢復(fù)施工結(jié)束后場(chǎng)地平整，恢復(fù)植被