一种适用于饱水厚层粉细砂层的成井工艺改进方法技术

本发明专利技术属于特殊地层钻井、钻桩施工工艺技术领域，尤其是涉及一种适用于饱水厚层粉细砂层的成井工艺改进方法，该方法包括钻井方式、循环钻的钻头结构以及化学护壁泥浆的改进；钻井方式改进包括采用正循环和反循环结合作业，即在钻进上层地质时采用正循环钻机作业；当钻机的循环钻头进入到粉细砂层时，改用反循环钻机进行作业；循环钻的钻头结构改进是在钻头顶部的固定环上端连接一个与钻头外径一致的护壁钢管；化学护壁泥浆包括玉米淀粉、纤维素、纯碱、聚丙烯酰胺以及适量水。三种方式共同作用实现了特殊地质条件下井壁护壁良好、稳固不塌方，护壁浆液超时效后水溶，即保障正常成孔护壁又不影响降水井的透水性的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于饱水厚层粉细砂层的成井工艺改进方法
本专利技术属于特殊地层钻井、钻桩施工工艺
，尤其是涉及一种适用于饱水厚层粉细砂层的成井工艺改进方法。
技术介绍
在建筑基坑施工过程中，经常遇到地下水丰富的情况，如遇到地下水位高于开挖底面，地下水会不断渗入基坑内，为保证基坑能在干燥条件下施工,防止边坡失稳、基础流砂、坑底隆起、坑底管涌和地基承载力下降等情况的产生，需进行钻井降水，让地下水涌入降水井中，从而可以降低地下水位，以此保证基坑可以顺利施工，因此降水井的透水性非常重要。现有的成井技术是采用正循环或者反循环工艺，但是对于含水较多且含有钙质结核体和粉细砂的非均质饱水厚层粉细砂层中，现有成井手段往往容易导致钻杆断裂、护壁效果差、易坍塌等缺陷，同时，在现有的单一的循环钻井方式难以快速成井。这是由于，钙质结核体是碳酸钙组成的结核状自生沉积物，具有质地粘重，结构性差，垂直裂隙发育较多但孔隙小，胀缩性大，土壤蓄水能力和保水能力差，又易干裂跑墒等特点；而对于粉细砂层，因粉细砂层颗粒较细，极容易出现流砂、塌孔、埋钻等情况。此外，现有成井工艺在厚层饱和砂层中，采用膨润土和纯碱组成的粘土护壁，以确保不埋钻头、不塌孔，完成钻进深度。其中膨润土加水后能膨胀成糊状，因此粘土浆成分中的粘粒含量非常高，会把透水的水线堵死，这样会严重影响降水井的透水性，无法保证基坑开挖、无水施工。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供了一种适用于饱水厚层粉细砂层的成井工艺改进方法。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种适用于饱水厚层粉细砂层的成井工艺改进方法，该方法包括钻井方式、循环钻的钻头结构以及化学护壁泥浆的改进；钻井方式改进包括采用正循环钻机和反循环钻机两种作业，即在钻进上层地质采用正循环钻机作业以增强孔内上部的稳壁性；当钻机的循环钻头进入到粉细砂层时，改用反循环钻机进行作业；循环钻的钻头结构改进是在钻头顶部连接一个与钻头外径一致的护壁钢管，护壁钢管与钻杆同轴设置且二者之间存在一定间距的泥浆通道；护壁钢管的上下两端均不封闭以便于泥浆流通；钻头高速旋转时产生离心力将泥浆甩到井壁上，护壁钢管的外壁在随钻头高速旋转时与井壁上的泥浆接触并将泥浆压实抹匀；化学护壁泥浆包括玉米淀粉、纤维素、纯碱、聚丙烯酰胺以及适量水。进一步的，所述化学护壁泥浆中的玉米淀粉为200-300质量份、纤维素为2-10质量份、纯碱为5-16质量份、聚丙烯酰胺为6-20质量份。利用该配方的玉米淀粉、纤维素以及聚丙烯酰胺代替膨润土，不仅能保证护壁效果，而且该配方具有一定时效的水溶性，护壁泥浆超时效后水溶，即保障正常钻进又不影响降水井透水性，且成孔后，下置水泥管洗井只需要10-15分钟就可完成，既保证了钻井顺利、护壁稳定、又不堵塞地下水线的畅通，确保降水井的透水性满足或者超过设计标准。进一步的，所述护壁泥浆的性能如下：粘度大于25-30，PH值为8-10，比重为1.09-1.15。进一步的，井口一侧设有化学泥浆池，化学泥浆池内放置有泥浆泵；当正循环钻机作业时，护壁泥浆是由泥浆泵从化学泥浆池里通过正循环进水管抽到钻杆里，通过钻杆不断的输送到钻井里，然后从钻井井口自然的排出来，同时把钻渣通过与井口连通的正循环回水管带回到化学泥浆池内重新利用。正循环作业，泥浆的护壁效果好，可以为后续施工打下较好的基础。进一步的，当反循环钻机作业时，用反循环进水管从化学泥浆池向钻井里输送护壁泥浆，再用泥浆泵将泥浆从钻杆内通过过反循环回水管抽到化学泥浆池。反循环的循环能力和排渣能力都比较强，不仅能够够快速钻进，而且排渣比较干净,利于清洗孔底沉渣。本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术通过三个方面对适用于饱水厚层粉细砂层的成井工艺进行改进，即正循环和反循环结合钻孔、钻头外设置护壁用的护壁钢管以及配制新的化学护壁泥浆，三种改进既有各自的积极效果，又相辅相成，共同作用实现了特殊地质条件下井壁护壁良好、稳固不塌方，护壁浆液超时效后水溶，即保障正常钻进又不影响降水井的透水性的效果。解决了传统的成井工艺在该特殊地质条件下护壁困难、成孔困难、易埋钻头、一旦粘土护壁用量过大严重影响降水井透水性等技术难题。此外，本专利技术极大的减少了劳动用工量，节约资金且经济性好，具有很强的实用性；尤其适用于在纯砂层钻井、地下水丰富地区、地下水为承压水地区的降水井快速成井；在钻井过程中无扬尘，绿色环保。附图说明：图1是本专利技术中正循环钻井的示意图；图2是本专利技术中反循环钻井的示意图。其中：1、化学泥浆池；2、泥浆泵；3、钻井；4、钻杆；5、正循环进水管；6、正循环回水管；7、反循环回水管；8、反循环回水管；9、钻头；10、护壁钢管；11、泥浆通道。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图；对本专利技术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专利技术一部分实施例；而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例；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；都属于本专利技术保护的范围。如图1、图2所示，本专利技术公开了一种适用于饱水厚层粉细砂层的成井工艺改进方法，对该种特殊底层的成井工艺进行了钻井方式、循环钻的钻头结构以及重新配置化学护壁泥浆三个方面的改进，解决了传统钻井技术在富含钙质结核体粉细砂层上护壁困难、成孔困难、易埋钻头、一旦粘土护壁用量过大则严重影响降水井透水性等技术难题。具体的，目前常见的循环钻钻井方式均为正循环或者反循环中的一种；公知的，正反循环是指泥浆在钻井机中的循环方式说的，钻井机钻头在钻进的时候会产生渣土，渣石等，通过正反循环可以由泥浆将这些钻渣带到地面，再经过沉淀池沉淀以后泥浆再回到钻孔。这样不停的循环，最后成孔。泥浆或水从钻杆进入、从井口流出为正循环钻井；泥浆从钻杆吸出、从井口流入为反循环钻井。但是对于上层为饱水厚层的粉细砂层地质来说，采用上述任一种钻井方式都不能同时解决塌孔和井底排渣的问题；因此本专利技术采用正循环钻机和反循环钻机两种设备，在钻进上层饱水厚层粉细砂层地质时采用正循环进尺以确保护壁泥浆的重力压差能够稳定沙颗粒而不出现塌孔现象。如图1所示，钻井3的井口一侧设有化学泥浆池1，化学泥浆池1内放置有泥浆泵2，护壁泥浆是由泥浆泵2从化学泥浆池1里通过正循环进水管5抽到钻杆4里，再通过钻杆4不断的输送到钻井3里，然后从井口自然的排出来，同时把钻渣通过与井口连通的正循环回水管6带回到化学泥浆池1内重新利用；正循环进尺较慢，但是泥浆的护壁效果好，可以为后续施工打下好的施工基础。如图2所示，当循环钻头9钻到粉细砂层时，改用进尺较快的反循环钻机进行作业，用反循环进水管7从化学泥浆池1向钻井3里输送护壁泥浆，再用泥浆泵2将泥浆从钻杆4内通过过反循环回水管8抽到化学泥浆池1；反循环的循环能力和排渣能力都比较强，不仅能够够快速钻进，而且排渣比较干净,利于清洗孔底沉渣。此外，本专利技术对循环钻的钻头结构进行了改进；具体的，是在传统三翼刮刀钻头9顶部连接一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于饱水厚层粉细砂层的成井工艺改进方法，其特征在于：该方法包括钻井方式、循环钻的钻头结构以及化学护壁泥浆的改进；/n钻井方式改进包括采用正循环钻机和反循环钻机两种设备进行作业，即在钻进上层地质时采用正循环钻机作业；当钻机的循环钻头进入到粉细砂层时，改用反循环钻机进行作业；饱水厚层粉细砂层；/n循环钻的钻头结构改进是在钻头顶部连接一个与钻头外径一致的护壁钢管，护壁钢管与钻杆同轴设置且二者之间存在一定间距的泥浆通道；护壁钢管的上下两端均不封闭以便于泥浆流通；钻头高速旋转时产生离心力将泥浆甩到井壁上，护壁钢管随钻头高速旋转时与井壁上的泥浆接触并将泥浆压实抹匀；/n化学护壁泥浆包括玉米淀粉、纤维素、纯碱、聚丙烯酰胺以及适量水。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于饱水厚层粉细砂层的成井工艺改进方法，其特征在于：该方法包括钻井方式、循环钻的钻头结构以及化学护壁泥浆的改进；
钻井方式改进包括采用正循环钻机和反循环钻机两种设备进行作业，即在钻进上层地质时采用正循环钻机作业；当钻机的循环钻头进入到粉细砂层时，改用反循环钻机进行作业；饱水厚层粉细砂层；
循环钻的钻头结构改进是在钻头顶部连接一个与钻头外径一致的护壁钢管，护壁钢管与钻杆同轴设置且二者之间存在一定间距的泥浆通道；护壁钢管的上下两端均不封闭以便于泥浆流通；钻头高速旋转时产生离心力将泥浆甩到井壁上，护壁钢管随钻头高速旋转时与井壁上的泥浆接触并将泥浆压实抹匀；
化学护壁泥浆包括玉米淀粉、纤维素、纯碱、聚丙烯酰胺以及适量水。


2.如权利要求1所述的适用于饱水厚层粉细砂层的成井工艺改进方法，其特征在于：所述化学护壁泥浆中的玉米淀粉为200-300质量份、纤维素为2-10质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永刚，田宝山，李成春，唐武，黄匡曦，路涛，聂金龙，
申请(专利权)人：中国电建市政建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12