大直径竖井钻井工程技术发展分析

付鸿雨　苏伟

摘 要：随着我国社会经济的不断发展，能源需求量日益增加，行业技术也在此过程中得到了长足的发展，与当前的行业技术相比，大直径竖井钻井工程技术水平相对比较落后。对此，对大直径竖井钻井工程技术的现状进行了分析，并展望了其未来的发展。

关键词：大直径竖井；钻井工程；钻井技术；能源

中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）14-0015-01

大直径钻井采用刀具破岩钻井，一般以泥浆作为洗井液进行循环洗井，洗井液在重力的作用下进行护壁工作，最后结构物支护岩帮并固井。随着科学技术的发展，大直径钻井工程技术振动噪声大、设备结构复杂和容易发生故障等不足越来越明显。为了适应新时代的发展需求，保证钻井工程技术水平得以不断提升，这就需要提供全新的理念，对大直径钻井技术的发展进行展望。

1 大直径竖井钻井的工作原理

大直径竖井钻井在钻进时，钻头部分重量加到刀具上，把刀具压入地层，使转盘在方钻杆的带动下，转头旋转破碎工作面，通常在井筒的直径超过4 m时，采用多次扩孔的钻进方式，以减少设备的功率和质量；钻头破碎下来的岩碴由洗井液冲到吸收口被吸入钻杆，经钻杆、水龙头和排浆管排入沉淀池进行沉淀；压缩气体是洗井液的循环动力，洗井液对钻井井帮有支护作用，在表土层中，护壁作用十分重要，常常作为选择洗井液材料的主要依据。在井筒钻至设计的直径和深度后，通常在井口联结后将地面预制好的井壁下沉到井内；然后通过壁后注浆，填充井壁与井帮之间的缝隙；最后排除井筒内的水，这样整个钻井工程就完成了。详情见图1.

2 大直径竖井钻机在我国的发展现状

2.1 钻井工程的发展

我国在20世纪50年代初期才开始研究钻井法凿井技术，大致可以分为3个发展阶段：第一个阶段，是采用石油钻机对200 m以内深度的表土进行钻凿；第二个阶段，是对煤矿专用的大直径钻井机进行开发研制，并推广使用到表土比较厚、深度在200～300 m之间的矿井中；第三个阶段，是研究兼有钻凿表土和岩石、深度在300～1 000 m的大直径井筒，钻井技术朝着大直径、大深度的方向发展，钻机能力也有了历史性的飞越。

2.2 大直径竖井钻机的发展

我国对大直径竖井钻机的研究比较晚。1966年，我国通过改造ZZS-1型石油钻机的配套设备，从而研制出我国的第一台大直径钻机。21世纪以来，采掘工程得到了快速的发展，钻井技术的发展方向主要有两个：①催生了中型钻机发展的小型浅表土井筒钻井技术；②拓展了钻井技术发展空间的深厚冲积地层井筒钻井技术。我国的钻井技术经过了将近几十年的发展，积累了丰富的实践经验，提高了设备的研制能力和钻井技术的水平，为采掘工程领域的飞速发展打下了良好的基础。

2.3 大直径竖井钻井工程技术的发展

21世纪初期，在全世界范围内，因建设新井和改建老井而增加的凿井任务有上千余个。现阶段，由于受钻机能力、地质条件等因素的限制，只有大约20%的井筒在施工中采用了钻井法，这表明了钻井法的实际应用还不够广泛。钻井工程具有确保施工安全和质量、提高施工效率、降低工程费用和重视工程总体经济效益的基本要求。

在经济和科技的发展进程中，大直径竖井钻井技术的应用范围愈加广泛，促进钻井技术的进步已成为现阶段研究钻井的主要内容。数字化、网络信息化、自动化和集成化是建立数字化钻井技术的基础，机电一体化技术由计算机网络进行自动化管理。数字化钻井技术的研究对象是钻井系统，理论基础是钻井技术、信息技术和计算机技术，研究平台是钻井设备控制技术和网络通信技术。在上述的条件下，建立并集成系统、地质、信息和计算机的模型，以实现多维的技术表达，开发融合处理多种数据的功能。此技术在研究钻井技术问题时，采用数字化方法，钻井活动经过数字化处理后，技术系统就会由计算机网络来管理。通过在钻井中的应用，数字化钻井技术可以实现合理化钻井的成套综合技术。

逐渐研究和发展的智能化钻井技术，集成了导向钻井、随钻测井等技术，组成了一个闭环钻井的系统。智能化钻井的参数测量技术，可以通过智能传感器对井下钻具的工作情况进行实时了解和掌控，实现安全、快速钻井。

3 结束语

综上所述，为了适应我国社会经济的发展和能源资源的需求，对大直径竖井钻井技术进行了改造，使其朝着高科技、数字化的方向发展。这种发展方向是现阶段行业发展的关键所在，是行业科学转型的必经之路。但是数字化的钻井技术是先进而又复杂的，需要长时间的努力和坚持，并进行充分的研究，以促进我国大直径竖井钻井技术水平的提升。

参考文献

[1]陆黄生.综合录井在钻井工程中的应用现状与发展思考[J].石油钻探技术，2011（07）.

[2]胡向志.钻井工程在地面煤层气开发中的作用[J].地质装备，2011（08）.

〔编辑：李珏〕

Abstract： With the continuous development of our society and economy， increasing energy demand， industry technology also in this process has been considerable development， compared with the current industry technology； large-diameter shaft drilling engineering technology level is relatively backward. In this regard， the status of large-diameter shafts drilling engineering techniques were analyzed， and the prospects of its future development.

Key words： large diameter shaft； drilling； drilling technology； energy

摘 要：随着我国社会经济的不断发展，能源需求量日益增加，行业技术也在此过程中得到了长足的发展，与当前的行业技术相比，大直径竖井钻井工程技术水平相对比较落后。对此，对大直径竖井钻井工程技术的现状进行了分析，并展望了其未来的发展。

关键词：大直径竖井；钻井工程；钻井技术；能源

中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）14-0015-01

大直径钻井采用刀具破岩钻井，一般以泥浆作为洗井液进行循环洗井，洗井液在重力的作用下进行护壁工作，最后结构物支护岩帮并固井。随着科学技术的发展，大直径钻井工程技术振动噪声大、设备结构复杂和容易发生故障等不足越来越明显。为了适应新时代的发展需求，保证钻井工程技术水平得以不断提升，这就需要提供全新的理念，对大直径钻井技术的发展进行展望。

1 大直径竖井钻井的工作原理

大直径竖井钻井在钻进时，钻头部分重量加到刀具上，把刀具压入地层，使转盘在方钻杆的带动下，转头旋转破碎工作面，通常在井筒的直径超过4 m时，采用多次扩孔的钻进方式，以减少设备的功率和质量；钻头破碎下来的岩碴由洗井液冲到吸收口被吸入钻杆，经钻杆、水龙头和排浆管排入沉淀池进行沉淀；压缩气体是洗井液的循环动力，洗井液对钻井井帮有支护作用，在表土层中，护壁作用十分重要，常常作为选择洗井液材料的主要依据。在井筒钻至设计的直径和深度后，通常在井口联结后将地面预制好的井壁下沉到井内；然后通过壁后注浆，填充井壁与井帮之间的缝隙；最后排除井筒内的水，这样整个钻井工程就完成了。详情见图1.

2 大直径竖井钻机在我国的发展现状

2.1 钻井工程的发展

我国在20世纪50年代初期才开始研究钻井法凿井技术，大致可以分为3个发展阶段：第一个阶段，是采用石油钻机对200 m以内深度的表土进行钻凿；第二个阶段，是对煤矿专用的大直径钻井机进行开发研制，并推广使用到表土比较厚、深度在200～300 m之间的矿井中；第三个阶段，是研究兼有钻凿表土和岩石、深度在300～1 000 m的大直径井筒，钻井技术朝着大直径、大深度的方向发展，钻机能力也有了历史性的飞越。

2.2 大直径竖井钻机的发展

我国对大直径竖井钻机的研究比较晚。1966年，我国通过改造ZZS-1型石油钻机的配套设备，从而研制出我国的第一台大直径钻机。21世纪以来，采掘工程得到了快速的发展，钻井技术的发展方向主要有两个：①催生了中型钻机发展的小型浅表土井筒钻井技术；②拓展了钻井技术发展空间的深厚冲积地层井筒钻井技术。我国的钻井技术经过了将近几十年的发展，积累了丰富的实践经验，提高了设备的研制能力和钻井技术的水平，为采掘工程领域的飞速发展打下了良好的基础。

2.3 大直径竖井钻井工程技术的发展

21世纪初期，在全世界范围内，因建设新井和改建老井而增加的凿井任务有上千余个。现阶段，由于受钻机能力、地质条件等因素的限制，只有大约20%的井筒在施工中采用了钻井法，这表明了钻井法的实际应用还不够广泛。钻井工程具有确保施工安全和质量、提高施工效率、降低工程费用和重视工程总体经济效益的基本要求。

在经济和科技的发展进程中，大直径竖井钻井技术的应用范围愈加广泛，促进钻井技术的进步已成为现阶段研究钻井的主要内容。数字化、网络信息化、自动化和集成化是建立数字化钻井技术的基础，机电一体化技术由计算机网络进行自动化管理。数字化钻井技术的研究对象是钻井系统，理论基础是钻井技术、信息技术和计算机技术，研究平台是钻井设备控制技术和网络通信技术。在上述的条件下，建立并集成系统、地质、信息和计算机的模型，以实现多维的技术表达，开发融合处理多种数据的功能。此技术在研究钻井技术问题时，采用数字化方法，钻井活动经过数字化处理后，技术系统就会由计算机网络来管理。通过在钻井中的应用，数字化钻井技术可以实现合理化钻井的成套综合技术。

逐渐研究和发展的智能化钻井技术，集成了导向钻井、随钻测井等技术，组成了一个闭环钻井的系统。智能化钻井的参数测量技术，可以通过智能传感器对井下钻具的工作情况进行实时了解和掌控，实现安全、快速钻井。

3 结束语

综上所述，为了适应我国社会经济的发展和能源资源的需求，对大直径竖井钻井技术进行了改造，使其朝着高科技、数字化的方向发展。这种发展方向是现阶段行业发展的关键所在，是行业科学转型的必经之路。但是数字化的钻井技术是先进而又复杂的，需要长时间的努力和坚持，并进行充分的研究，以促进我国大直径竖井钻井技术水平的提升。

参考文献

[1]陆黄生.综合录井在钻井工程中的应用现状与发展思考[J].石油钻探技术，2011（07）.

[2]胡向志.钻井工程在地面煤层气开发中的作用[J].地质装备，2011（08）.

〔编辑：李珏〕

Abstract： With the continuous development of our society and economy， increasing energy demand， industry technology also in this process has been considerable development， compared with the current industry technology； large-diameter shaft drilling engineering technology level is relatively backward. In this regard， the status of large-diameter shafts drilling engineering techniques were analyzed， and the prospects of its future development.

Key words： large diameter shaft； drilling； drilling technology； energy

摘 要：随着我国社会经济的不断发展，能源需求量日益增加，行业技术也在此过程中得到了长足的发展，与当前的行业技术相比，大直径竖井钻井工程技术水平相对比较落后。对此，对大直径竖井钻井工程技术的现状进行了分析，并展望了其未来的发展。

关键词：大直径竖井；钻井工程；钻井技术；能源

中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）14-0015-01

大直径钻井采用刀具破岩钻井，一般以泥浆作为洗井液进行循环洗井，洗井液在重力的作用下进行护壁工作，最后结构物支护岩帮并固井。随着科学技术的发展，大直径钻井工程技术振动噪声大、设备结构复杂和容易发生故障等不足越来越明显。为了适应新时代的发展需求，保证钻井工程技术水平得以不断提升，这就需要提供全新的理念，对大直径钻井技术的发展进行展望。

1 大直径竖井钻井的工作原理

大直径竖井钻井在钻进时，钻头部分重量加到刀具上，把刀具压入地层，使转盘在方钻杆的带动下，转头旋转破碎工作面，通常在井筒的直径超过4 m时，采用多次扩孔的钻进方式，以减少设备的功率和质量；钻头破碎下来的岩碴由洗井液冲到吸收口被吸入钻杆，经钻杆、水龙头和排浆管排入沉淀池进行沉淀；压缩气体是洗井液的循环动力，洗井液对钻井井帮有支护作用，在表土层中，护壁作用十分重要，常常作为选择洗井液材料的主要依据。在井筒钻至设计的直径和深度后，通常在井口联结后将地面预制好的井壁下沉到井内；然后通过壁后注浆，填充井壁与井帮之间的缝隙；最后排除井筒内的水，这样整个钻井工程就完成了。详情见图1.

2 大直径竖井钻机在我国的发展现状

2.1 钻井工程的发展

我国在20世纪50年代初期才开始研究钻井法凿井技术，大致可以分为3个发展阶段：第一个阶段，是采用石油钻机对200 m以内深度的表土进行钻凿；第二个阶段，是对煤矿专用的大直径钻井机进行开发研制，并推广使用到表土比较厚、深度在200～300 m之间的矿井中；第三个阶段，是研究兼有钻凿表土和岩石、深度在300～1 000 m的大直径井筒，钻井技术朝着大直径、大深度的方向发展，钻机能力也有了历史性的飞越。

2.2 大直径竖井钻机的发展

我国对大直径竖井钻机的研究比较晚。1966年，我国通过改造ZZS-1型石油钻机的配套设备，从而研制出我国的第一台大直径钻机。21世纪以来，采掘工程得到了快速的发展，钻井技术的发展方向主要有两个：①催生了中型钻机发展的小型浅表土井筒钻井技术；②拓展了钻井技术发展空间的深厚冲积地层井筒钻井技术。我国的钻井技术经过了将近几十年的发展，积累了丰富的实践经验，提高了设备的研制能力和钻井技术的水平，为采掘工程领域的飞速发展打下了良好的基础。

2.3 大直径竖井钻井工程技术的发展

21世纪初期，在全世界范围内，因建设新井和改建老井而增加的凿井任务有上千余个。现阶段，由于受钻机能力、地质条件等因素的限制，只有大约20%的井筒在施工中采用了钻井法，这表明了钻井法的实际应用还不够广泛。钻井工程具有确保施工安全和质量、提高施工效率、降低工程费用和重视工程总体经济效益的基本要求。

在经济和科技的发展进程中，大直径竖井钻井技术的应用范围愈加广泛，促进钻井技术的进步已成为现阶段研究钻井的主要内容。数字化、网络信息化、自动化和集成化是建立数字化钻井技术的基础，机电一体化技术由计算机网络进行自动化管理。数字化钻井技术的研究对象是钻井系统，理论基础是钻井技术、信息技术和计算机技术，研究平台是钻井设备控制技术和网络通信技术。在上述的条件下，建立并集成系统、地质、信息和计算机的模型，以实现多维的技术表达，开发融合处理多种数据的功能。此技术在研究钻井技术问题时，采用数字化方法，钻井活动经过数字化处理后，技术系统就会由计算机网络来管理。通过在钻井中的应用，数字化钻井技术可以实现合理化钻井的成套综合技术。

逐渐研究和发展的智能化钻井技术，集成了导向钻井、随钻测井等技术，组成了一个闭环钻井的系统。智能化钻井的参数测量技术，可以通过智能传感器对井下钻具的工作情况进行实时了解和掌控，实现安全、快速钻井。

3 结束语

综上所述，为了适应我国社会经济的发展和能源资源的需求，对大直径竖井钻井技术进行了改造，使其朝着高科技、数字化的方向发展。这种发展方向是现阶段行业发展的关键所在，是行业科学转型的必经之路。但是数字化的钻井技术是先进而又复杂的，需要长时间的努力和坚持，并进行充分的研究，以促进我国大直径竖井钻井技术水平的提升。

参考文献

[1]陆黄生.综合录井在钻井工程中的应用现状与发展思考[J].石油钻探技术，2011（07）.

[2]胡向志.钻井工程在地面煤层气开发中的作用[J].地质装备，2011（08）.

〔编辑：李珏〕

Abstract： With the continuous development of our society and economy， increasing energy demand， industry technology also in this process has been considerable development， compared with the current industry technology； large-diameter shaft drilling engineering technology level is relatively backward. In this regard， the status of large-diameter shafts drilling engineering techniques were analyzed， and the prospects of its future development.

Key words： large diameter shaft； drilling； drilling technology； energy