建井院庆14——钻井法凿井技术的六朵金花

发布时间:2018-05-06

 钻井法凿井技术的六朵金花

我国钻井法凿井技术在近60年的发展中，煤科总院建井所钻井组的工程技术人员，发明或研究创新了六项世界独有的或具有国际先进水平的技术与装备，确保了钻井法凿井技术的成功和发展，被人们赞誉为钻井技术的“六朵金花”。

金花一 钻井泥浆理论与实践

这是一项在大口径钻井工程领域中关键的技术创新，是确保所钻井筒安全通过深厚流砂层、粘土层的技术基础。由钻井组王曼青及张青山、王承源等于上世纪60年代末提出，于1969年钻井法凿井中间试验首获成功，已推广用于各钻井法凿井工程。

    该理论是基于地层压力平衡原理，提出在大口径钻井中，采用低固相、低比重等合理的泥浆参数，以保证井壁临时支护安全和高效钻进及降低成本。在此基础上，钻井泥浆又在清水开钻、泥浆絮凝处理以及采用表面活性剂减少泥包钻头等方面都有发展和建树。

金花二 钢筋混凝土井壁的提出与实践

这是一项在钻井法凿井工程中对永久支护结构和材料的重大创新。由钻井组徐文逵及张永成于20世纪60年代中、末期提出、试验并实施，在1969年钻井法凿井中间试验中首获成功。其后经钻井组洪伯潜及合肥设计院等多方完善，现广泛用于各类钻井法凿井的永久支护工程中。

国际上均采用钢井壁作为大口径井筒的永久支护手段。徐文逵借鉴20世纪中震动沉井法所用钢筋混凝土井壁的经验，提出了在钻井法凿井中采用地面预制钢筋混凝土井壁，由特制的半圆形井壁底形成漂浮条件，再与各节井壁逐节连接后漂浮下沉，最后壁后充填水泥浆而完成固井的一整套施工工艺。该方法适用于我国国情，具有成井质量好、节省成本、安全可靠等优点。

井壁结构试验装置加载和传压系统

金花三 钻井机提吊系统

       竖井钻井机提吊系统主要由天车、游车、气动抱钩、水龙头、六方钻杆、钻杆及接头等组成，该系统是钻井组技术人员专门为竖井钻井工艺而研制的，与国际同类产品及石油等行业钻机相比，具有构思新颖、性能完好、使用安全、操作方便，完全能满足钻井工艺需要。其中多项是具有世界领先水平的技术发明。其中，“气动抱钩”是一项具有世界领先水平的技术发明。由钻井组王伟于上世纪60年代末提出并完成研究、设计，于1972年正式投入使用。该气动抱钩采用压缩空气驱动，人工远程操作抱钩张开、闭合，承重后自动闭锁张开功能，具有功能完善、操作方便和安全可靠等优点。因其构思新颖，使用性能极佳，故上世纪七十年代末被德国维尔特公司效仿并用于其产品中。

“水龙头、钻杆及接头”是钻井组李维远于上世纪60年代中后期完成设计、加工并于1969年中间试验使用。经实用证明，水龙头采用中心进风，双侧排浆的形式，结构合理、工作可靠；钻杆接头采用内置渐开线齿形键传递扭矩、外置螺纹传递拉力的结构，其构思新颖、连接可靠、折装便捷，起、下钻具速度快，为国际首创且大大优于国外所用的法兰结构形式。

金花四 恒钻压自动进给控制系统

这是一项保证钻井法凿井能钻凿垂直井筒的关键技术装备。由钻井组王安山及张安民于20世纪60年代末提出并完成，在1969年钻井法凿井中间试验中投入使用并获成功，目前是国内竖井钻机的标准配置，比石油等行业的钻机使用该技术早20-30年。

恒钻压自动进给系统是在准确测量钻压的基础上，采用电子控制、传动技术精确控制钻进速度及钻压来保证实施减压钻进，从而保证所钻井筒的垂直度符合要求。该装置具有操作简单、安全可靠、成井质量高等特点。

金花五 具有盘形制动器的钻井绞车

这是一项大大提高钻井绞车技术性能，特别是安全性能的重大技术创新。由钻井组王维华参照盘形制动器在矿井提升机中的应用，于1970年设计、1972年投入使用并获成功。目前是国内竖井钻机的标准配置，比石油等行业钻机使用该技术早20-30年。

    钻井用绞车多年一直沿用人工操控带式制动器来控制速度和制动停车，其操控费力，难于实现精准控制，且安全性差。采用液压驱动盘形制动器并配合可调速传动则可实现钻井绞车的精准控制，并大大提高了安全性。1974年经王安山（钻井组）和俞鲁伍（上海院），首次将具有单安全回路的制动控制系统设计升级为具有双安全回路，更进一步提高了安全可靠性。

金花六 高效长寿耐磨钻井牙轮刀具

       这是一项能大大提高岩石钻进效率和降低成本的重大技术创新。由钻井组王伟、李维远在20世纪80年代提出并经试验研究，于20世纪80年代末投入应用并获巨大效益。其技术原理先用于在中硬岩石中破岩的楔齿滚刀刀具上，后经重大改进后又用于钻凿坚硬岩石的球齿滚刀上，均获成功。

图1 竖井钻机刀具破岩试验台

 在破岩刀具母体上焊接或镶嵌硬质合金，是刀具具有良好耐磨性和能高效破岩的关键。然而采用何种硬质合金、什么样的母体材料、焊条以及焊接或镶嵌工艺等都影响最后的使用效果。经多年研究和试验，钻井组成功地攻克了上述技术难关。其目前所研制刀具已达国际先进水平，所钻最硬岩石单向抗压强度可达340兆帕，是普通煤矿常见岩石的4-5倍。在同样条件下，刀具使用寿命较国内市售刀具长两倍以上。

 王安山写于 2017年10月20日

王安山，男，1940年12月出生，研究员，硕士生导师， 享受国务院政府特殊津贴。1968年研究生毕业分配至煤炭科学院北京建井研究所钻井研究室，获部级科技进步一、二等奖多项。1993年参与组建煤科总院北京高新技术开发中心，任副主任并主持工作两年。2001年退休。

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