Alternative drilling 英语翻译.docx

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Alternativedrilling英语翻译

第三部分特殊因素

第九章其他钻井方式

9-1基础概况

在一些特殊条件情况下，钻井方法除了用旋转钻井和井下锤钻之外，可能用到其他的钻井方法：

当地的标准钻井设备及合格职员不充足；

在不搁人员调动的情况下，可以较快地钻到较浅的蓄水层；

只有非熟练的工人；

需要较小的水源补给；

9-2喷射钻井

在利用喷射方法时，利用高速水流钻孔。

该水流疏松土壤、将微小颗粒冲起并携带出井眼。

当地下水位接近地表时，该方法在沙质土壤中应用特别成功。

喷射法简单、可靠，可以使用手工工具，而非笨重的钻井设备。

在冲洗套管和自喷沉降钻井两个过程中，可以使用喷射方法。

用喷射法，我们可通过检查返回地面的液流所携带的碎屑，以此来抽样得到地层的一般特点。

一、装置

（1）转体：

转体必须能够承受钻杆的重量，及泵传送的最大压力。

图9-1是可能用在小直径射流套管顶部的接头的示意图，该接头功能可以代替转体。

（2）打桩重量：

即施加在套管上使其侵入粘土或者不太坚硬土壤的重量。

（3）喷射液：

水在射流中常用，但是可用粘土或图9-1小直径射流套管接头

商业膨润土来配备具有更大的粘度和重量的流体。

然而，密度更大的流体往往会堵塞密封井壁，防止水的渗透。

在该喷射过程中，流体从井眼流到泥浆池，岩屑在泥浆池底部沉淀。

然后喷射泵再循环这种液体。

在北极一定条件下，蒸汽被用来构建喷射井。

（4）绞车：

我们需要一个绞车搬动钻杆和套管。

我们可以使用手工操作设备，如带滑车的三脚架。

如果可能的话，你应该使用一个带动力绞车的敲击式钻机（图9-2）。

图9-2敲击式钻机

（5）泵：

一个具有在50psi英制压强单位（50to100GPMat50psi）下传递50到100GPM的软管的泵便足够了。

喷射井所需的水量取决于所钻的沉积物类型。

砂岩所需水最多；然而，高压力是没有必要的。

喷嘴压力为40psi便足够的了。

泥土和粘土层需要较少的水。

然而，它们只有在高压小切割流下才会破碎。

你可以从小喷嘴钻头得到一个200Psi的压力。

（6）钻头：

在软土中，你可以用伸缩式或者扩眼钻头来钻一个比套管稍大的井眼。

撞击式方法：

使用手动钻机及一字型钻头来钻穿坚硬岩层。

使用配备更大功率钻机的钻头钻穿不能被水射流所钻穿的更坚硬的岩层。

喷射法使用的钻头见图9-3。

图9-3钻头

二、方法

水冲套管：

水冲井眼中的套管之前，将套管的底部切成锯齿形的切削头（图9-4，第9-4页）。

通常情况下，4至6英寸长（最小值）牙齿就足够了。

使用以下步骤来完成冲洗方法：

第1步：

使用电钻或气炬在套管上标注牙齿的轮廓。

在套管上钻孔或切孔以形成锯齿间的凹槽。

第2步：

用钢锯或氧乙炔焊炬切断牙齿的周边，以满足所钻井眼的圆周。

圆形的井眼容易使牙齿清洗自身及其它物质。

牙齿向外略弯，使它们切割的井眼比套管稍大。

第3步：

在套管顶部安装一个帽，将泵排液软管与此帽图9-4切割套管

顶部的接头连接起来。

用绞车垂直挂起套管。

将切削头放在地上，最好是在一个浅的手挖的洞穴。

套管的重量的大部分应搁置在地面上。

第4步：

最大功率下开动喷射泵。

随着套管底部的地层被冲离井底，内部装满水的套管在自重下开始下沉。

绞车必须确保套管有足够张力，以保持套管垂直。

如果阻力式套管下行的运动停止，提升套管2或3英尺，然后落下。

第5步：

使用链钳或扳手旋转套管使得在底端的牙齿将切入井眼底部。

如果你水冲法下不止一个套管，在连接第二个套管、泵到第一个套管上时，保持井眼及第一个套管充满水。

这样做，维持住井壁稳定的流体压力，并防止井塌。

第6步：

当套管到达目的深度时，停泵，移走套管顶部的帽。

如果套管是留在井中，通过套管嵌入井水泥浆分散剂），直到抵达井底。

上提套管，直到滤网接触到含水层，并在高于地面约1英尺处截断套管。

如果外壳是暂时的，在将滤网下入套管之前，将其连接在钻柱上。

当滤网落在井眼底部时，上提整个套管出井眼。

你可以重复使用该套管。

图9-5井点

（2）自喷射：

图9-5显示了在自喷射所需的井点类型。

连续割缝有井水泥浆分散剂，它由螺旋缠绕在纵向杆骨架上的窄金属条带构成。

黄铜夹套由织成的金属丝网构成，该金属丝网被穿孔管包裹，且上覆穿孔黄铜薄板。

喷射头内包含一个弹簧加载的圆盘或球型阀（喷射操作过程中，当水流进入喷射头时会打开）。

当喷射结束或者完井及抽水开始时，球形阀会自行关闭。

自喷方法的步骤如下：

第1步：

连接井点到立管或者钻杆底端。

将转体连接在钻柱的另一端以提升或井管的底部。

将泵的排液软管连接在水龙头上，并挖一个浅洞。

第2步：

在井点垂直的站立在井眼中时，竖直井点组件。

开泵和部分打开排出阀。

水射流将取代井点中的自闭阀，通过头部的开口流出。

井点下部的土壤被冲刷掉，井点因而可以下沉到土层中。

上提下放井点组件可以加速钻穿速度。

第3步：

随着喷射的继续，通过打开泵的排出阀增加水流量。

对于大多数砂岩，井点喷嘴产生40psi的压力将会容易地破碎岩石。

您可能需要100至150psi的压力来破碎砾石或粘土。

如果没有正规的喷射泵，两个标准的离心泵串联起来工作将会取得令人满意。

第4步：

在井点下沉到目的深度后，从立管顶部移走水管，把套管连接到泵的吸入端。

第5步：

以适当的速度开动泵，通过迅速打开和关闭排出阀来钻井。

重复此操作，直到你从井点滤网清理出所有的细小颗粒。

（3）下套管和完井：

喷射液可以有效地防止已钻井眼的倒塌。

只有当喷射抵达最大深度时，将套管嵌入到单管中。

如果之前你这样做，套管会像喷射进行那样迅速下沉。

如果你遇到太大的阻力，你可能会迫使套管下沉。

至于200至300英尺的深度，你可以使用一个直径为4英寸的套管。

如果你钻一口更深的井，在第一个立柱中下放一个更小的立柱（直径3英寸的套管）。

至于喷射井的完井，把水龙带一端与套管相连。

另一端与泵的入口相连。

如果泵工作良好并适宜地放置了井管滤网，井将立即产水。

当你第一次开泵抽水，大量的细沙将被卷入到滤网并随水一起排出。

因为这一效应，当水流水平地对准套管四周的环形空间时可以将粗砂及砂砾冲洗到井眼中，并紧紧包裹住滤网及套管周围的砂层和砂砾。

这样便可以进行连续抽水。

9-3凿锥井

通过驱动安置在与套管段底端紧紧相连的凿锥来建井（图9-6）。

图9-6凿锥井

凿锥由底部带金属尖（用以破碎砾石、硬土层）的穿孔管构成。

使用5-6英尺长的套管段代替钻柱及完井用的套管。

锥井的直径一般为1/4至2英寸。

这些井所需的小管径套管既轻便又易于安装。

你还可以建造直径为4英寸的锥井，而这些井所需套管是更重，更难以打桩。

但是，您可以通过在套管中安装深井泵来钻到25英尺或更深。

如果你使用一个普通的大水罐或离心泵，所钻水位不宜超过25英尺深。

一、设备

（1）凿锥：

连续割缝凿锥（图9-7，第9-8页）

图9-7连续割缝凿锥

有一个带横向开孔的滤网，以及单件焊接、内无穿孔管抑制受水区的结构。

管道可以承受大力打桩，却不可以在打桩的同时扭转。

黄铜外套类型凿锥由一个被金丝网包裹、穿孔的黄铜片覆盖的穿孔管组成。

由于管体强度要足够，限制了孔的数量和尺寸，制约有效的受水区面积。

黄铜管类型的凿锥，由可以在耐磨穿孔铁质套管上滑动的黄铜管构成。

该管的受水区面积与黄铜外套类型相同。

所有凿锥拥有钢点铁质尖底和管柄顶部。

黄铜外套型有加宽的台肩以便将砾石或岩石推到一边并减少划破或穿刺的外套的危险。

（2）打入管：

标准打入管长6-8英寸，尺寸如表9-1所示（第9-8页）。

管两端应与接箍配合，能形成对接接头（图9-8，第9-9页）。

打入管螺纹与标准管螺纹不能互换。

表9-1标准打入管大小

尺寸

，英寸

重量

，磅/英尺

外径，英寸

接头，英寸

每英寸

螺旋数

，英尺

外径

内径

长度

外径

6

19.45

6.625

6.065

51/8

7.482

8

3/16

8

25.55

8.625

8.071

61/8

9.596

8

3/16

图9-8对接接头

（3）打入死卡。

套管中在钻杆的直角上有打入死卡（附图9-9）。

击打套管撞击帽或者套管顶部的接箍可以驱动死卡。

钻杆穿过套管撞击帽起到导向作用，并为击打提供所需的重量。

（4）套管撞击帽。

放置在钻柱上的套管撞击帽（图9-10）保护来自打管死卡打击力的破坏。

套管撞击帽如此安装：

通过卸下钻头的螺丝，从钻柱下滑然后再组成接头。

如果你使用套管撞击图9-9打入死卡

帽，你应确保在井工具从井眼中取出前从管箍上卸下套管撞击帽。

图9-10套管撞击帽

（5）引鞋。

在打桩时将引鞋（图9-11）始终安装在钻杆底端，以防止钻杆被压碎。

引鞋上加工有螺纹以便与钻杆或者套管配合。

台肩以下的引鞋内径与钻杆内径一样。

引鞋由高碳钢锻造而成，无焊缝，刃口经硬化处理以便承受大力打桩。

旋紧引鞋与内台肩平接，紧挨钻杆末端。

图9-11引鞋图9-12不同的钻井设备

（6）吊卡，捞砂绳，针钩（图9-12，9-10页）。

用套管吊卡来夹紧钻杆。

该装置夹住接箍以下的钻杆的四周。

你可以使用的捞砂绳与吊卡来提升一个或两个半立管长的钻杆。

对于更重的钻柱，使用吊卡及与钢丝绳上的绳帽相连的旋转大钩。

（7）套管密封环和卡瓦（图9-12）。

使用套管密封环在地面悬挂套管，以及通过安装在套管柱下面的插口来上提钻柱出井眼。

密封环由铸钢制造并安有把柄。

所有卡瓦由铸钢制造，并带有适当硬化处理锋利的牙齿。

（8）管钳（图9-12）。

使用链钳拧紧6-8英寸的打入管。

在增加顶部立管时，将钻柱置于管钳中，用一个管钳托住位置稍低的钻杆，用另一个管钳夹住该钻杆。

如果在增加顶部立管时，在井眼的摩擦力托住钻柱，用两个管钳面对面的夹住顶部立管。

这样做在钻杆上施加平稳的张力，使得操作轻松、连接处更稳固。

管接头必须拧紧，并在钻柱打桩时保持紧固；然而，同时管钳应保持足够低的压力，以避免钻杆的挤毁。

（9）管夹（图9-13）。

你可以为6-8英寸长的打入管制作木质管夹。

在钻井过程中，你可以使用管夹托住井眼中的钻杆的任何位置。

图9-13管夹

二、步骤

（1）钻孔。

一般来说，先用手摇钻钻一个孔，然后利用该孔进行钻井。

井眼直径应大于穿孔管的直径，并且井眼应该尽可能的钻到手摇钻所能到达最大深度。

在粘土层，用手摇钻是远比钻井快。

（2）管接头。

仔细连接钻杆，使管接头密闭，以防止螺纹损坏。

如果可以，使用特殊的接箍（图9-14）。

图9-14管接头

在给螺纹清洗、上油后拧紧所有的管接头。

使用复合管接头来提高密封性。

运输和储存管接头时，你应该用管帽、接箍来保护它们。

通过以下操作确保管接头张紧：

用扳手给钻杆一个转动力，直到上部管接头永久固定。

在打桩过程中不要弯曲钻柱。

（3）钻杆。

你必须保持钻杆竖直。

校核角度：

在离钻杆一手臂长度远处，拿一个悬锤从两个方向移动到正确角度。

如果钻杆在钻井早期不是竖直的，在悬垂移动的同时，通过推动钻杆来拉直它。

如果你不能拉直钻杆，撤回钻杆，在一个新位置重新开始。

使用大锤来击打井管上的管帽。

笔直的击打管帽以防井管损坏。

一种替代大锤打桩的方法是管帽上配套的打桩机。

如果井管足够坚固，条件允许的话，用带压风机的气锤或者打桩机。

如果不适用对抵接头，脆弱的井管会在接箍处破裂。

（4）套管。

如果你使用无螺纹套管，对焊套管立根。

使用一个定位钻铤进行初始

图9-15定位钻铤图9-16凿锥

点焊（图9-15，第9-12页）。

该钻铤用于定位钻杆或者套管从而获得一个直的、张紧的接箍。

用对焊套管，你可以给管柱打桩，并可能消除套管损坏。

当你完成点焊后，移走钻铤。

另一种打桩方法涉及到连接在钢丝绳上的钢质传动棒。

传动棒在钻杆内自由下落并击打凿锥的底部（图9-16，9-13页）。

这种方法是最安全的，因为它不会削弱管道。

这种落锤方法要用到打桩锤（沿着井管滑动的重锤）（图9-17，9-14页）。

这种方法的简单装置是打桩锤沿着井管所支撑的梁滑动。

这种装置与管帽一起使用。

另一种方法打桩锤沿井管下滑撞击井管四周的打管死卡。

这两种方法，你必须使用三脚架。

在软地层，沉降率可能是2或3英寸每次击打。

在砂层或致密土层，使用井管内及井管周围的水，使打桩更容易。

非常致密的土层是难以穿透，需要很多的打击才能穿透了几英寸。

图9-17打桩锤

打入井的建井成功，取决于钻井过程中对工况的密切观察和正确解释。

对细节的解释如每次打桩穿入土层深度，大锤的下落和反弹或重量，打击的声音，管的旋转阻力等有助于确定被侵入的材料的性质。

表9-2（第9-15页）给出了识别正在侵入地层的准则。

表9-2地层识别

地层类型

打桩难度

下降速度

打击声音

反弹

旋转阻力

湿软土

容易

迅速

沉闷

无

轻微但持续

坚硬土

困难

缓慢但平稳

无

经常

持续

细砂

困难

视情况而定

无

经常

轻微

粗砂

容易（特别是当饱和时）

不稳定

沉闷

无

旋转容易但伴随沙沙的声音

砾石

容易

不稳定

沉闷

无

旋转容易但伴随沙沙的声音

卵石

几乎不可能

很小或零

响亮

有时候大锤及井管都反弹

取决于井管先前刺穿的土层

三、完井

（1）直抽水方法。

你可以用瓶状喷口手摇泵来钻井。

泵安装有柱塞和回压凡尔，因此当你尽可能高的提高泵的手柄时，回压凡尔将打开。

用这种方法，在起钻取下回压凡尔前，你多泵一段时间。

起钻会使得钻柱内的水上返。

通过使用大的吸水管的同时起钻取回压凡尔，水流经滤孔将产生水击现象。

因为水击而产生的水流逆向，可以松动堵塞滤孔的细小物质，并将细沙和淤泥携带至穿孔管。

如果连续泵送严格1分钟，这些微粒可能会从井里排出。

当水流干净时，井可用。

检查泵，确保阀门及柱塞无砂。

（2）替代的完成方法。

如果你不能完全清除因泵送而导致的穿孔管处的沉淀物，尝试下列方法中的任何一种：

方法1：

将一系列相连的3/4-英寸的钻杆段入井内，并且底部停放在穿孔管内的沉积物上。

在适当位置夹紧钻杆，将手摇泵连在钻杆顶端。

操作手动泵，向井管（并非3/4-英寸的井管）内泵送水。

通过不断地泵送水流，沉积物将通过3/4-英寸的井管被举升上来。

继续降低3/4-英寸的井管到沉积物层面，直到井被清洗干净。

方法2：

将一个3/4-英寸的井管插入井中，并将井装满水。

重复此项操作：

急剧地提高、降低井管。

在井管上升过程中，将你的大拇指放在3/4-英寸井管的上方，而在井管向下运动时，挪走你的拇指。

每次下冲程，污水射流会排出来。

当土层松动并被悬浮时，你可以抽出污水。

方法3：

泵送水流到搁在沉积物上的3/4-英寸井管内，通过喷射来清除细小物质。

这个过程需要大量的水供应和电动机驱动的或者手动的抽水机。

9-4绳式方法

1、概论

绳式顿钻钻井（无游梁绳式顿钻）在井底打碎岩心。

这种方法和工具并不贵，一个人就可以操作钻井装置。

顿钻钻井钻井缓慢，并不像旋转钻井和冲击钻井那样广泛应用。

用绳式顿钻钻井可以破碎石质土或者中等坚硬的沉积岩。

这种方法并不需要大量的钻井液。

由于井眼并不是完全充满流体，当井深增大时，你必须下套管以稳定井壁。

2、设备和步骤

（1）钻机：

钻机由一个大型钢丝绳卷筒，游梁，桅杆式井架组成。

确保钢丝绳足够长，能够抵达预期的深度。

通过悬式钻头破碎井底土壤、岩石以延伸井深。

钻头随着游梁的下降而上升；游梁上升时钻头下降。

当你钻井时，松开钢丝绳保持钻头在井底。

如果井是干的，加些水直到离井底几英尺远处。

随着你提升和下放钻头，岩石被破碎并与水混合。

在钻几英尺后，用捞砂筒除泥。

（2）工具:

一套完整的钻井工具，包括冲击钻头和一套位于钻头上方的重型钻井震击器。

钻井震击器冲程是这样的：

当游梁一直下行，钻头在井底以上。

当游梁上升时，钻头下降到井底；当震击器靠近时，钻头受到撞击。

使用打桩桶和长震击器，从井底取样。

长震击器的冲程长于游梁的冲程，因此在钻头受到震击器撞击作用时，打桩桶还没有上升到脱离井底。

绳式顿钻钻井涉及许多周期。

每个周期涉及卷绳和放绳，与循环旋转钻机的一个周期相比，是一个较慢的操作。

9-5螺旋钻钻井

可以用手工或动力驱动的土螺旋钻来钻井。

钻井在以下情况下是实际可行的：

地下水可以在较浅深度获得，并且只需少量水即可。

螺旋钻所钻的井眼直径2至32英寸，深度25至50英尺。

工程师团队可以通过使用专门设备钻出小直径的井孔。

一、设备

手螺钻：

这些钻孔机由顶部带木柄，底部带弯曲刮刃钻头的轴或者井管组成。

标准的机械手摇钻有六个固定的刮刃，但是有的手摇钻也有具有适应不同直径的刮刃。

手摇钻通常有几个增长轴和接箍。

手螺钻可以破碎粘土，淤泥和那些裸眼而不发生坍塌的井中的砂岩。

电力螺旋钻:

这些钻孔器的旋转，提升，及下降均由电动装置控制。

扭转力通过铰接直角或者多边柄传递。

发给工程师团队的电力螺旋钻有约10英尺的深度的限制。

只有在地下水位接近地表的地方，你才可以使用这种螺旋钻。

二、步骤

使用螺旋钻钻井，当转动工具时，强迫刮刃进入土壤。

螺旋切削土层的速度取决于土壤硬度。

当刮刃之间的空间填满岩石时，取出螺旋钻并清空它。

重复操作，直到达到目的深度。

在钻井过程中，钻头可能会碰到阻滞继续钻进的小岩石或卵石，如果发生这种情况，提升螺旋钻出井眼；取出钻头，更换成螺旋角或冲击角。

钻具下井，并顺时针方向转动螺旋钻。

刃脊应围绕岩石扭转，这样你就可以将岩石提升到地表。

取出螺旋角，用常规钻头代替，并继续钻进。

如果碰到用螺旋角不能破碎的大卵石，放弃这口井，在别处重新开钻。

深度少于15英尺深的井，不需要螺旋钻以外的设备。

对于更深的井，用一个在顶部带滑轮的轻型三脚架或凸起的平台，这样你可以从在井眼中插入移除稍长点的螺旋杆，而不损害螺旋杆，同时所有井管段也没有松扣。

三、完井

如果钻遇松散的沙子和砾石，你或许不能钻到地下水位以下。

为了克服这个问题，降低钻杆或套管到井底，在增加井管顶部压力使井管下降的同时继续清除钻屑。

如果你不能从井眼中清除钻屑，使用捞砂筒或者抽砂泵来钻更深的井。

按以下步骤完井：

在含水层安装滤网并按照第7章所述完井。

你还可能用到凿锥（段9-3a（l），第9-6页）。

如果在粘土中发现地下水，通过排列粘土瓦管来完井。

使用喇叭型和插口型的瓦管，漏斗口向下将瓦管安置在井眼中。

在瓦管周围撒粗砂。

使用这种完井方法，你不能保证井眼清洁。

因此，只有当它是唯一可能的解决方案时才使用这种方法。