language

首頁(yè)

大口徑鉆井在國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況

2026-03-26

摘要：大口徑鉆井（鉆井法鑿井）起源于西歐，經(jīng)多國(guó)技術(shù)迭代發(fā)展，美國(guó)、蘇聯(lián)、德國(guó)等國(guó)廣泛應(yīng)用并研發(fā)相關(guān)設(shè)備。我國(guó)自 1958 年開展試驗(yàn)，1969 年鉆成首口礦山豎井，逐步實(shí)現(xiàn)自主化，應(yīng)用拓展至國(guó)防、高層建筑、污水處理等領(lǐng)域。

西歐

大口徑鉆井，亦可稱為用鉆井法鑿井，它的試驗(yàn)研究開始西歐。

1850年德國(guó)人肯特使用沖擊鉆井設(shè)備鑿了一口直徑4.15米，深263米的井筒。初次使用木制筒形結(jié)構(gòu)來(lái)支護(hù)含水松散層未成功，后來(lái)改用比利時(shí)人索德羅發(fā)明的鑄鐵井筒支護(hù)機(jī)構(gòu)，成功地封住了含水層，當(dāng)時(shí)稱這種方法為肯特——索德羅鉆井法。1852～1900年西歐國(guó)家用此法鉆成近200多口井筒。由于這種方法鉆井時(shí)鉆桿受力復(fù)雜，如彎曲力、沖擊力等，鉆具經(jīng)常掉入井筒，故沒有得到發(fā)展。

二十世紀(jì)初，波蘭人沃爾斯克發(fā)明了水力旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井機(jī)，其鉆頭由許多小沖擊鉆頭組成，除在水力作用下不斷產(chǎn)生沖擊作用外，鉆頭還隨著鉆桿徐徐轉(zhuǎn)動(dòng)，以破碎巖石。由于當(dāng)時(shí)液壓制造技術(shù)的限制，未能得到發(fā)展。

1871年德國(guó)人郝尼格曼開始試驗(yàn)研究回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，鉆成了兩口直徑1.5米，深85米的井。這種鉆井法的特點(diǎn)是鉆具以旋轉(zhuǎn)的方式破碎巖石，一次成井或多次擴(kuò)鉆成井、減壓鉆進(jìn)，用泥漿沖洗及護(hù)壁，懸浮法下沉井管。它的成功給現(xiàn)代鉆井法打下了基礎(chǔ)，它的主要技術(shù)如壓氣反循環(huán)沖洗排渣的方法，至今還在使用。

1892年到20世紀(jì)五十年代為止，歐洲國(guó)家用郝尼格曼辦法鉆成了30余口井，直徑在2～7.65米，井深為80～512米，總累計(jì)為5300米。鉆松散表土層使用刮刀鉆頭，鉆基巖用滾刀鉆頭。

滾刀鉆頭

美國(guó)1910年從西歐引進(jìn)鉆井技術(shù)，但較大量的使用還是在五十年以后，1950年起，美國(guó)許多豎井（多為地下核試驗(yàn)井）都采用了鉆井法鉆井，同時(shí)成立了技術(shù)實(shí)驗(yàn)站，進(jìn)行大口徑鉆井法技術(shù)的試驗(yàn)研究。據(jù)不完全的統(tǒng)計(jì)，1953年—1967年間，用鉆井法鉆成直徑0.91～5米的豎井360余口。其中半數(shù)為地下核試驗(yàn)井，井徑多小于1.53米，其中約60口為煤礦通風(fēng)豎井，井徑在1.8～3.6米；另外約60口，井徑在1.37米左右，用于天然氣工業(yè)；其余90口，用于鉀礦、鹽礦、硬瀝青礦、鈾礦鉛鎂礦等工業(yè)。此外美國(guó)還將鉆井法用于橋基、石油儲(chǔ)藏等方面。美國(guó)所鉆最深的井為1708米，直徑3.05米。

地下核試驗(yàn)井

1960年后，美國(guó)鉆井的比重增加很快，1967年鉆井量35600米，為1959年鉆井量的23倍。

美國(guó)當(dāng)時(shí)使用的鉆井機(jī)，大部分是用石油鉆井或水井鉆機(jī)改裝的，很多鉆機(jī)可以自移。多采用一次成井，少數(shù)為擴(kuò)鉆成井。

擴(kuò)鉆成井

美國(guó)的礦山井，多采用井下動(dòng)力鉆井機(jī)。初期使用“齊尼”型井下取心鉆井機(jī)，井架為起重扒桿型。所鉆巖屑集中在鉆機(jī)的沉淀筒中，一個(gè)回次完成用專用提取器斷取巖心。到1967年止，美國(guó)用這種井下取心鉆井機(jī)，鉆成20口井，最大深度150米。唯這種鉆機(jī)只適合于涌水量較少的不破碎地層。后又發(fā)展一種稱為德拉夫式井下鉆井機(jī)，采用全斷面破碎巖石的鉆井方法，最大井徑為3.66米，深488米。

在較松散的地層，井徑較小，井深不超過(guò)40米時(shí)，已能用螺旋鉆頭鉆井；井徑較大時(shí)，也可以用螺旋鉆頭開井。同時(shí)，美國(guó)還研制了一種高速水射流鉆井方法，鉆直徑6.1米的井，每小時(shí)可進(jìn)尺3米。鉆頭噴咀直徑1毫米，噴射速1220米/秒，水壓力達(dá)3.5～7萬(wàn)個(gè)大氣壓，能鉆最硬的巖石。

花崗巖

蘇聯(lián)是1936年開始用鉆井法的。1940～1950年利用石油鉆機(jī)改裝的設(shè)備鉆直徑為5～6.2米井26口，總深為1840米。1950年Y3TM6.2型豎井鉆機(jī)制成后，才進(jìn)入了鉆井新時(shí)代，1964年又制成了Y3TM8.75型鉆井機(jī)，很多方面都進(jìn)行了改進(jìn)。蘇聯(lián)還先后制成了YKE型取心鉆井機(jī)，PTE型渦輪鉆井機(jī)。TM型和KEY型井下鉆機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)蘇聯(lián)先后制成了約35種以上不同形式，規(guī)格的鉆井機(jī)。在過(guò)去30多年里。蘇聯(lián)鉆約177口井，總工作量達(dá)42700米。

德國(guó)是采用鉆井法最早、最多的國(guó)家之一。1850年鉆成直徑2.8～7.3米，深80.2～422米的井13口，總工作量達(dá)2400米以上。

西德1958年前所鉆為直徑7.62米的井，但近年來(lái)直徑多為2.4米左右。在鉆井機(jī)制造上，西德有所領(lǐng)先，擁有SG—500型WB—160/40型GSB450型，L系列的2、3、4、10型，數(shù)年前還專為我國(guó)設(shè)計(jì)制造了L—40型，一次成井直徑4米，擴(kuò)鉆一次達(dá)8米。在表土鉆井時(shí)，西德設(shè)計(jì)了一種三翼鉆頭，可以解決鉆頭包泥的難題。

三翼鉆頭

荷蘭也是使用鉆井法最早的國(guó)家。早在19世紀(jì)90年代荷蘭就采用了郝尼格曼鉆法鉆成直徑4.5米，深108米煤礦豎井。1955—1960年鉆成直徑7.65米，深分別為512米和505米，完全不滲漏水，中心誤差為30毫米的兩口井。

除上述國(guó)家外，英國(guó)、法國(guó)、加拿大、匈牙利、波蘭、羅馬尼亞等20多個(gè)國(guó)家也先后采用了鉆井法，鉆成近千口大口徑鉆井。

大口徑鉆井使用于工程方面，最早在1959年為南美委內(nèi)瑞拉的馬拉開波海灣上建造的一座8720米長(zhǎng)的高速公路橋，是第一次在基礎(chǔ)處理工程中成功的使用回轉(zhuǎn)鉆井法鉆井，從此引起了世界上土木工程界的重視和推廣。

馬拉開波海灣

在日本鉆井法使用較晚，但發(fā)展很快。1962年日本從西德扎魯茲基地公司引進(jìn)PS—150型反循環(huán)鉆井機(jī)，1964年日立建筑機(jī)械公司與西德扎魯茲基地公司合作研制和發(fā)展S系列鉆井機(jī)，以后石川島播磨重工業(yè)公司，利根鉆機(jī)公司，加藤公司都相繼研制和發(fā)展基礎(chǔ)工程用反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆井機(jī)，型號(hào)多至20余種。

1972年為了適應(yīng)日本本州——四國(guó)聯(lián)絡(luò)線橋梁的海上基礎(chǔ)巖石鉆井的需要。以本四聯(lián)絡(luò)橋多柱式基礎(chǔ)為目標(biāo)的直徑3.6米的巖石鉆井機(jī)相繼研制出來(lái)，它們是石川島播磨的L—10S型三菱重工業(yè)公司的MD360型、川崎重工業(yè)公司的KSD—4型與日本新日鐵的BM—1型，這時(shí)都已在本四聯(lián)絡(luò)橋工程海底花崗巖鉆井使用了。1977年三菱重工業(yè)公司研制成MD—400型工程豎井鉆機(jī)，并已完成大鳴門大橋多柱式基礎(chǔ)直徑為4米及7米的海底工程鉆井。

大鳴門大橋

我國(guó)于1958年開始進(jìn)行鉆井法的試驗(yàn)，當(dāng)時(shí)水利，煤炭，橋梁等部門分別進(jìn)行了直徑1米和直徑3.2米的試驗(yàn)，并取得了一些經(jīng)驗(yàn)。

1966年下半年，洛陽(yáng)礦山機(jī)械研究所等單位聯(lián)合設(shè)計(jì)了我國(guó)第一臺(tái)試驗(yàn)性回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，并于1969年5月鉆成了我國(guó)第一口礦山豎井。

洛陽(yáng)礦山機(jī)械廠

隨后，出現(xiàn)了在表土層種一次成井，直徑5.2米的紅陽(yáng)鉆井機(jī)，某單位設(shè)計(jì)成功井下動(dòng)力式回轉(zhuǎn)鉆井機(jī)，以及可鉆直徑9米的SZ9/700型豎井鉆機(jī)。

豎井鉆機(jī)

在工程鉆井方面，1958年三門峽工程曾進(jìn)行直徑1米的基礎(chǔ)灌漿檢查井，1955年武漢長(zhǎng)江大橋及隨后的南京長(zhǎng)江大橋都進(jìn)行過(guò)直徑3.6米的沖擊法鉆井。在長(zhǎng)江流域上不少工程都采用了直徑為1米的基礎(chǔ)勘察取心鉆井?；春臃鹱訋X水庫(kù)于1965年進(jìn)行了直徑1米已建工程基礎(chǔ)加強(qiáng)井，葛洲壩工程進(jìn)行了直徑2米防掏樁試驗(yàn)，以及1米直徑的抗力體加固樁的鉆井。隨后重慶長(zhǎng)江大橋和九江大橋都進(jìn)行過(guò)直徑2.5米和直徑3米的河床灌注樁井。