[发明专利]一种深大直径钻井法凿井井壁结构及抗失稳悬浮下沉方法

说明书

本发明公开了一种深大直径钻井法凿井井壁结构，包括若干预制的井壁节以及预制的井壁底；倒数第二节井壁节和计划悬浮到井底临界配重水高度位置处的井壁节上设置有若干滚动让压支撑装置；所述滚动让压支撑装置包括设置在对应井壁节上的支撑腿和转动装配在所述支撑腿上的滚轮，所有所述滚动让压支撑装置滚轮最外端最一个外接圆上，该外接圆的圆心在所述井壁节的轴线上；本发明还提出了一种使用上述深大直径钻井法凿井井壁结构的抗失稳悬浮下沉方法；本发明通过在井壁结构的特定位置设置滚筒让压支撑结构，减小了悬浮井壁的无支长度，降低了井壁结构悬浮下沉整个过程中轴向失稳风险，且易于悬浮井壁的纠偏。

技术领域

本发明涉及钻井法凿井技术领域。具体地说是深大直径钻井法凿井井壁结构及抗失稳悬浮下沉方法。

背景技术

钻井法凿井，是一种高度机械化、钻井过程无人化的井筒特殊施工方法。在机械破岩钻井达到设计直径和深度后，地面预制的井壁底、井壁节依此连接，悬浮下沉到井底后，进行壁后充填固井，形成井筒的永久支护。

目前我国西部弱胶结岩石地井筒建设开始采用钻井法凿井技术，且钻井深度≥800m、钻井直径≥12m，将分别大幅度的超过深厚冲积地层钻井深度660m和钻井直径10.8m的现有施工纪录。但是随着井深增加、钻井直径增加，悬浮下沉井壁的整体竖向失稳风险增加，悬浮井壁纠偏难度大，包括：其一，悬浮井壁紧贴井帮，增加了悬浮井壁与井帮之间的摩擦力，难以继续悬浮下沉；其二，悬浮井壁倾斜，井筒有效使用断面减小，倾斜严重时不仅造成难以悬浮下沉，整体井壁结构受力改变，更易导致井壁开裂透水突泥，井筒破坏导致钻井工程失败。因此需在井壁结构设计和施工工艺上进行创新，防止因结构失稳而影响井筒的使用，甚至造成钻井法凿井失败。

中国专利CN102392647B公开了一种超深钻井井筒中间支撑装置，采用在预制井壁内预埋液压缸，通过调整液压缸活塞杆伸出量的不同，达到钻井井底中心和井筒中心轴线重合的目的，保证了井筒的垂直度；但是井筒倾斜时需要井筒内悬吊人工操作风险高，此外易造成井壁内产生应力集中，对井壁长期稳定性产生影响。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种深大直径钻井法凿井井壁结构及抗失稳悬浮下沉方法，目的是解决深大直径钻井法凿井悬浮井壁下沉轴向稳定难控制、纠偏难度大、缺乏抗失稳井壁结构设计等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种深大直径钻井法凿井井壁结构，包括若干预制的井壁节以及预制的井壁底，所述井壁节依次连接，所述井壁底连接在最下端的井壁节上；倒数第二节井壁节和计划悬浮到井底临界配重水高度位置处的井壁节上设置有若干滚动让压支撑装置；所述滚动让压支撑装置包括设置在对应井壁节上的支撑腿和转动装配在所述支撑腿上的滚轮，所有所述滚动让压支撑装置滚轮最外端最一个外接圆上，该外接圆的圆心在所述井壁节的轴线上。

进一步的，假定竖直段井壁节总数为l，配重水面以下的竖直段井壁节数为t，配重水面以上的井壁节数为l-t，所述临界配重水高度H₀的计算方法如下：

其中，H₀表示配重水临界高度，单位为m；

γ_n表示泥浆密度，单位为kN/m³；

l表示竖直井壁节的总数；

H_i表示第i段竖直段井壁节的高度，单位为m；

S_ni表示第i段竖直井壁节排浆面积，单位为m²；

V_Dn表示井壁底排浆体积，单位为m³；

Q_i表示第i段竖直段井壁节的重量，单位为kN；