浅议钻井井架基础工程类型的施工应用

摘要：钻井现场基础一般采用填石灌浆、混凝土预制和方木、钢木桩基础、爆扩桩基础等。由于地质及钻井工程的要求不同，井架基础工程的应用和施工也采用不同的方法。本文简要分析了各种基础工程类型的施工应用特点，并重点论述了填石灌浆和钢木桩两种基础的施工应用。

关键词：井架基础；填石灌浆；钢木桩基础

Abstract: Based on the drilling site general rock-filled grouted, precast concrete, steel, wood and timber piles of explosive-enlarged pile foundation. Due to geological and drilling engineering requirement, derrick foundation engineering and construction also using different methods. This paper briefly analyzes the various types of construction foundation engineering application characteristics, and emphatically discusses the rock fill grouting and steel pile foundation construction application two.

Key words: derrick foundation; rock fill grouting; steel piles foundation

中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：

石油钻井是一项复杂的系统工程，是勘探和开发油气田的主要手段。其主要施工工序一般包括:定井位、道路勘测、基础施工、安装井架、安装设备、钻进、起钻、换钻头、下钻、完井测试、固井、搬家等。钻井现场基础一般采用填石灌浆、混凝土预制和方木、钢木桩基础、爆扩桩基础等。基础处理，即根据建筑物对地基的要求，采用特定的技术手段，来减少或消除地基的某些天然缺陷，改善和提高地基的物理力学性能，使地基具有足够的强度、整体性、抗渗性及稳定性，以保证工程的安全可靠和正常运行。一、钻井井架基础工程类型应用

将某种具有流动性和胶凝性的浆液，按一定的配比要求，通过钻孔用灌浆设备压入岩层的孔（裂）隙中，经过硬化胶结后，形成结石，以提高基岩的强度与整体性，改善基岩的抗渗性。通常井架填石灌浆基础是先将直径250～350 mm的石块填入坑内，然后用水泥与砂子之比为I :2或l :3的水泥砂浆灌注而成。灌浆以水泥灌浆最普遍。灌入基岩的水泥浆液，由水泥与水按一定配比制成，水泥浆液呈悬浮状态。水泥灌浆具有灌浆效果可靠，灌浆设备与工艺比较简单，材料成本低廉等优点。

混凝土基础是用清水洗干净的直径为15～30mm的石子、干净的细砂和300～500号水泥，以一定的比例混合加水，用混凝土搅拌机或铁皮压盘人工搅拌均匀倒人基础坑内，并用铁钎或振动器捣实而成。水泥:砂子:石子一般为1:2:4或1:3:5(体积比)。填石灌浆及混凝土基础具有现场制作方便、成形性好、强度大、能够承受较大的负荷等特点。钻井设备安装时使用广泛，特别是重型、超重型钻井设备的井架、动力机及钻井泵等均用这种基础。钢木方基础是用硬质木料制成的，其断面尺寸为300 mm×300 mm或400mm x400mm。木方制作简单，完井后可起出多次使用，有利于保护环境。缺点是不能承受重载荷，而且费用高，现在已很少使用。钢木桩基础用于地下有流沙、水泡子或填方过深时有塌方危险及消耗水泥过多、不宜采用混凝土基础的情况。在一些超深井钻探设备安装时，由于井很深、负荷很大、钻井周期长、地表土层很厚且较软，采用上述基础不能满足要求时可采用爆扩桩基础。

混凝土预制基础(水泥活动基础)是预先在车间(预制厂)按标准尺寸做成钢筋混凝土基墩， 安装时直接运到井场使用，完井后起出可多次重复使用。预制基础可以提高安装速度，节约材料，减少运输费用，降低钻井成本。但由于各井场地表土层强度差异较大，该基础已经预制成形，因而适应性较差。 基础完工后必须用水平仪找平。井架、柴油机和钻井泵的基础水平误差不超过±3 mm，前后误差不超过±10 mm。平面位移以中心线为准，偏差不超过±20 mm。活动基础的摆放只准挖方，不准填方。基础应高出地面50-60mm，并用土加以覆盖，防止拖拉井架和设备时损坏基础表面。下图1是三种基础工程示意图。

图1 井架基础工程图示

近几年钢木基础应用越来越多。这类设备基础是为了逐年降低钻井成本而设计的产品。具有强度高、承载能力强、互换性好、运输方便、费用低、安装方便快捷、减震力强、不干裂、不怕水、耐腐蚀、不变形、使用寿命长、易于回收储存等优点。通常其木材采用木质较红松坚硬、耐水性能强的落叶松精加工成4mX0.24mX0.17和3mX0.24mX0.17m方木后，再按铁路枕木木材防腐国家标准GB9221-88工艺进行防腐处理。其浸油深度大于10mm，横纹局部抗压强度极限大于40kg/Cm2。所有钢材均采用标准模钢。钢木基础多使用于钻井深度在1000-7000m的平原、丘陵、沙漠、高原、沙滩、沼泽等不同地区作业使用。

二、钻井井架填石灌浆基础的施工应用分析

填石灌浆基础施工中，浆液在受灌的岩层中应具有良好的可灌性，即在一定的压力下，能灌入到裂隙、空隙或孔洞中，充填密实。浆液硬化成结石后，应具有良好的防渗性能、必要的强度和粘结力。为便于施工和增大浆液的扩散范围，浆液应具有良好的流动性。浆液应具有较好的稳定性，析水率低。灌浆施工中，要确保孔深、孔向、孔位符合设计要求。力求孔径上下均一，孔壁平顺，钻进过程中产生的岩粉细屑较少[1]。孔径均一，孔壁平顺，则灌浆栓塞能够卡紧卡牢，灌浆时不致产生返浆。钻进过程中产生过多的岩粉细屑，容易堵塞孔壁的缝隙，影响灌浆质量。钻孔的方向与深度是保证帷幕灌浆质量的关键。如果钻孔方向有偏斜，钻孔深度达不到要求，则通过各钻孔所灌注的浆液，不能联成一体，将形成漏水通路。

提高岩基灌浆的质量，必须注意以下问题

（1）钻孔灌浆的次序，基岩的钻孔与灌浆应遵循分序加密的原则进行。

（2）注浆方式按照灌浆时浆液灌注和流动的特点，灌浆方式有纯压式和循环式两种。

（3）钻灌方法按照同一钻孔内的钻灌顺序，有全孔一次钻灌和全孔分段钻灌两种方法。全孔一次钻灌系将灌浆孔一次钻到全深，并沿全孔进行灌浆。这种方法施工简便，多用于孔深不超过6m，地质条件良好，基岩比较完整的情况。灌浆压力是控制灌浆质量、提高灌浆经济效益的重要因素。确定灌浆压力的原则是：在不致破坏基础和坝体的前提下，尽可能采用比较高的压力。高压灌浆可以使浆液更好地压入细小缝隙内，增大浆液扩散半径，析出多余的水分，提高灌注材料的密实度。在灌浆过程中，合理地控制灌浆压力和浆液稠度，是提高灌浆质量的重要保证。灌浆过程中灌浆压力的控制基本上有两种类型，即一次升压法和分级升压法。灌浆的结束条件，一般用两个指标来控制，一个是残余吸浆量，又称最终吸浆量，即灌到最后的限定吸浆量；另一个是闭浆时间，即在残余吸浆量不变的情况下保持设计规定压力的延续时间。要做好灌浆施工的原始记录，严格灌浆施工的工艺控制，防止违规操作；另一方面，要在一个灌浆区灌浆结束以后，进行专门性的质量检查，作出科学的灌浆质量评定。灌浆质量检查方法常用的有 （1）压水试验和浆液注入率试验进行检查 （2）钻取岩芯进行检查 （3）进行钻孔照相和孔内电视，观察孔壁的灌浆质量 （4）开挖平洞、竖井或钻设大口径钻孔，检查人员直接进去观察检查，并在其中进行抗剪强度、弹性模量等方面的试验 （5）利用地球物理勘探技术三、钻井井架钢木桩基础施工应用分析