冻结掘井法

在开凿井筒前，将井筒周围含水层用人工制冷方法，冻结成封闭的圆筒形冻结壁，以抵抗地压并隔绝地下水与井筒的联系，在冻结壁的保护下进行掘砌作业的施工方法。

定义中文名称：冻结凿井法

英文名称：freezesinkingmethod

定义：用制冷技术暂时冻结加固井筒周围不稳定地层并隔绝地下水后再进行凿井的特殊施工方法。

所属学科：煤炭科技（一级学科）；矿井建设（二级学科）；井巷掘进（三级学科）

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冻结凿井法 freezingshaft-sinkingmethod

1862年英国首先将人工制冷方法用于基础工程。1883年德国最早用人工冻结法开凿立井。英国冻结深度已达930m。1955年，中国首次在开滦林西煤矿开凿风井中应用，至1982年已开凿190多个井筒,累计冻结深度超过30000m，最大冻结深度415m。

本法施工顺序是在井筒周围钻若干冻结孔，孔内安装由供液管、回液管和底端封闭的冻结管组成的冻结器；地面冷冻站将制出的低温媒剂（一般为-20～-30℃的盐水-氯化钙溶液）循环输送到冻结器内,吸收地层的热量，使含水层形成以冻结管为中心的冻结圆柱，逐渐扩大与相邻的冻结圆柱连成封闭的冻结壁。冻结壁达设计厚度后，即可进行井筒掘砌作业，直到顺利穿过不稳定地层为止。从冻结开始到冻结壁达到设计厚度的时间，称积极冻结期。掘砌时期须部分供冷，维护冻结壁，称维护冻结期或消极冻结期。掘砌工作完成后，拆除冷冻站，拔出冻结管，充填冻结孔，冻结壁自然解冻，恢复地层初始状态。

冻结法是特殊凿井的主要方法之一，虽然需用设备较多，工期长，工作条件较差，成本较高，但安全可靠，施工技术较成熟。也可用于其他地下工程。

相关研究在深入研究挪威石油工业协会和美国石油学会最新发布的井筒完整性技术标准的基础上，结合已经取得的经验和大量的实验评价成果，重点对投产期的井筒完整性设计框架进行了研究1。

统计分析该区页岩气水平井出现的套管损坏、套管下入困难、水泥环密封性难保证等井筒完整性问题的基础上，建立了多因素耦合套管应力计算评价模型，研究了温度效应、套管弯曲、轴向压力等多因素耦合对套管损坏的影响机理；利用自主莫尔—库伦准则,分析了页岩层滑移机理及与套管剪切变形的关系；利用自主开发的下套管钩载预测及摩阻分析软件,对影响套管摩阻的主控因素进行了反演分析2。

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学