大口徑瓦斯抽排井表層技術(shù)管下管方法

王新敏

(河南省煤田地質(zhì)局豫中公司河南省能源鉆井工程技術(shù)研究中心，河南 450052)

目前國內(nèi)煤礦瓦斯排放井表層管直徑大多在800mm以上，深度多在300m以上，管子重量超過設(shè)備提升能力一倍以上，加之第四系地層在鉆井時易坍塌、掉塊、縮徑，增加了下管難度。因此，大口徑瓦斯抽排井表層技術(shù)管下管工藝是該工程施工中的關(guān)鍵技術(shù)，研究提吊法加浮力塞下管工藝也是生產(chǎn)發(fā)展的需要。以淮滬煤電丁集煤礦瓦斯排放孔鉆孔設(shè)計為例。其鉆孔設(shè)計為導向孔用φ215.9mm鉆頭鉆進至580m(下留20米沉淀空余)，經(jīng)測斜井身質(zhì)量符合《施工組織設(shè)計》要求后，二次擴孔成孔φ1080mm，孔深560m，達到設(shè)計下管要求下入表層技術(shù)管。

1 管材選擇與連接

根據(jù)《施工組織設(shè)計》要求，護壁管采用螺旋鋼管，管材由河北省滄州市螺旋管有限公司生產(chǎn)。每根管長12m，560m共需47根，實際購買48根 (1根備用)。

管材執(zhí)行標準:SY/T5037;規(guī)格:φ830×12mm;抗拉強度:510MPa;

屈服點:350MPa;焊接抗拉強度:515MPa。

(1)井管重量

φ830mm×12mm護壁管重240.4kg/m;

則G=240.4kg/m×560m=134624kg(加強筋及補塊忽略不計)

(2)管材的規(guī)格和材質(zhì)

護壁管規(guī)格為φ830×12mm，雙面螺旋管，材質(zhì)為Q345B。

(3)管子安裝連接

井管采用直接對接，利用自制的管口對接扶正環(huán)，保證管口合縫、同心。φ830mm井管接縫，二人對接焊，焊條采用J507。按照下管作業(yè)流程，逐根檢查對接，下部接縫焊牢，上部進管焊縫突出，確保焊縫密實、牢固，外加焊加強筋，執(zhí)行技術(shù)設(shè)計。加強筋數(shù)量為250m以下每道焊縫5塊，250m以上每道焊縫6塊。

2 提吊方法下管

2.1 下管前準備工作

檢查管內(nèi)、外徑、彎曲度、管口水平度。盡量用壁厚、圓度、管口、平面尺寸一致的井管，作為對接井管。

2.2 水泥浮力塞的制作及放置位置

浮力塞有兩種:一是鋼板浮力塞，它抗壓安全系數(shù)高，缺點是固井前要將鋼板打穿并打撈上來，中間的打撈工作存在不安全因素。另一種是水泥浮力塞，他的優(yōu)點是固井前易鉆穿且不用打撈，下鉆頭破掉即可，不存在安全方面的隱患。但是浮力塞在這么大的鉆孔中它的抗壓、抗剪切等安全系數(shù)又有多大?沒有可利用的成功經(jīng)驗。綜合相關(guān)資料，通過科學的計算，結(jié)合套管重量、鉆機提升能力、浮力時套管空余的長度、安全系數(shù)等綜合在一起，決定采用水泥浮力塞。

選取5m長的φ830mm套管內(nèi)壁用鋼絲刷清理干凈，在4m長的范圍內(nèi)加焊φ6mm的鋼筋圈5道(還要考慮到下部鉆進的口徑為φ780mm，必須通過鉆頭)，以增加水泥塞的剪切力和摩擦力。水泥漿密度1.75，通過計算需要42.5號干水泥4t。然后豎起套管，將攪拌好的水泥漿注入套管內(nèi)后侯凝，上面加清水養(yǎng)護七天后使用。

水泥浮板使用位置:在下管中浮板放置的位置相當重要。水泥浮板的放置位置的原則是，在設(shè)備能力達到80%時將浮板安上，開始使用浮力。在下放中間可根據(jù)拉力表的顯示及計算，及時向套管中灌注和孔內(nèi)同性能參數(shù)的泥漿。減少套管的空管段，減少套管的井內(nèi)壓差，保證套管的安全。下管過程中要盡可能的利用機械設(shè)備的提升能力及負載能力，但要留10%～20%的安全空間，以防意外。

2.3 下管提吊方法

本孔護壁管采用割孔穿杠鋼繩牽引提吊的下管方法，即離管口0.4m處對稱切割φ150mm圓孔。穿杠，用鋼繩連接游車大鉤，起吊井管。井管對接后抽出穿杠，將切下的圓板填入孔內(nèi)，焊牢，然后在孔外補焊方板。

2.4 下管前泥漿選用與凈化

施工瓦斯抽排孔，無論是沖積層還是基巖，都是全斷面鉆進，有大量的砂粒、巖粉排出，因此，選擇好泥漿類型，調(diào)整好其性能，方可保證鉆進及成井安全。鉆進選用聚丙烯酰胺低固相鉆井液。選用的材料主要有:水解聚丙烯酰胺、CMC、鈉土粉、純堿、廣譜護壁劑等。配制泥漿之前，膨潤土要進行預水化浸泡處理，并充分攪拌。每班設(shè)一名泥漿管理員，隨時監(jiān)測調(diào)整泥漿性能，檢修、維護泥漿凈化裝置，保證其正常運轉(zhuǎn)，保證沖洗液各項性能指標符合要求。下管前根據(jù)泥漿總量加入20%的淀粉處理劑，重點降低泥漿失水量，減少孔壁泥漿結(jié)皮，指標達到:粘度25～35S;pH值8～10;比重1.10～1.25;失水20L/30min;含砂＜5%。

2.5 下管作業(yè)

護壁管的下管工作力求快速，因為本孔新地層段有高膨脹粘土層，孔徑φ1080mm孔壁護壁困難，防止鉆孔縮徑，施工中除正確使用泥漿外，下管時盡量縮短時間，及時回灌原漿保證管內(nèi)外壓力平衡。

3 固管

3.1 固管設(shè)備

固井泵 NB8－600型1臺，最高工作壓力12MPa，最大排量:1850L/min。

15m3攪拌機1臺，TBW－850/50型泥漿泵2臺，水泥漿混合器1套，40～70噸灰罐車四輛。

3.2 固管方法

本孔兩路井管均用孔底灌注水泥漿從孔壁與管壁之間的環(huán)狀間隙返出井口的固管方法。

3.3 固管水泥量計算

水泥量:W1100mm=240T;水灰比采用0.6，水泥漿比重為1.75。

3.4 固管準備工作

建造15m3圓形攪拌池，安裝攪拌機。安裝和維護固井泵，安裝水泥漿混合器，確保清水足量。使用散裝水泥，下灰安全可靠。

3.5 孔底注漿

下管作業(yè)結(jié)束，立即下鉆具到距孔底10米，套管管口用鋼板封閉。開泵沖孔，檢查鋼板封閉效果，有無漏水現(xiàn)象，稀漿循環(huán)120分鐘替出孔內(nèi)稠漿。泵水泥漿固管，待水泥漿從孔底經(jīng)環(huán)狀間隙返出井口后停泵。

3.6 固管后工作

泵漿結(jié)束后，將管口固定在護筒中心，保持管口、天輪、轉(zhuǎn)盤中心在同一軸線上。水泥養(yǎng)護72小時。

4結(jié)論

通過對丁集煤礦、潞安常村煤礦瓦斯抽排孔施工，得出如下結(jié)論:

(1)使用提吊法下管安全的完成大直徑工程井施工的同時，保證質(zhì)量符合要求;

(2)在井管直徑大、大鉤載荷有限的情況下，采用穿杠提吊井管配合浮力塞方法，成功將重134.624噸的表層技術(shù)管下入井內(nèi);方法實用安全。

(3)固管采用井口密閉灌注優(yōu)質(zhì)快捷，減少了事故確保安全高效。

［1］張祖培.殷琨.蔣榮慶.孫友宏.巖土鉆掘工程新技術(shù).地質(zhì)出版社.2003.

［2］孫茂遠.中國煤層氣產(chǎn)業(yè)政策研究.煤炭工業(yè)出版社.2002.