礦區(qū)水文長觀孔固井施工工藝研究

徐向東

（陜西省煤層氣開發(fā)利用有限公司韓城分公司，陜西 韓城 715400）

長期水文觀測孔永久性固井止水是衡量水文地質(zhì)勘探工作質(zhì)量重要指標之一。固井質(zhì)量的好壞直接影響水文地質(zhì)資料的準確性。尤其是煤田水文孔固井質(zhì)量的好壞，直接關系煤礦的安全生產(chǎn)。用一般常規(guī)止水方法很難保證永久止水質(zhì)量。我們采用孔底水泥注漿閥塞管內(nèi)鉆桿注水泥固井工藝，取得了較好的效果。

1 其優(yōu)點

固井時間短：水泥漿直接從鉆桿內(nèi)經(jīng)孔底壓入管外環(huán)狀間隙。替漿時只需將鉆桿內(nèi)水泥漿替出。替漿量少，速度快，套管內(nèi)無需任何壓力，現(xiàn)場不需要添加設備，操作簡便，時間短。注漿結束后逆止閥阻止水泥漿回流,以保持水泥漿不上移,注漿結束即可隨時將鉆具提出孔外,防止注漿鉆桿被水泥凝固,發(fā)生固井事故。同時可保證套管外水泥漿面高度，確保了固管質(zhì)量。下套管過程中,逆止閥塞可阻止孔內(nèi)泥漿進入套管內(nèi),使套管內(nèi)部形成一定的空間,以增加浮力達到減輕套管柱重量，起到浮力塞效果。

2 注漿閥塞工藝結構

在水文鉆孔施工中,一般井底逆止閥需定制,價格也較高。故在現(xiàn)場施工中,常常采用自制井底注漿逆止閥塞,在保證其質(zhì)量和滿足施工的需要的前提下。既節(jié)省費用又不耽誤固井時機。

2.1 注漿逆止閥

現(xiàn)以Ф73mm注漿逆止閥為例,介紹其結構:①選擇Ф73mm地質(zhì)管一節(jié),長度250mm。②選擇膠木球直徑為:Ф45mm。③選擇彈簧直徑為:外徑Ф44mm、內(nèi)徑Ф36mm,長度100mm。結構圖如圖1：

圖1 注漿逆止閥結構示意圖

2.2 注漿閥塞制作

（1）用一根長1.8m的Ф50mm鉆桿與注漿逆止閥連接，鉆桿外留接頭為反絲扣。在鉆桿體上用Ф6mm鋼筋均勻焊接3組支架，每組6個，支架鋼筋長度以套管內(nèi)徑確定，支架可同時起到居中鉆桿、逆止閥和水泥箍筋作用。

（2）截取需下設的止水套管一節(jié)，長1.8m。套管內(nèi)部清理干凈，將焊好支架的逆止閥組件裝入套管內(nèi)，按注漿閥塞工藝結構圖定位，把鋼筋支架焊接到套管內(nèi)壁上。用帆布包裹好注漿逆止閥，綁扎牢固。

（3）將焊接好的注漿閥塞套管立起,管內(nèi)倒入干砂至注漿閥塞工藝結構圖水泥底部位置。

（4）選擇P.O32.5MPa普通硅酸鹽水泥、河砂、清水,按質(zhì)量比1：2.5：0.7配制好砂漿,按注漿閥塞工藝結構圖倒入套管內(nèi)、搗實,4小時內(nèi)套管內(nèi)注滿清水,防止干裂。48小時以后(時間越長越好),可以將套管放倒,將水泥逆止閥清理干凈,與原來割下來的套管對接焊好,焊上拉筋待用。

圖2 注漿閥塞工藝結構圖

3 下管、固井

下管前先進行換漿，即向孔內(nèi)送入稀泥漿，使孔內(nèi)泥漿逐漸由稠變稀，不得突變。泥漿密度小于1.1，孔內(nèi)泥漿與入孔泥漿性能接近一致，孔口撈取泥漿樣應無粉砂沉淀。

下套管時,將注漿閥塞套管安裝在套管引鞋上部,下入孔內(nèi)預定深度。

因注漿閥塞下管時起浮力塞作用，浮力過大時套管不下行，需管內(nèi)加清水克服浮力。

套管下到孔底后，下入注漿鉆桿與孔底注漿閥塞接頭對接。

固井水泥及漿液配比：正確選用固井水泥質(zhì)量關系到固井的成敗。對水泥漿的要求為粘度小、比重高，可泵性好，初凝、終凝時間和固化時間盡量快，固化后水泥的強度高。而水泥漿的凝固時間和水泥強度主要取決于水灰比和水泥質(zhì)量。水灰比越大，初凝和終凝越遲，水泥凝固強度越低。

固井材料用量，首先應根據(jù)鉆孔與井管環(huán)狀間隙、漿液配比、漿液損耗系數(shù)等準確計算漿液用量、水泥用量及用水量等。

水泥漿固井，水泥加水量簡單計算方法：

以100kg水泥為例，水泥比重為3.1

100kg水泥體積100/3.1=32L

100kg水泥配置水灰比0.5:1水泥漿體積：32+50=82L

固井環(huán)狀間隙所需水泥數(shù)量：(100×V)/82=1.22V

固井環(huán)狀間隙所需水的數(shù)量：0.5×1.22V=0.61V

由以上可知1L水泥漿需水泥1.22kg,水0.61kg

固井前要做好充分準備，確保固井工作要連續(xù)不間斷進行。整個固孔施工時間不應超過最早灌入漿液的初凝時間。

開泵注入清水，檢查泥漿泵工作狀況和管路密封、耐壓性能，進行管外循環(huán)。

確認各個系統(tǒng)均處于完好正常狀態(tài)，方可進行注水泥固井工作。

用泥漿泵將水泥將從鉆桿通過注漿逆止閥頂入孔底，漿液自孔底沿套管外環(huán)間隙上返到孔口。水泥漿上返到孔口后，即可停泵，逆止閥在彈簧的壓力下自動復位，擋住水泥漿回竄到套管內(nèi)。

按計算的整個管路及泵中容積，用相同量清水替出泵及輸漿管路中漿液，打開泵管路上卸壓閥，檢查回漿情況，以判斷逆止閥工作情況，確定逆止閥起作用時，正轉卸開井底特制反絲接手。然后漿鉆具提離井底0.8-1.0m，用清水徹底清洗管路、起鉆。

水泥凝固1天后,下鉆探水泥面、攪動使其不凝固,3天后,下鉆套掃水泥柱，打撈注漿逆止閥。

4 結語

該注漿閥塞,在鉆孔固井施工中,結構簡單,就地取材,加工迅速,成本低廉,我們在水文孔固井中成功使用，希望能為同類工程施工提供借鑒。