磁西礦主井井筒預(yù)注漿技術(shù)

趙福生

(河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì))

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磁西礦主井井筒預(yù)注漿技術(shù)

趙福生

(河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì))

磁西1#主井設(shè)計(jì)井筒深980m，傳統(tǒng)的全直孔注漿工藝效率低、建井周期長(zhǎng)，且不適用于較深的井筒。為此，提出了全S孔注漿方案，使用定向技術(shù)與S孔地面預(yù)注漿上下兩部分平行作業(yè)的施工工藝，極大地縮短了施工工期，確保了施工質(zhì)量。

定向技術(shù)S孔預(yù)注漿混合式注漿工藝深井井筒

磁西礦區(qū)位于河北省邯鄲市西南部，西依太行山，東臨華北平原，地勢(shì)西高東低，勘查區(qū)地表被第四系松散沉積物及第三系松散及半固結(jié)沉積物覆蓋，主要為黃土、礫石。鉆孔揭露的地層還包括二疊系上統(tǒng)石千峰組、上石盒子組，二疊系下統(tǒng)下石盒子組、山西組，石炭系上統(tǒng)太原組，石炭系中統(tǒng)本溪組，奧陶系中統(tǒng)峰峰組。巖層巖性主要以泥巖、粉砂巖、砂巖、灰?guī)r為主。

磁西1#主井設(shè)計(jì)井筒深度980m，傳統(tǒng)的全直孔注漿工藝不適用于較深的井筒注漿，且效率低，施工周期長(zhǎng)，為此，選用石油行業(yè)先進(jìn)的定向技術(shù)施工。

1　定向鉆進(jìn)工藝

1.1定向技術(shù)

S孔施工技術(shù)難點(diǎn)在于定向軌跡的不確定性[1-2]，目前我國(guó)地礦行業(yè)定向技術(shù)相對(duì)落后，而國(guó)外石油行業(yè)的隨鉆定向技術(shù)[3](見圖1)通過加速度傳感器組、磁通門傳感器組和溫度傳感器等獲取鉆井參數(shù)，經(jīng)處理成特定格式編碼，由脈沖式發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，通過泥漿傳遞至地表孔口。

圖1　鉆孔結(jié)構(gòu)

1.2測(cè)斜技術(shù)

設(shè)置在孔口的壓力傳感器將波動(dòng)信號(hào)傳導(dǎo)至DIB，對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化、濾波、解碼、計(jì)算等處理后，對(duì)鉆孔軌跡實(shí)時(shí)監(jiān)控，嚴(yán)格控制注漿孔的偏斜。此外，隨鉆測(cè)斜系統(tǒng)通過測(cè)量鉆桿中的偏斜數(shù)據(jù)即可及時(shí)調(diào)整螺桿鉆具的彎接頭方位，對(duì)比傳統(tǒng)的測(cè)斜工藝，精度與效率都有大幅提升。

2　地面預(yù)注漿工藝與技術(shù)

2.1注漿圈徑、孔數(shù)確定

根據(jù)井筒基巖段開鑿荒徑(φ9.0m)、爆破影響帶厚度(δ2.5m)和隔水帷幕厚度不小于6m的要求，將爆破對(duì)注漿帷幕的影響降低到最小，將注漿孔圈徑確定為14.0m，每個(gè)注漿孔擴(kuò)散半徑達(dá)到8m即可達(dá)到注漿效果。

依據(jù)注漿經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，確定注漿孔數(shù)為6個(gè)。

2.2施工工藝與技術(shù)

磁西1#主井井筒預(yù)注漿工程采用S孔技術(shù)，注漿工程、凍結(jié)工程、鑿井工程同時(shí)進(jìn)行或穿插進(jìn)行(見圖2)，并首創(chuàng)了立井地面預(yù)注漿上下兩部分同時(shí)施工的平行作業(yè)工藝。采用混合式注漿工藝，在巖帽段采用下行式注漿,其他段均采用混合式注漿,以下行注漿為主、上行注漿為輔。巖帽段注單液水泥液,巖帽以下段注黏土水泥漿。單液漿釆用下行注漿方式，黏土水泥漿釆用下行或上、下行結(jié)合的方式，檢查孔采用上行注漿方式。

6個(gè)S孔布置3部鉆機(jī)，分兩段注漿，每臺(tái)鉆機(jī)占1個(gè)位置，相鄰布置2個(gè)注漿孔，S1、S3、S5為第一組注漿孔，S2、S4、S6為第二組注漿孔。6個(gè)S孔定向至180m進(jìn)入設(shè)計(jì)注漿圈徑，第一組0～180m下φ177.8mm套管開始循環(huán)注漿作業(yè)；第二組拖后3個(gè)注漿段高，鉆進(jìn)至180m下φ177.8mm套管開始循環(huán)注漿作業(yè)；巷道內(nèi)注漿681～780m，先向井筒兩側(cè)注漿，井筒中心暫不注漿；第一組注漿至500m時(shí)，下φ139.7mm二級(jí)套管，用φ118mm鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)，循環(huán)注漿，第二組注漿至500m，以正常注漿順序進(jìn)行下行式注漿。當(dāng)S孔通過650～770m，自770～980m開始注漿，同時(shí)進(jìn)行巷道補(bǔ)充注漿。

圖2　鉆機(jī)布置

第二組注漿孔按照注漿工序平行作業(yè)，巷道注漿在此期間穿插進(jìn)行，最后第二組注漿孔進(jìn)行上行試破管補(bǔ)充注漿。此方法大大提高了注漿效果與施工效率，有效縮短了建井周期。

2.3存在的問題及對(duì)策

“三同時(shí)”平行作業(yè)，各工程之間的相互影響是本次井筒預(yù)注漿施工過程中遇到的主要問題，工程互相交叉多，工期銜接緊密，相互影響，容許的浮動(dòng)和變更空間較小，一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會(huì)影響到整個(gè)建井周期。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及磁西礦區(qū)實(shí)際地形地質(zhì)情況，制定出以下對(duì)策：井筒全段掘進(jìn)過程中嚴(yán)禁超藥量爆破，防止擊穿注漿防水帷幕，通過破碎層段時(shí)減少藥量進(jìn)行淺孔爆破，避免人工裂隙形成新的導(dǎo)水通道，給鑿井帶來困難；鑿井施工遇破碎帶時(shí)采用短段掘進(jìn)、快速砌壁澆注，防止堵水帷幕破壞后涌水量逐漸增大。

3　結(jié)　語

①本次S注漿孔施工引用了國(guó)外石油行業(yè)的隨鉆定向技術(shù)，降低了S孔軌跡的不確定性，保證了注漿孔的偏斜嚴(yán)格控制在參數(shù)要求范圍內(nèi)，值得在煤炭行業(yè)推廣應(yīng)用；②采用平行施工工藝，注漿、凍結(jié)、鑿井同時(shí)進(jìn)行或穿插進(jìn)行，相互不影響工期，優(yōu)化了鑿井前期工程的施工工藝，節(jié)省了地面預(yù)注漿單獨(dú)占用井口的時(shí)間，縮短了建井周期。

[1]安亞昆,王強(qiáng),王營(yíng)，等.煤田地質(zhì)超深孔鉆探技術(shù)及其應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2012(16):83-84.

[2]劉東柱.煤田地質(zhì)超深孔鉆探技術(shù)及應(yīng)用[J].礦業(yè)論壇,2011(25):337-420.

[3]宋傳軍.油田定向井隨鉆信號(hào)及處理[D].大慶:東北石油大學(xué),2011.

2016-03-17)

趙福生(1963—)，男，工程師，056000 河北省邯鄲市邯鄲縣華山東路9號(hào)。