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(shí)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(jì)為例。其鉆孔設(shè)計(jì)為導(dǎo)向孔用φ215.9mm鉆頭鉆進(jìn)至580m(下留20米沉淀空余)，經(jīng)測(cè)斜井身質(zhì)量符合《施工組織設(shè)計(jì)》要求后，二次擴(kuò)孔成孔φ1080mm，孔深560m，達(dá)到設(shè)計(jì)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(jì)》要求，護(hù)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(shí)際購買48根 (1根備用)。

管材執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn):SY/T5037;規(guī)格:φ830×12mm;抗拉強(qiáng)度:510MPa;

屈服點(diǎn):350MPa;焊接抗拉強(qiáng)度:515MPa。

(1)井管重量

φ830mm×12mm護(hù)壁管重240.4kg/m;

則G=240.4kg/m×560m=134624kg(加強(qiáng)筋及補(bǔ)塊忽略不計(jì))

(2)管材的規(guī)格和材質(zhì)

護(hù)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(duì)接，利用自制的管口對(duì)接扶正環(huán)，保證管口合縫、同心。φ830mm井管接縫，二人對(duì)接焊，焊條采用J507。按照下管作業(yè)流程，逐根檢查對(duì)接，下部接縫焊牢，上部進(jìn)管焊縫突出，確保焊縫密實(shí)、牢固，外加焊加強(qiáng)筋，執(zhí)行技術(shù)設(shè)計(jì)。加強(qiáng)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(zhǔn)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(duì)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(diǎn)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(diǎn)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(yàn)。綜合相關(guān)資料，通過科學(xué)的計(jì)算，結(jié)合套管重量、鉆機(jī)提升能力、浮力時(shí)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(jìn)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(jì)算需要42.5號(hào)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(hù)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(dāng)重要。水泥浮板的放置位置的原則是，在設(shè)備能力達(dá)到80%時(shí)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(jì)算，及時(shí)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(jī)械設(shè)備的提升能力及負(fù)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(hù)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(duì)稱切割φ150mm圓孔。穿杠，用鋼繩連接游車大鉤，起吊井管。井管對(duì)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(bǔ)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(jìn)，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(jìn)及成井安全。鉆進(jìn)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(hù)壁劑等。配制泥漿之前，膨潤土要進(jìn)行預(yù)水化浸泡處理，并充分?jǐn)嚢?。每班設(shè)一名泥漿管理員，隨時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)整泥漿性能，檢修、維護(hù)泥漿凈化裝置，保證其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證沖洗液各項(xiàng)性能指標(biāo)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(diǎn)降低泥漿失水量，減少孔壁泥漿結(jié)皮，指標(biāo)達(dá)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(hù)壁管的下管工作力求快速，因?yàn)楸究仔碌貙佣斡懈吲蛎浾惩翆樱讖溅?080mm孔壁護(hù)壁困難，防止鉆孔縮徑，施工中除正確使用泥漿外，下管時(shí)盡量縮短時(shí)間，及時(shí)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(tái)，最高工作壓力12MPa，最大排量:1850L/min。

15m3攪拌機(jī)1臺(tái)，TBW－850/50型泥漿泵2臺(tái)，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(jì)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(zhǔn)備工作

建造15m3圓形攪拌池，安裝攪拌機(jī)。安裝和維護(hù)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(hù)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(hù)72小時(shí)。

4結(jié)論

通過對(duì)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(shí)，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(shí)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(yuǎn).中國煤層氣產(chǎn)業(yè)政策研究.煤炭工業(yè)出版社.2002.