任貴陽(yáng),曹東風(fēng)

(1.河南省資源環(huán)境調(diào)查二院，河南 洛陽(yáng) 471000; 2.河南省壓裂工程技術(shù)研究中心，河南 洛陽(yáng) 471000)

煤炭一直是我國(guó)的主要能源，在一次性能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)著不可替代的重要地位。為滿(mǎn)足國(guó)民生產(chǎn)需要，煤礦在加大采煤力度的同時(shí)，采用地面、井下預(yù)注漿技術(shù)措施，提高礦井地層穩(wěn)固程度，從而減少了透水等事故的發(fā)生。目前，部分煤礦在場(chǎng)區(qū)內(nèi)建設(shè)一種地面注漿泵站送料孔。送料孔作為地面與煤礦巷道連通通道，承擔(dān)著輸送水泥砂漿原材料的重任。因此，研究地面注漿泵站送料孔成孔、落位、下管等施工工藝技術(shù)有著重要意義。本文主要圍繞地面注漿泵站送料孔的送料管施工工藝技術(shù)方法進(jìn)行探討和研究。

1 下管關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

1.1 技術(shù)指標(biāo)要求

下管材質(zhì)不低于國(guó)標(biāo)50錳鋼標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)格為φ68 mm×10 mm；數(shù)量：分三路下入二級(jí)套管內(nèi)(鉆孔一開(kāi)套管為一級(jí)套管，二開(kāi)套管為二級(jí)套管)。試壓：送料管工作壓力為15 MPa，耐壓試驗(yàn)要求壓力不低于工作壓力的1.5倍，穩(wěn)壓持續(xù)時(shí)間不小于30 min，清水無(wú)消耗為合格。否則，需將輸漿管提出補(bǔ)焊。固定：使用水泥在二級(jí)套管內(nèi)封固三路送料管，并要求水泥不能進(jìn)入到三路送料管內(nèi)。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)技術(shù)要求，結(jié)合實(shí)際情況，需要另下入一路注漿管，通過(guò)注漿管注入水泥漿，達(dá)到固定三路送料管的目的。因此，一共需要在二級(jí)套管內(nèi)下入4路鋼管。下管過(guò)程中存在的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施如下。

(1)難點(diǎn)1：送料管內(nèi)保持清潔，不準(zhǔn)進(jìn)入水泥漿、泥漿等物質(zhì)。措施：送料管最下端設(shè)置外絲扣，安裝相應(yīng)規(guī)格堵頭。注意事項(xiàng)：應(yīng)計(jì)算送料管重力、浮力。當(dāng)重力大于浮力時(shí)，按程序下入送料管；當(dāng)浮力大于重力時(shí)，可向送料管內(nèi)注入清水。

(2)難點(diǎn)2：由于孔斜及管體的柔韌性，4路鋼管分開(kāi)下入可能產(chǎn)生管體互相纏繞難以下入的情況。措施：設(shè)計(jì)固定圓盤(pán)，將鋼管與圓盤(pán)焊接，4路鋼管同時(shí)下入二級(jí)套管。注意事項(xiàng)：每組鋼管(4根鋼管)上下端共焊接2個(gè)圓盤(pán)，圓盤(pán)距離端部約0.5 m，圓盤(pán)規(guī)格按送料管、注漿管、二級(jí)套管外徑、承重等實(shí)際情況設(shè)計(jì)。

(3)難點(diǎn)3：鉆機(jī)大鉤如何起吊4路鋼管。措施：使用鋼絲繩直接穿過(guò)固定圓盤(pán)直接掛在大鉤上。注意事項(xiàng)：計(jì)算鋼絲繩承載能力，確保安全系數(shù)大于2；鋼絲繩長(zhǎng)度需要考慮大鉤到鉆機(jī)平臺(tái)的距離、送料管長(zhǎng)度、固定圓盤(pán)位置。

(4)難點(diǎn)4：由于送料管與二級(jí)套管之間環(huán)空較小，送料管之間連接困難(不能使用接箍連接)。措施：采用焊接方法連接。注意事項(xiàng)：焊接送料管時(shí)，使用專(zhuān)業(yè)儀器測(cè)量，確保連接平直；焊接強(qiáng)度不低于管體強(qiáng)度。

(5)難點(diǎn)5：下管時(shí)，考慮如何放置在井口。措施：設(shè)計(jì)特殊井口板。注意事項(xiàng)：設(shè)計(jì)井口板時(shí)需考慮強(qiáng)度，并根據(jù)送料管、固定圓盤(pán)、操作舒適性等設(shè)計(jì)井口板結(jié)構(gòu)。

2 下管工藝技術(shù)方法研究

2.1 下管關(guān)鍵材料設(shè)計(jì)

(1)固定圓盤(pán)設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的固定圓盤(pán)外徑為193.14 mm，分別在對(duì)稱(chēng)位置開(kāi)挖3個(gè)半徑為35 mm半圓、1個(gè)半徑為27 mm半圓，圓盤(pán)厚度為15 mm。焊接四路鋼管后，外圓直井為250 mm。其結(jié)構(gòu)和實(shí)物如圖1所示。

圖1 固定圓盤(pán)結(jié)構(gòu)和實(shí)物Fig.1 Fixed disc structure and objects

(2)井口板的設(shè)計(jì)。井口板分為上下2層，下層為邊長(zhǎng)1 000 mm、厚30 mm的正方形鋼板，中心開(kāi)挖直徑為300 mm圓孔。上層分成對(duì)稱(chēng)的兩部分，與下層“合頁(yè)”式連接，上層挖孔的結(jié)構(gòu)與下入的四路鋼管配套。其結(jié)構(gòu)和實(shí)物如圖2所示。

圖2 井口板結(jié)構(gòu)和實(shí)物Fig.2 Wellhead plate structure and physical objects

2.2 下套管工藝技術(shù)方法

(1)下管前準(zhǔn)備工作。按孔深準(zhǔn)備足量的送料管3a根，并保證每根長(zhǎng)度、直徑、厚度等規(guī)格相同；按孔深準(zhǔn)備足量注漿管；準(zhǔn)備固定圓盤(pán)數(shù)量2a個(gè)，其中10 mm厚2/3a個(gè)、15 mm厚2/3a個(gè)、20 mm厚2/3a個(gè)；準(zhǔn)備井口板2套，規(guī)格按設(shè)計(jì)確定；準(zhǔn)備凈長(zhǎng)2 mφ32 mm鋼絲繩12根；準(zhǔn)備電焊機(jī)2臺(tái)，高規(guī)格焊條足量，測(cè)直儀器1套；其他需要的材料。

(2)焊接作業(yè)。①在地面將送料管與固定圓盤(pán)焊接。送料管與固定圓盤(pán)垂直焊接，并連接牢固。為了方便吊裝，固定圓盤(pán)焊接位置距離送料管端部0.5 m以?xún)?nèi)。②在鉆井平臺(tái)上對(duì)接送料管。管口利用對(duì)接扶正環(huán)固定位置，使用經(jīng)緯儀測(cè)量送料管是否同心，達(dá)標(biāo)后方可焊接。③使用509以上級(jí)別焊條焊接完成，待溫度降低到90 ℃后，方可將送料管下入至孔內(nèi)。

(3)下管作業(yè)。①將鋼絲繩穿過(guò)固定圓盤(pán)直接掛在鉆機(jī)大鉤起吊，將第一組送料管緩慢下入孔內(nèi)。②閉合井口板，將下入的送料管坐放在井口板。③使用經(jīng)緯儀對(duì)正送料管，使其上下同心，保持在一條直線(xiàn)上，然后進(jìn)行焊接作業(yè)。④送料管焊接完成后，起吊鉆機(jī)大鉤，打開(kāi)井口板，下入第二組送料管。⑤重復(fù)以上程序，直至下管完成。

(4)試壓作業(yè)。①連接試壓管線(xiàn)，使用高壓柱塞泵進(jìn)行試壓作業(yè)。②試壓管線(xiàn)須增加連入單向閥，防止回壓。③按設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)壓力完成試壓作業(yè)。

(5)封固作業(yè)。通過(guò)注漿管向孔內(nèi)注入水泥漿，注漿技術(shù)方法采用固井工藝技術(shù)方法。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某煤礦需要在場(chǎng)內(nèi)施工一個(gè)地面注漿泵站送料孔。該送料孔鉆遇地層自上而下為：新近系、三疊系下統(tǒng)劉家溝組、二疊系上統(tǒng)石千峰組、上石盒子組及二疊系下統(tǒng)下石盒子組、山西組上部地層，設(shè)計(jì)井深691.1 m左右。某施工隊(duì)于完成一開(kāi)鉆進(jìn)，井徑φ480 mm，井深40.65 m，下入φ406 mm×8 mm螺旋焊管(以下簡(jiǎn)稱(chēng)一級(jí)套管)。鉆至井深692.00 m完鉆后，下入φ273 mm×8 mm套管(以下簡(jiǎn)稱(chēng)二級(jí)套管)，施工隊(duì)采用電測(cè)數(shù)據(jù)為：孔深692.00 m，井斜0.13°，閉合位移2.71 m，閉合方位195.00°。

3.2 下入送料管技術(shù)要求

材質(zhì)不低于國(guó)標(biāo)50錳鋼標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)格φ68 mm×10 mm，分3路下入二級(jí)套管內(nèi)(鉆孔一開(kāi)套管為一級(jí)套管，二開(kāi)套管為二級(jí)套管)。試壓：送料管工作壓力為15 MPa，耐壓試驗(yàn)要求壓力不低于工作壓力的1.5倍，穩(wěn)壓持續(xù)時(shí)間不小于30 min，清水無(wú)消耗為合格。否則，需將輸漿管提出進(jìn)行補(bǔ)焊。使用水泥在二級(jí)套管內(nèi)封固3路送料管，并要求水泥不能進(jìn)入到3路送料管內(nèi)。下管作業(yè)如圖3所示。

圖3 下管作業(yè)Fig.3 Down tube operation

3.3 下管作業(yè)過(guò)程

按照前期下管工藝技術(shù)方法研究成果及設(shè)計(jì)，施工隊(duì)于下入4路管路(3路送料管，1路注漿管)77組共計(jì)694.40 m，入井692.00 m。送料孔結(jié)構(gòu)示意如圖4所示。隨后進(jìn)行了試壓作業(yè)。測(cè)試壓力22.5 MPa，30 min后壓力無(wú)下降；接著進(jìn)行固井作業(yè)。采用普通硅酸鹽水泥，首先注入前置液4 m3，水泥漿最大密度1.69 g/cm3，最小密度1.63 g/cm3，平均密度1.66 g/cm3，最后注入頂替液0.9 m3，水泥返至地面。

圖4 送料孔結(jié)構(gòu)示意Fig.4 Schematic diagram of the structure of the feeding hole

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該煤礦場(chǎng)內(nèi)施工一個(gè)地面注漿泵站送料孔項(xiàng)目，在進(jìn)行下管作業(yè)時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)：固定圓盤(pán)的材質(zhì)不低于所下套管的材質(zhì)級(jí)別。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及參數(shù)必須保證與外套管最小間隙2.5 mm以上；井口板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要滿(mǎn)足坐放套管的要求，承重安全系數(shù)不小于2；所下套管等長(zhǎng)定做，兩端加工處理，便于焊接；焊接作業(yè)時(shí)，必須使用測(cè)量?jī)x器保證下管垂直度；下管前，套管下端必須帶堵頭密封。下管完成后，測(cè)試壓力22.5 MPa，保證30 min后壓力無(wú)下降。