大口徑瓦斯抽排井表層技術管下管方法

王新敏

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

目前國內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管下管工藝是該工程施工中的關鍵技術，研究提吊法加浮力塞下管工藝也是生產發展的需要。以淮滬煤電丁集煤礦瓦斯排放孔鉆孔設計為例。其鉆孔設計為導向孔用φ215.9mm鉆頭鉆進至580m(下留20米沉淀空余)，經測斜井身質量符合《施工組織設計》要求后，二次擴孔成孔φ1080mm，孔深560m，達到設計下管要求下入表層技術管。

1 管材選擇與連接

根據《施工組織設計》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。每根管長12m，560m共需47根，實際購買48根 (1根備用)。

管材執行標準:SY/T5037;規格: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)管材的規格和材質

護壁管規格為φ830×12mm，雙面螺旋管，材質為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，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，執行技術設計。加強筋數量為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、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、抗剪切等安全系數又有多大?沒有可利用的成功經驗。綜合相關資料，通過科學的計算，結合套管重量、鉆機提升能力、浮力時套管空余的長度、安全系數等綜合在一起，決定采用水泥浮力塞。

選取5m長的φ830mm套管內壁用鋼絲刷清理干凈，在4m長的范圍內加焊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后侯凝，上面加清水養護七天后使用。

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。在下放中間可根據拉力表的顯示及計算，及時向套管中灌注和孔內同性能參數的泥漿。減少套管的空管段，減少套管的井內壓差，保證套管的安全。下管過程中要盡可能的利用機械設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，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。每班設一名泥漿管理員，隨時監測調整泥漿性能，檢修、維護泥漿凈化裝置，保證其正常運轉，保證沖洗液各項性能指標符合要求。下管前根據泥漿總量加入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

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外壓力平衡。

3 固管

3.1 固管設備

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

下管作業結束，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，有無漏水現象，稀漿循環120分鐘替出孔內稠漿。泵水泥漿固管，待水泥漿從孔底經環狀間隙返出井口后停泵。

3.6 固管后工作

泵漿結束后，將管口固定在護筒中心，保持管口、天輪、轉盤中心在同一軸線上。水泥養護72小時。

4結論

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噸的表層技術管下入井內;方法實用安全。

(3)固管采用井口密閉灌注優質快捷，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.地質出版社.2003.

［2］孫茂遠.中國煤層氣產業政策研究.煤炭工業出版社.2002.