礦區水文長觀孔固井施工工藝研究

徐向東

（陜西省煤層氣開發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勘探工作質量重要指標之一。固井質量的好壞直接影響水文地質資料的準確性。尤其是煤田水文孔固井質量的好壞，直接關系煤礦的安全生產。用一般常規止水方法很難保證永久止水質量。我們采用孔底水泥注漿閥塞管內鉆桿注水泥固井工藝，取得了較好的效果。

1 其優點

固井時間短：水泥漿直接從鉆桿內經孔底壓入管外環狀間隙。替漿時只需將鉆桿內水泥漿替出。替漿量少，速度快，套管內無需任何壓力，現場不需要添加設備，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，確保了固管質量。下套管過程中,逆止閥塞可阻止孔內泥漿進入套管內,使套管內部形成一定的空間,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。故在現場施工中,常常采用自制井底注漿逆止閥塞,在保證其質量和滿足施工的需要的前提下。既節省費用又不耽誤固井時機。

2.1 注漿逆止閥

現以Ф73mm注漿逆止閥為例,介紹其結構:①選擇Ф73mm地質管一節,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，長1.8m。套管內部清理干凈，將焊好支架的逆止閥組件裝入套管內，按注漿閥塞工藝結構圖定位，把鋼筋支架焊接到套管內壁上。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、搗實,4小時內套管內注滿清水,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，即向孔內送入稀泥漿，使孔內泥漿逐漸由稠變稀，不得突變。泥漿密度小于1.1，孔內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，首先應根據鉆孔與井管環狀間隙、漿液配比、漿液損耗系數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

固井環狀間隙所需水泥數量：(100×V)/82=1.22V

固井環狀間隙所需水的數量：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。

確認各個系統均處于完好正常狀態，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。

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。