大口径瓦斯抽排井表层技术管下管方法

王新敏

(河南省煤田地质局豫中公司河南省能源钻井工程技术研究中心，河南 450052)

目前国内煤矿瓦斯排放井表层管直径大多在800mm以上，深度多在300m以上，管子重量超过设备提升能力一倍以上，加之第四系地层在钻井时易坍塌、掉块、缩径，增加了下管难度。因此，大口径瓦斯抽排井表层技术管下管工艺是该工程施工中的关键技术，研究提吊法加浮力塞下管工艺也是生产发展的需要。以淮沪煤电丁集煤矿瓦斯排放孔钻孔设计为例。其钻孔设计为导向孔用φ215.9mm钻头钻进至580m(下留20米沉淀空余)，经测斜井身质量符合《施工组织设计》要求后，二次扩孔成孔φ1080mm，孔深560m，达到设计下管要求下入表层技术管。

1 管材选择与连接

根据《施工组织设计》要求，护壁管采用螺旋钢管，管材由河北省沧州市螺旋管有限公司生产。每根管长12m，560m共需47根，实际购买48根 (1根备用)。

管材执行标准:SY/T5037;规格:φ830×12mm;抗拉强度:510MPa;

屈服点:350MPa;焊接抗拉强度:515MPa。

(1)井管重量

φ830mm×12mm护壁管重240.4kg/m;

则G=240.4kg/m×560m=134624kg(加强筋及补块忽略不计)

(2)管材的规格和材质

护壁管规格为φ830×12mm，双面螺旋管，材质为Q345B。

(3)管子安装连接

井管采用直接对接，利用自制的管口对接扶正环，保证管口合缝、同心。φ830mm井管接缝，二人对接焊，焊条采用J507。按照下管作业流程，逐根检查对接，下部接缝焊牢，上部进管焊缝突出，确保焊缝密实、牢固，外加焊加强筋，执行技术设计。加强筋数量为250m以下每道焊缝5块，250m以上每道焊缝6块。

2 提吊方法下管

2.1 下管前准备工作

检查管内、外径、弯曲度、管口水平度。尽量用壁厚、圆度、管口、平面尺寸一致的井管，作为对接井管。

2.2 水泥浮力塞的制作及放置位置

浮力塞有两种:一是钢板浮力塞，它抗压安全系数高，缺点是固井前要将钢板打穿并打捞上来，中间的打捞工作存在不安全因素。另一种是水泥浮力塞，他的优点是固井前易钻穿且不用打捞，下钻头破掉即可，不存在安全方面的隐患。但是浮力塞在这么大的钻孔中它的抗压、抗剪切等安全系数又有多大?没有可利用的成功经验。综合相关资料，通过科学的计算，结合套管重量、钻机提升能力、浮力时套管空余的长度、安全系数等综合在一起，决定采用水泥浮力塞。

选取5m长的φ830mm套管内壁用钢丝刷清理干净，在4m长的范围内加焊φ6mm的钢筋圈5道(还要考虑到下部钻进的口径为φ780mm，必须通过钻头)，以增加水泥塞的剪切力和摩擦力。水泥浆密度1.75，通过计算需要42.5号干水泥4t。然后竖起套管，将搅拌好的水泥浆注入套管内后侯凝，上面加清水养护七天后使用。

水泥浮板使用位置:在下管中浮板放置的位置相当重要。水泥浮板的放置位置的原则是，在设备能力达到80%时将浮板安上，开始使用浮力。在下放中间可根据拉力表的显示及计算，及时向套管中灌注和孔内同性能参数的泥浆。减少套管的空管段，减少套管的井内压差，保证套管的安全。下管过程中要尽可能的利用机械设备的提升能力及负载能力，但要留10%～20%的安全空间，以防意外。

2.3 下管提吊方法

本孔护壁管采用割孔穿杠钢绳牵引提吊的下管方法，即离管口0.4m处对称切割φ150mm圆孔。穿杠，用钢绳连接游车大钩，起吊井管。井管对接后抽出穿杠，将切下的圆板填入孔内，焊牢，然后在孔外补焊方板。

2.4 下管前泥浆选用与净化

施工瓦斯抽排孔，无论是冲积层还是基岩，都是全断面钻进，有大量的砂粒、岩粉排出，因此，选择好泥浆类型，调整好其性能，方可保证钻进及成井安全。钻进选用聚丙烯酰胺低固相钻井液。选用的材料主要有:水解聚丙烯酰胺、CMC、钠土粉、纯碱、广谱护壁剂等。配制泥浆之前，膨润土要进行预水化浸泡处理，并充分搅拌。每班设一名泥浆管理员，随时监测调整泥浆性能，检修、维护泥浆净化装置，保证其正常运转，保证冲洗液各项性能指标符合要求。下管前根据泥浆总量加入20%的淀粉处理剂，重点降低泥浆失水量，减少孔壁泥浆结皮，指标达到:粘度25～35S;pH值8～10;比重1.10～1.25;失水20L/30min;含砂＜5%。

2.5 下管作业

护壁管的下管工作力求快速，因为本孔新地层段有高膨胀粘土层，孔径φ1080mm孔壁护壁困难，防止钻孔缩径，施工中除正确使用泥浆外，下管时尽量缩短时间，及时回灌原浆保证管内外压力平衡。

3 固管

3.1 固管设备

固井泵 NB8－600型1台，最高工作压力12MPa，最大排量:1850L/min。

15m3搅拌机1台，TBW－850/50型泥浆泵2台，水泥浆混合器1套，40～70吨灰罐车四辆。

3.2 固管方法

本孔两路井管均用孔底灌注水泥浆从孔壁与管壁之间的环状间隙返出井口的固管方法。

3.3 固管水泥量计算

水泥量:W1100mm=240T;水灰比采用0.6，水泥浆比重为1.75。

3.4 固管准备工作

建造15m3圆形搅拌池，安装搅拌机。安装和维护固井泵，安装水泥浆混合器，确保清水足量。使用散装水泥，下灰安全可靠。

3.5 孔底注浆

下管作业结束，立即下钻具到距孔底10米，套管管口用钢板封闭。开泵冲孔，检查钢板封闭效果，有无漏水现象，稀浆循环120分钟替出孔内稠浆。泵水泥浆固管，待水泥浆从孔底经环状间隙返出井口后停泵。

3.6 固管后工作

泵浆结束后，将管口固定在护筒中心，保持管口、天轮、转盘中心在同一轴线上。水泥养护72小时。

4结论

通过对丁集煤矿、潞安常村煤矿瓦斯抽排孔施工，得出如下结论:

(1)使用提吊法下管安全的完成大直径工程井施工的同时，保证质量符合要求;

(2)在井管直径大、大钩载荷有限的情况下，采用穿杠提吊井管配合浮力塞方法，成功将重134.624吨的表层技术管下入井内;方法实用安全。

(3)固管采用井口密闭灌注优质快捷，减少了事故确保安全高效。

［1］张祖培.殷琨.蒋荣庆.孙友宏.岩土钻掘工程新技术.地质出版社.2003.

［2］孙茂远.中国煤层气产业政策研究.煤炭工业出版社.2002.