矿区水文长观孔固井施工工艺研究

徐向东

（陕西省煤层气开发利用有限公司韩城分公司，陕西 韩城 715400）

长期水文观测孔永久性固井止水是衡量水文地质勘探工作质量重要指标之一。固井质量的好坏直接影响水文地质资料的准确性。尤其是煤田水文孔固井质量的好坏，直接关系煤矿的安全生产。用一般常规止水方法很难保证永久止水质量。我们采用孔底水泥注浆阀塞管内钻杆注水泥固井工艺，取得了较好的效果。

1 其优点

固井时间短：水泥浆直接从钻杆内经孔底压入管外环状间隙。替浆时只需将钻杆内水泥浆替出。替浆量少，速度快，套管内无需任何压力，现场不需要添加设备，操作简便，时间短。注浆结束后逆止阀阻止水泥浆回流,以保持水泥浆不上移,注浆结束即可随时将钻具提出孔外,防止注浆钻杆被水泥凝固,发生固井事故。同时可保证套管外水泥浆面高度，确保了固管质量。下套管过程中,逆止阀塞可阻止孔内泥浆进入套管内,使套管内部形成一定的空间,以增加浮力达到减轻套管柱重量，起到浮力塞效果。

2 注浆阀塞工艺结构

在水文钻孔施工中,一般井底逆止阀需定制,价格也较高。故在现场施工中,常常采用自制井底注浆逆止阀塞,在保证其质量和满足施工的需要的前提下。既节省费用又不耽误固井时机。

2.1 注浆逆止阀

现以Ф73mm注浆逆止阀为例,介绍其结构:①选择Ф73mm地质管一节,长度250mm。②选择胶木球直径为:Ф45mm。③选择弹簧直径为:外径Ф44mm、内径Ф36mm,长度100mm。结构图如图1：

图1 注浆逆止阀结构示意图

2.2 注浆阀塞制作

（1）用一根长1.8m的Ф50mm钻杆与注浆逆止阀连接，钻杆外留接头为反丝扣。在钻杆体上用Ф6mm钢筋均匀焊接3组支架，每组6个，支架钢筋长度以套管内径确定，支架可同时起到居中钻杆、逆止阀和水泥箍筋作用。

（2）截取需下设的止水套管一节，长1.8m。套管内部清理干净，将焊好支架的逆止阀组件装入套管内，按注浆阀塞工艺结构图定位，把钢筋支架焊接到套管内壁上。用帆布包裹好注浆逆止阀，绑扎牢固。

（3）将焊接好的注浆阀塞套管立起,管内倒入干砂至注浆阀塞工艺结构图水泥底部位置。

（4）选择P.O32.5MPa普通硅酸盐水泥、河砂、清水,按质量比1：2.5：0.7配制好砂浆,按注浆阀塞工艺结构图倒入套管内、捣实,4小时内套管内注满清水,防止干裂。48小时以后(时间越长越好),可以将套管放倒,将水泥逆止阀清理干净,与原来割下来的套管对接焊好,焊上拉筋待用。

图2 注浆阀塞工艺结构图

3 下管、固井

下管前先进行换浆，即向孔内送入稀泥浆，使孔内泥浆逐渐由稠变稀，不得突变。泥浆密度小于1.1，孔内泥浆与入孔泥浆性能接近一致，孔口捞取泥浆样应无粉砂沉淀。

下套管时,将注浆阀塞套管安装在套管引鞋上部,下入孔内预定深度。

因注浆阀塞下管时起浮力塞作用，浮力过大时套管不下行，需管内加清水克服浮力。

套管下到孔底后，下入注浆钻杆与孔底注浆阀塞接头对接。

固井水泥及浆液配比：正确选用固井水泥质量关系到固井的成败。对水泥浆的要求为粘度小、比重高，可泵性好，初凝、终凝时间和固化时间尽量快，固化后水泥的强度高。而水泥浆的凝固时间和水泥强度主要取决于水灰比和水泥质量。水灰比越大，初凝和终凝越迟，水泥凝固强度越低。

固井材料用量，首先应根据钻孔与井管环状间隙、浆液配比、浆液损耗系数等准确计算浆液用量、水泥用量及用水量等。

水泥浆固井，水泥加水量简单计算方法：

以100kg水泥为例，水泥比重为3.1

100kg水泥体积100/3.1=32L

100kg水泥配置水灰比0.5:1水泥浆体积：32+50=82L

固井环状间隙所需水泥数量：(100×V)/82=1.22V

固井环状间隙所需水的数量：0.5×1.22V=0.61V

由以上可知1L水泥浆需水泥1.22kg,水0.61kg

固井前要做好充分准备，确保固井工作要连续不间断进行。整个固孔施工时间不应超过最早灌入浆液的初凝时间。

开泵注入清水，检查泥浆泵工作状况和管路密封、耐压性能，进行管外循环。

确认各个系统均处于完好正常状态，方可进行注水泥固井工作。

用泥浆泵将水泥将从钻杆通过注浆逆止阀顶入孔底，浆液自孔底沿套管外环间隙上返到孔口。水泥浆上返到孔口后，即可停泵，逆止阀在弹簧的压力下自动复位，挡住水泥浆回窜到套管内。

按计算的整个管路及泵中容积，用相同量清水替出泵及输浆管路中浆液，打开泵管路上卸压阀，检查回浆情况，以判断逆止阀工作情况，确定逆止阀起作用时，正转卸开井底特制反丝接手。然后浆钻具提离井底0.8-1.0m，用清水彻底清洗管路、起钻。

水泥凝固1天后,下钻探水泥面、搅动使其不凝固,3天后,下钻套扫水泥柱，打捞注浆逆止阀。

4 结语

该注浆阀塞,在钻孔固井施工中,结构简单,就地取材,加工迅速,成本低廉,我们在水文孔固井中成功使用，希望能为同类工程施工提供借鉴。