淺談地面瓦斯采動(dòng)井施工技術(shù)及成果評(píng)價(jià)

淺談地面瓦斯采動(dòng)井施工技術(shù)及成果評(píng)價(jià)

Summary：利用采動(dòng)區(qū)地面井瓦斯抽采技術(shù)，既利用了采動(dòng)區(qū)煤層瓦斯卸壓的高效抽采條件，又可在任意時(shí)間施工地面抽采井，且不影響和依賴井下采掘作業(yè)，是一種抽采瓦斯效率高、易于大規(guī)模推廣的新技術(shù)，對(duì)改變我國(guó)煤礦瓦斯治理的技術(shù)現(xiàn)狀具有重要意義。青東煤業(yè)8412工作面地面瓦斯采動(dòng)井的施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為新技術(shù)的推廣打下了良好的基礎(chǔ)Keys：瓦斯采動(dòng)井；固井；洗井；井下視頻一、工程概況青東煤業(yè)有限公司位于安徽省淮北市濉溪縣安徽省濉溪縣臨渙鎮(zhèn)，其中心北至濉溪縣城約35.7km，淮北市為45km，東距宿州市為45km。8412工作面標(biāo)高-509m～-449.5m，設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)322.6～325.2m，平均為324m，傾向?qū)捚骄鶠?66.5m，斜面積為53946m2。主采8煤層為較穩(wěn)定厚煤層，黑色，粉沫狀～碎塊狀，弱玻璃光澤，內(nèi)生裂隙發(fā)育，階梯狀斷口，半亮型煤，變異系數(shù)為39.77％，可采指數(shù)為1。工作面工業(yè)儲(chǔ)量約64.1萬噸，可采儲(chǔ)量59.7萬噸。二、地質(zhì)概況該工程鉆遇地層為二疊系、新生界新近系、第四系，巖性特征由老到新如下：（一）二疊系（P）1、下統(tǒng)下石盒子組（P1x）與下伏山西組呈整合接觸，厚201.1～278.9m，平均厚240.5m。巖性由砂巖、粉砂巖、泥巖和煤層組成。含4、5、6、7、8等五個(gè)煤組，含煤4～10層，平均總厚9.65m，含煤系數(shù)3.96%。其中7、8-1、8-2煤層為主要可采煤層。2、上統(tǒng)上石盒子組（P2s）與下伏下石盒子組呈整合接觸，下界為K3砂巖，上界至平頂山砂巖之底，由砂巖、粉砂巖、泥巖和煤層組成。泥巖、粉砂巖顏色變雜，暗紫色花斑和綠色增多。含1、2、3三個(gè)煤層（組）。含煤2～13層，平均總厚3.86m，含煤系數(shù)0.70%。其中3-2煤層為大部可采煤層。3、上統(tǒng)石千峰組（P2sh）與下伏上石盒子組整合接觸，揭露厚度＞320m，未見頂。巖性為淺灰～灰白色、粗中粒石英砂巖、棕褐色局部含灰色斑點(diǎn)的粉砂巖、細(xì)砂巖薄層。（二）新近系（N）新近系厚度127.70～189.35m，平均153.67m。本統(tǒng)屬河流相沉積，分布穩(wěn)定。（三）第四系（Q）第四系假整合于下伏新近系地層之上，厚度77.90～102.15m，平均92.18m。本統(tǒng)屬河流相～河漫灘相沉積。三、工程施工（一）一開程序1、采用Ф219mmPDC鉆頭開孔，隨鉆定向鉆進(jìn)至穩(wěn)定基巖面（界面30米以下）。鉆具組合為Φ216mmPDC鉆頭+Φ172mm螺桿+Φ165mm定向接頭+Φ172mm無磁鉆鋌+Φ159mm鉆鋌+Φ127mm鉆桿+方鉆桿。2、通過常規(guī)電測(cè)井手段獲取工程施工鉆井井段內(nèi)的地質(zhì)剖面和物性剖面資料，根據(jù)測(cè)井資料確定一開擴(kuò)孔深度。3、采用Ф375mmPDC鉆頭一開擴(kuò)孔。一開擴(kuò)孔鉆具組合：Φ375mmPDC鉆頭+Φ159mm接頭+Φ159mm鉆鋌+Φ127mm鉆桿+方鉆桿。4、安裝Ф273×10mm無縫鋼管。Ф273mm套管底口1m處采用膨脹止水條纏繞，厚約20mm，用膠帶和14#鐵絲扎牢做底口封隔處理。為防止水條膨脹阻礙水泥漿上返，在底口上1.5m處留有2個(gè)Ф50mm的導(dǎo)漿孔，以保障漿液順利上返。套管串采用雙剖口對(duì)縫、二氧化碳保護(hù)焊連接?？紤]今后由于礦井開采造成的地應(yīng)力變化，并在焊縫連接處加有4道加強(qiáng)筋。所有管串焊接縫均采用ORD-3650S探傷儀檢驗(yàn)焊接質(zhì)量。5、一開Ф273mm套管下置到指定層位后，進(jìn)行固井作業(yè)。使用商混P.042.5普通硅酸鹽級(jí)水泥漿常規(guī)固井，水泥漿密度1.71g/cm3，漿液返出井口。候凝72h后進(jìn)行聲幅、聲波變密度測(cè)井，固井質(zhì)量合格。（二）二開程序1、采用Ф130mm導(dǎo)向孔施工至8煤下，進(jìn)行常規(guī)測(cè)井，根據(jù)測(cè)井曲線綜合判定地面井二開、三開、掏穴段層位。2、根據(jù)測(cè)井資料進(jìn)行二開Ф243.1mm擴(kuò)孔。鉆具組合為Φ243.1mmPDC鉆頭+Φ172mm螺桿+Φ165mm定向接頭+Φ172mm無磁鉆鋌+Φ159mm鉆鋌+Φ127mm鉆桿+方鉆桿。3、安裝N80/P110Ф193.7×10.92mm石油套管。套管串連接為絲扣連接，管串結(jié)構(gòu)：內(nèi)插可鉆型浮鞋+（P110+N80）Ф193.7×10.92mm套管串。Ф193.7mm套管底口1m處采用膨脹止水條纏繞，厚約20mm，用膠帶和14#鐵絲扎牢做底口封隔處理。為防止水條膨脹阻礙水泥漿上返，在底口上1.5m處留有2個(gè)Ф50mm的導(dǎo)漿孔，以保障漿液順利上返。（4）按《二開套管固井設(shè)計(jì)方案》進(jìn)行固井作業(yè)。下入鉆具循環(huán)鉆井液，使用G級(jí)高抗硫酸鹽油井水泥配制水泥漿，使用石油固井車固井。水泥漿為雙密度體系，領(lǐng)漿1.7g/cm3，尾漿1.85g/cm3，水泥漿返出井口。候凝72h后進(jìn)行聲幅、聲波變密度測(cè)井，固井質(zhì)量合格。（三）三開程序1、采用Ф165.1mmPDC鉆頭隨鉆定向鉆進(jìn)。鉆具組合為Φ165.1mmPDC鉆頭+Φ127mm螺桿+定向接頭+Φ127mm無磁鉆鋌+Φ127mm接頭+Φ127mm鉆鋌+Φ127mm鉆桿+方鉆桿。2、采用Ф165/420mm兩刀翼PDC掏穴鉆頭進(jìn)行掏穴。鉆具組合為Φ165/420mmPDC鉆頭+Φ140mm接頭+Φ140mm鉆鋌+Φ127mm鉆桿+方鉆桿。3、掏穴作業(yè)完成后，下鉆沖掃孔孔底。三開套管串（Ф139.7×10.54mm）為絲扣連接，安裝嚴(yán)格按設(shè)計(jì)管串結(jié)構(gòu)、鋼級(jí)（N80+P110）、類型（有孔+無孔+排氣孔）、位置及深度進(jìn)行管序排列編號(hào)、丈量記錄，逐根連接加上扶正器下入井內(nèi)。4、膨脹止水橡膠安裝、下放。單孔下入膨脹止水橡膠3段，每段5m，并用膨脹止水條纏繞，止水傘上部安裝彈性扶正器，膨脹橡膠條緊密纏繞其上，以增加止水橡膠的有效厚度，膠條兩端采用專用膠水與止水傘緊密粘聯(lián)，最后采用14#鐵絲將整個(gè)膨脹橡膠段的頂、底和中間部位扎牢，膨脹橡膠下部使用限位卡箍固定。5、洗井+井下視頻（1）首先通過Ф50mm鉆具將清水泵入井底進(jìn)行替漿洗井。洗井過程中并連續(xù)不斷的上下竄動(dòng)鉆具，以增加井內(nèi)激動(dòng)壓差快速替換井內(nèi)泥漿，洗井總時(shí)長(zhǎng)36h，直至井內(nèi)完全返出清水。（2）用焦磷酸鈉配比1%溶液泵入井內(nèi)，靜止浸泡總72h,使焦磷酸鈉溶液充分溶解井壁泥皮和裂隙內(nèi)粘土堵塞物。再泵入清水將溶解化合物排除，直至井內(nèi)返出清水。（3）壓風(fēng)機(jī)提水。為提高井下視頻儀的探視效果，采用壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行提水。水位降至孔底，但由于煤系地層存在砂巖裂隙含水層，在提水過程中始終存在0.1-0.2m3/h的不間斷水流，提水至水清。（4）由井口緩慢下入ZDKJ-A7型井下成像儀，對(duì)整個(gè)工程的井內(nèi)情況均進(jìn)行探視檢查。水位以上探視影像清晰，井管質(zhì)量無異常現(xiàn)象，影像資料保存。6、井口裝置撤場(chǎng)前，單孔井口安裝N80Φ193.7×10.92mm石油套管一根，高出地面2m，Φ193.7mm套管上口焊接法蘭，并用盲板焊接封閉。預(yù)留N80Φ193.7×10.92mm、N80Φ139×10.54mm石油套管各3根，長(zhǎng)2m/根，以便安裝法蘭盤。四、成果評(píng)價(jià)（一）完成工程量指標(biāo)8412工作面共施工3口地面瓦斯采動(dòng)井，完成工程量符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，見下表。表1

8412工作面1#、2#、3#地面鉆井套管(設(shè)計(jì)/實(shí)際)單位：m鉆井編號(hào)Φ273×10mm（20#無縫鋼管）Φ193.7×10.92mm（N80）Φ193.7×10.92mm（P110）Φ139×10.54mm（N80）Φ139×10.54mm（P110）Φ139×10.54mm（N80）篩管有孔8412-1#289/298.45261/253.04135/142.27416/394.4812/10.5446/71.138412-2#289/294.36261/257.16160/141.04419/397.9112/10.6946/64.918412-3#289/291.36261/256.21172/168.04431/423.1812/10.7346/55.35合計(jì)867/884.17783/766.41467/451.351266/1216.0736/31.96138/191.39表2

8412工作面1#、2#、3#鉆探工作量(設(shè)計(jì)/實(shí)際)單位：m鉆井編號(hào)一開孔徑Φ375mm二開孔徑Φ243.1mm三開孔徑Φ165.1mm掏穴段孔徑Φ420mm導(dǎo)向孔孔徑Φ139mm8412-1#289/298105/9513/1365/680/228412-2#289/294130/9813/1343/620/378412-3#289/291142/13113/1343/520/28合計(jì)867/883377/32839/39151/1820/87（二）井身質(zhì)量評(píng)價(jià)井身質(zhì)量包括：完鉆井深、井斜、全角變化率，水平位移和井徑，本井井身質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。（三）井管安裝及固井質(zhì)量評(píng)價(jià)井管安裝嚴(yán)格按設(shè)計(jì)管串結(jié)構(gòu)、鋼級(jí)、類型、位置及深度進(jìn)行井管排序、編號(hào)、丈量，逐根連接下入井內(nèi)，有據(jù)可查，管串結(jié)構(gòu)及連接，達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。各開次固井作業(yè)均按設(shè)計(jì)進(jìn)行，水泥標(biāo)號(hào)、漿液密度符合設(shè)計(jì)要求，通過聲幅測(cè)井質(zhì)量檢查，固井質(zhì)量合格。（四）完井成果評(píng)價(jià)本工程各施工程序及節(jié)點(diǎn)均有質(zhì)量控制要點(diǎn)，并做到及時(shí)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督和質(zhì)量把控。1、井身質(zhì)量合格，完井程序完全符合規(guī)范及合同約定之要求。2、使用常規(guī)測(cè)井等手段獲取了地質(zhì)剖面和物性剖面資料。3、揭露了二疊系、新生界新近系及第四系巖性特征，掌握了各組段的巖性、物性、含煤特性，水文地質(zhì)、工程地質(zhì)特征等。4、掌握了5、7、8煤層的埋藏深度、厚度、煤層結(jié)構(gòu)特征等資料。5、嚴(yán)格按照規(guī)范及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)保質(zhì)保量完成了各