CN111411909A - 一种采煤沉陷区治理钻探工程人工造壁方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采煤沉陷区治理钻探工程人工造壁方法，采用钻机配合钻头对沉陷区第四系覆盖层进行第一次开孔钻探，下入表土套管，更换钻头进行第二次继续钻探，在钻进工作完成后，下入钻杆到井底，首先使用稀钻井液大泵量进行循环2周以上，井内钻井液粘度控制在19s以内，确保人工造壁的稳定性，采用水泥浆进行注浆，对裸眼段进行人工造壁，人工造壁完成后，继续钻进过程中加强简易水文观测，通过对钻探工艺的改革，可以有效降低埋、卡钻事故，钻探效率得到提升，解决了煤矿采空区地层易出现的硬度低、胶结差、易松散、漏失严重的钻探的难点，使钻井上部易坍塌、缩径、涌水地层得到控制，通过了注水，压浆成功，省去了上部透孔的时间。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿治理技术领域，更具体地说，特别涉及一种采煤沉陷区治理钻探工程人工造壁方法。
背景技术
煤矿沉陷区是指在煤矿作业过程中，将开采过程中遇到的矿石、煤炭等运送到地面，以便形成合理的运送和开采作业面，随着煤炭和其他矿石的不断运出，地下形成了这样煤炭采空区。
通常采煤作业完成后会留下的煤矿采空区，如需要继续向纵深开采，一般会对沉陷区进行适度加固，采用锚杆固定、木桩支撑等防护措施，短时间内，煤矿沉陷区不会塌陷，而沉陷区如不进行加固和回填，采空后3～5年逐步形成并稳沉，将会造成塌陷，并逐步改变原来的地质环境和地形地貌，随着工业化、城市化进程的加快，人地矛盾加剧，土地资源对经济社会发展的制约瓶颈日益凸显，矿山土地塌陷又加剧了这一矛盾。
目前沉陷区后期加固大多采用注浆法，其注浆井口采用压力工艺注浆，在先期低密度水泥浆液对井壁冲刷破坏，脱落的泥皮和坍塌的井壁把注浆通道堵塞架桥，井队需要进行投孔，对坍塌脱落的泥皮掉块进行处理，小颗粒采用清水钻井泵循环携带方法，大颗粒采用稠钻井液钻井泵循环携带方法(配合捞砂管)，投穿一个架桥点在下一架桥点对上部进行水泥浆液封堵。
钻井内285～298m，310～331m，355～362m三段泥岩、砂质泥岩地层，在井内有钻井液情况下井壁是相对稳定的，井内换成清水会出现井壁坍塌掉块影响井口压力注浆，运用窥视方法了解到300～310m段砂岩段沿裂隙向孔内涌水，对下部井壁持续冲刷。钻井的重复投孔、水泥封堵增加了施工时间及成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采煤沉陷区治理钻探工程人工造壁方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种采煤沉陷区治理钻探工程人工造壁方法，包括以下步骤：
S1、采用钻机配合钻头对沉陷区第四系覆盖层进行第一次开孔，钻探深度在274m；
S2、更换钻头在第一次开孔的基础上进行第二次钻探，选择合理位置，完成第二次钻探；
S3、第二次钻探完成后，下入钻杆到孔底，采用钻机液泵使用稀钻井液大泵量进行循环两周以上；
S4、使用硅酸盐水泥对下部裸眼段进行人工造壁；
S5、人工造壁完成后，继续钻进过程中加强简易水文观测。
优选地，步骤S1的具体步骤包括：钻机采用Φ133mm无芯钻头、Φ68mm钻铤*80m、Φ50mm钻杆和Φ89mm六方主动钻杆配合进行第一开孔钻探，第一次开孔钻探的孔径为133mm，钻探结束后在第一次开孔内置入127mm套管水泥固井。
优选地，第二次开孔过程钻机采用Φ94mm无芯钻头、Φ68mm钻铤*65m、Φ50mm钻杆和Φ89mm六方主动钻杆配合在第一次开孔的基础上进行第二次开孔，第二开孔的孔径为94mm，考虑到钻井液消耗情况、静水位、导水裂隙带等原因，在未钻穿沉陷区两带(导水裂隙带和冒落带)以上、钻探深度尽量加深的原则，钻进至470m。
优选地，步骤S3中钻杆采用Φ50mm钻杆，采用内插管方法，孔内钻井液粘度控制在19S以内。
优选地，步骤S4的具体步骤包括使用PO42.5型普通硅酸盐水泥(加入2％～3％的水玻璃)对下部裸眼段进行人工造壁，起钻至第一次开孔的套管位置并预留10m水泥塞，其余用钻井泵循环至地面起钻，用钻井泵连接第一次开孔的套管使用清水升压至2MPa，待候凝48小时后，使用Φ94mmPDC无芯钻头和Φ68mm钻铤*80m投孔至470m，循环钻井液观察消耗情况。
优选地，水文观测内容包括：针对采空区顶板以上30m范围内每0.5m记录一次钻井速度，在钻探过程中，准确记录钻进速度，每2m记录一次。预测进入采空区裂隙带开始，应详细记录钻进速度、钻井水位、卡钻、埋钻、掉钻、岩芯破碎及吸风情况，判断主采煤层采空区的二带发育状况。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过对钻探技术的改革，人工造壁技术使钻井上部易坍塌、缩径、涌水地层得到控制，通过了注水，压浆成功，省去了上部透孔的时间。Φ94mm钻头+Φ50mm钻杆快速钻穿冒落带和采空区，舍弃Φ94mm钻头+Φ68mm钻铤的传统施工艺，可以有效降低埋、卡钻事故。通过对钻探技术的改革，钻探效率得到提升，钻探安全得到了相对的保障。
附图说明
图1为本发明的沉陷区钻孔状态图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种采煤沉陷区治理钻探工程人工造壁方法，包括以下步骤：
采用钻机配合钻头对沉陷区地面进行第一次开孔钻探，钻探深度在274M，钻井泵型号为BW300/16钻井泵，该泵具有操作简单、灵活方便，可实现近距离或远程控制操纵，钻机采用Φ133mm无芯钻头、Φ68mm钻铤*80m、Φ50mm钻杆和Φ89mm六方主动钻杆配合进行第一开孔钻探，第一次开孔钻探的孔径为Φ133mm，钻探结束后在第一次开孔内置入127mm套管水泥固井，套管底口坐落在完整基岩上，采用(水灰比0.5:1)水泥浆液井底返浆法进行固井，固井至地面，采用套管内液面观测法检查固井及一开套管质量，经检查液面降深符合设计要求，进行二开孔；
更换钻头在第一次开孔的基础上进行第二次开孔钻探，钻探深度在274-470M，第二次开孔过程钻机采用Φ94mm无芯钻头、Φ68mm钻铤*65m、Φ50mm钻杆和Φ89mm六方主动钻杆配合在第一次开孔的基础上进行第二次开孔，第二开孔的孔径为94mm，钻进至470m，孔内钻井液粘度控制在19S以内，第二次钻探完成后，下入钻杆到孔底，采用钻机液泵使用稀钻井液大泵量进行循环两周以上，钻探过程中在松散层采用“Na2CO3+腐植酸钾(KHm)+膨润土”配制的粗分散钻井液护壁，其性能要求漏斗粘度21～23s，失水量不大于15mL/30min,PH值8～9，密度1.08～1.10g/cm3；
穿过松散层进入基岩采用“GSP广谱护壁剂+Na2CO3+KHm+膨润土”配制的不分散低固相钻井液护壁,其性能要求漏斗粘度20～24s,失水量小于12mL/30min,密度小于1.08～1.10g/cm3，PH值8～9；
使用硅酸盐水泥对下部裸眼段进行人工造壁，具体使用PO42.5型普通硅酸盐水泥对下部裸眼段进行人工造壁，起钻至第一次开孔的套管位置并预留10m水泥塞，其余用钻井泵循环至地面起钻，用钻井泵连接第一次开孔的套管使用清水升压至2MPa，待候凝48小时后，使用Φ94mmPDC无芯钻头和Φ68mm钻铤*80m投孔至470m，循环钻井液观察消耗情况，在使用普通水泥时，往往因其凝固时间过长而不能满足护壁堵漏要求，为了缩短凝结时间必须加入速凝剂，水玻璃就是一种常用的、较好的速凝剂，在水泥中加入2％-3％的水玻璃凝结时间可缩短30％～40％。
人工造壁完成后，继续钻进过程中进行简易水文观测，据图针对采空区顶板以上30m范围内每0.5m记录一次钻井速度，在钻探过程中，准确记录钻进速度，每2m记录一次。预测进入采空区裂隙带开始，应详细记录钻进速度、钻井水位、卡钻、埋钻、掉钻、岩芯破碎及吸风情况，判断主采煤层采空区的带发育状况。
人工造壁技术与传统工艺钻效对比表
人工造壁技术较传统工艺较单井可节约成本16.43万元；具有可观的经济效益，按照人员和材料分析详见分析表。
人员和材料成本分析表
本发明通过在六个钻井中的应用，通过了注水，压浆成功，省去了上部投孔的时间，Φ94mm钻头+Φ50mm钻杆快速钻穿冒落带和采空区，舍弃Φ94mm钻头+Φ68mm钻铤的传统施工艺，可以有效降低埋、卡钻事故。通过对钻探工艺的改革，钻探效率得到提升。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定内。
Claims (6)
1.一种采煤沉陷区治理钻探工程人工造壁方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用钻机配合钻头对沉陷区第四系覆盖层进行第一次开孔，钻探深度在274m；
S2、更换钻头在第一次开孔的基础上进行第二次钻探，选择合理位置，完成第二次钻探；
S3、第二次钻探完成后，下入钻杆到孔底，采用钻机液泵使用稀钻井液大泵量进行循环两周以上；
S4、使用硅酸盐水泥对下部裸眼段进行人工造壁；
S5、人工造壁完成后，继续钻进过程中加强简易水文观测。
2.根据权利要求1所述的一种采煤沉陷区治理钻探工程人工造壁方法，其特征在于，步骤S1的具体步骤包括：钻机采用Φ133mm无心钻头、Φ68mm钻铤*80m、Φ50mm钻杆和Φ89mm六方主动钻杆配合进行第一开孔钻探，第一次开孔钻探的孔径为133mm，钻探结束后下入127mm套管进行水泥固井。
3.根据权利要求1所述的一种采煤沉陷区治理钻探工程人工造壁方法，其特征在于：第二次开孔过程钻机采用Φ94mm无芯钻头、Φ68mm钻铤*65m、Φ50mm钻杆和Φ89mm六方主动钻杆配合在第一次开孔的基础上进行第二次开孔，第二开孔的孔径为94mm，考虑到钻井液消耗情况、静水位、导水裂隙带等原因，在未钻穿沉陷区两带(导水裂隙带和冒落带)以上、钻探深度尽量加深的原则，钻进至470m。
4.根据权利要求1所述的一种采煤沉陷区治理钻探工程人工造壁方法，其特征在于：步骤S3中钻杆采用Φ50mm钻杆，采用内插管方法，孔内钻井液粘度控制在19S以内。
5.根据权利要求1所述的一种采煤沉陷区治理钻探工程人工造壁方法，其特征在于，步骤S4的具体步骤包括：使用PO42.5型普通硅酸盐水泥(加入2％～3％的水玻璃)对下部裸眼段进行人工造壁，起钻至第一次开孔的套管位置并预留10m水泥塞，其余用钻井泵循环至地面起钻，用钻井泵连接第一次开孔的套管使用清水升压至2MPa，待候凝48小时后，使用Φ94mmPDC无芯钻头和Φ68mm钻铤*80m投孔至470m，循环钻井液观察消耗情况。
6.根据权利要求5所述的一种采煤沉陷区治理钻探工程人工造壁方法，其特征在于，水文观测内容包括：针对采空区顶板以上30m范围内每0.5m记录一次钻井速度，在钻探过程中，准确记录钻进速度，每2m记录一次。预测进入采空区裂隙带开始，应详细记录钻进速度、钻井水位、卡钻、埋钻、掉钻、岩芯破碎及吸风情况，判断主采煤层采空区的二带发育状况。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200714 |
|
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