CN115387793B - 一种煤矿区大直径透巷孔终孔固井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿区大直径透巷孔终孔固井方法，方法通过在井下巷道顶板贯通点制造人工井底，以实现终孔套管与终孔壁之间环空间隙密封，终孔成孔后下入孔内的套管串特定位置连接分级箍，以实现固井纯水泥浆液泵入终孔套管时，触发激活分级箍，使分级箍于终孔套管内特定位置承压密封套管内环空，分级箍侧向孔打开，进而有效建立固井纯水泥浆正循环流动。本发明能解决大直径透巷孔终孔下入套管后无法实现纯水泥浆正循环固井作业问题，实现高效高质量固井。
Description
技术领域
本发明属于煤矿区透巷钻孔工程领域，具体涉及一种煤矿区大直径透巷孔终孔固井方法。
背景技术
大直径透巷钻孔成孔技术广泛被应用于煤矿区瓦斯抽排、线缆布设、采空区沉陷治理、供排水、透巷救援及输送材料等。为了建立地面与井下巷道连通的永久性通道，大直径透巷孔全孔段必须下入套管及实施纯水泥固井，以此实现预防大直径透巷孔成孔后长期裸眼状态下，进而致使孔眼不稳定坍塌掉块，更甚严重整个大直径透巷孔报废。
煤矿区大直径透巷孔成孔过程常采用多开次钻进的孔身结构方式。一开通常以实钻进至稳定基岩以下5～10m左右，下入表层套管采用纯水泥浆正循环方式固井，水泥浆返至地面。侯凝结束，利用小尺寸钻头实施导向孔勘查透巷，实现地面与井下巷道贯通，随后采用可承压性的可钻式桥塞暂时密封导向孔与井下巷道贯通点一定长度孔段，进而能够建立后续分级扩孔钻进过程钻井液正常循环，以及能够建立中间开次孔段下入技术套管后固井过程纯水泥浆正循环。大直径透巷孔终孔扩孔作业钻铣掉可钻式桥塞，实现再次大直径孔的地面与井下巷道贯通，时至终孔的孔径扩孔至设计标准过程，此扩孔钻进过程中无法建立正常钻井液循环，岩屑与钻井液无法循环返至地面，只能流入井下巷道。大直径透巷孔终孔使得地面与井下贯通，下入套管后无法实现纯水泥浆正循环固井作业；同时利用往套管与终孔壁之间的环空间隙内灌入纯水泥浆也无法实现固井作业。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种煤矿区大直径透巷孔终孔固井方法，解决大直径透巷孔终孔下入套管后无法实现纯水泥浆正循环固井作业问题，以实现大直径透巷孔终孔高质量固井。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种煤矿区大直径透巷孔终孔固井方法，该方法能在大直径透巷孔将地面与井下巷道贯通后，实现终孔固井；包括以下步骤：
步骤1，向大直径透巷孔中下入终孔套管，终孔套管下深至巷道内；该终孔套管下部外壁周向固定有多个厚钢块，厚钢块距离终孔套管下端面1m；在厚钢块对应的终孔套管段缠绕有马丽散，缠绕马丽散的厚度不超过大直径透巷孔成孔尺寸；
步骤2，将终孔套管提起且保持终孔套管下端向下超出巷道顶板1m，同时从上到下依次触发终孔套管外壁的马丽散发泡膨胀，以形成马丽散充填密封段，从而密封巷道贯通点以上附近的孔壁和终孔套管之间的环隙；
步骤3，借助风泵从巷道向马丽散充填密封段插入多个细管，每个细管竖向布设，多个细管绕终孔套管外周向布设，细管穿过马丽散充填密封段，同时向马丽散充填密封段上方的孔壁和终孔套管之间的环隙注入15m长的速凝型纯水泥浆，形成纯水泥充填密封段；
步骤4，在巷道顶板处安装托底钢板组件，托底钢板组件位于厚钢块下端的终孔套管外，托底钢板组件能托住厚钢块，实现下入大直径透巷孔内的终孔套管托底锚固于巷道顶板，在终孔套管伸出地面段外壁焊接井口坐卡，实现终孔套管双重固定，得到人工井底，待纯水泥充填密封段侯凝至少72小时后，进行下一步正循环固井；
步骤5，在地面投球入终孔套管内，通过固井泵车泵入前置液憋压触发终孔套管内的分级箍，分级箍的销钉切段，分级箍的滑套沿着挡筒滑动至限位环，前置液从分级箍侧面孔流出，并从终孔套管与孔壁间环隙返至地面，建立地面与井底正常液体循环，同时前置液清洗终孔套管与孔壁环空间隙，然后通过固井泵车泵入提前配制所需量的固井纯水泥浆，形成固井水泥浆循环流线；通过顶替液推动碰压胶塞从终孔套管内顶部向井底移动，碰压固井结束，关闭井口，固井侯凝至少72小时后，通过在终孔套管内下入相匹配钻具组合，扫塞破碎固井过程辅助的碰压胶塞及分级箍内部结构，实现最终地面与井下巷道贯通，最终建立地面与井下巷道连通的永久性通道。
本发明还包括如下技术特征：
具体的，所述厚钢块与终孔套管之间摩擦焊接；厚钢块有六个，六个厚钢块沿终孔套管外壁周向均布。
具体的，所述托底钢板组件包括中心开孔的小尺寸托底钢板、中心开孔的大尺寸托底钢板以及锚杆和螺栓；小尺寸托底钢板套在终孔套管外，且小尺寸托底钢板托在厚钢块和顶板下，大尺寸托底钢板套在终孔套管外，且大尺寸托底钢板托在小尺寸托底钢板下，通过锚杆和螺栓将大尺寸托底钢板固定在巷道顶板下。
具体的，所述小尺寸托底钢板和大尺寸托底钢板均为方形结构，二者的中心开孔直径小于各厚钢块所围成外圆的直径，且略大于终孔套管外径，从而使终孔套管能穿过中心开孔而厚钢块不能穿过；锚杆有四个，分别位于大尺寸托底钢板四角位置。
具体的，所述分级箍包括滑套、挡筒、外筒、销钉、密封圈和限位环，其中，滑套、挡筒和外筒从内到外依次套装，销钉贯穿滑套、挡筒和外筒的上部侧壁，挡筒和外筒上设有分级箍侧面孔，分级箍侧面孔位于销钉下方，密封圈设在挡筒和外筒之间，密封圈位于分级箍侧面孔下方，限位环固定在外筒内壁且位于挡筒下端，限位环的内径小于滑套的外径从而滑套下落在限位环上，滑套下端与限位环的距离大于滑套上端与分级箍侧面孔的距离，从而滑套下落至限位环上时，分级箍侧面孔能连通终孔套管内外。
具体的，所述分级箍同轴固定在终孔套管内壁，并与终孔套管之间通过螺纹或摩擦焊连接。
具体的，所述分级箍侧面孔的位置高于纯水泥充填密封段；分级箍侧面孔高出纯水泥充填密封段上端至少3m，以防止固井纯水泥浆循环阻塞而无法实现固井。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明通过建立终孔成孔下入套管后的纯水泥浆正循环，进而实现高效高质量固井；该方法通过在井下巷道顶板贯通点制造人工井底，以实现套管与终孔壁之间环空间隙密封；终孔成孔后下入孔内的套管串特定位置连接分级箍，以实现固井纯水泥浆液泵入套管时，触发激活分级箍，使分级箍于套管内特定位置承压密封套管内环空，分级箍侧向孔打开，进而有效建立固井纯水泥浆正循环流动，高效实现大直径透巷孔终孔高质量固井。
附图说明
图1为本发明大直径透巷孔内人工井底示意图；
图2为本发明终孔套管及其厚钢块结构示意图；
图3为本发明大尺寸托底钢板与锚杆穿孔螺栓连接示意图；
图4为本发明小尺寸托底钢板示意图。
图中各个标号的含义为：
1.地面，2.巷道，3.终孔套管，301.厚钢块，4.马丽散充填密封段，5.纯水泥充填密封段，6.托底钢板组件，601.小尺寸托底钢板，602.大尺寸托底钢板，603.锚杆，604.螺栓，7.进口坐卡，8.分级箍，801.滑套，802.挡筒，803.外筒，804.销钉，805.密封圈，806.限位环，807.分级箍侧面孔。
具体实施方式
本发明方法通过在井下巷道顶板贯通点制造人工井底，以实现终孔套管与终孔壁之间环空间隙密封，终孔成孔后下入孔内的套管串特定位置连接分级箍，以实现固井纯水泥浆液泵入终孔套管时，触发激活分级箍，使分级箍于终孔套管内特定位置承压密封套管内环空，分级箍侧向孔打开，进而有效建立固井纯水泥浆正循环流动，进而实现高效高质量固井。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
如图1至图4所示，本实施例提供一种煤矿区大直径透巷孔终孔固井方法，该方法能在大直径透巷孔将地面1与井下巷道2贯通后，实现终孔固井；包括以下步骤：
步骤1，向大直径透巷孔中下入终孔套管3，终孔套管3下深至巷道2内；该终孔套管3下部外壁周向固定有多个厚钢块301，厚钢块301距离终孔套管3下端面1m；在厚钢块301对应的终孔套管3段缠绕有马丽散，缠绕马丽散的厚度不超过大直径透巷孔成孔尺寸；
步骤2，将终孔套管3提起且保持终孔套管3下端向下超出巷道2顶板1m，同时从上到下依次触发终孔套管3外壁的马丽散发泡膨胀，以形成马丽散充填密封段4，从而密封巷道2贯通点以上附近的孔壁和终孔套管3之间的环隙；
步骤3，借助风泵从巷道向马丽散充填密封段4插入多个细管，每个细管竖向布设，多个细管绕终孔套管3外周向布设，细管穿过马丽散充填密封段4，同时向马丽散充填密封段4上方的孔壁和终孔套管3之间的环隙注入15m长的速凝型纯水泥浆，形成纯水泥充填密封段5；纯水泥浆比重满足固井要求；
步骤4，在巷道2顶板处安装托底钢板组件6，托底钢板组件6位于厚钢块301下端的终孔套管3外，托底钢板组件6能托住厚钢块301，实现下入大直径透巷孔内的终孔套管3托底锚固于巷道2顶板，在终孔套管3伸出地面段外壁焊接井口坐卡7，实现终孔套管3双重固定，得到人工井底，待纯水泥充填密封段5侯凝至少72小时后，进行下一步正循环固井；
步骤5，在地面投球入终孔套管3内，通过固井泵车泵入前置液憋压触发终孔套管3内的分级箍8，分级箍8的销钉804切段，分级箍8的滑套801沿着挡筒802滑动至限位环806，前置液从分级箍侧面孔807流出，并从终孔套管3与孔壁间环隙返至地面，建立地面与井底正常液体循环，同时前置液清洗终孔套管3与孔壁环空间隙，然后通过固井泵车泵入提前配制所需量的固井纯水泥浆，形成固井水泥浆循环流线；通过顶替液推动碰压胶塞从终孔套管3内顶部向井底移动，碰压固井结束，关闭井口，固井侯凝至少72小时后，通过在终孔套管3内下入相匹配钻具组合，扫塞破碎固井过程辅助的碰压胶塞及分级箍8内部结构，实现最终地面与井下巷道贯通，最终建立地面与井下巷道连通的永久性通道。
厚钢块301与终孔套管3之间摩擦焊接；本实施例中，厚钢块301有六个，六个厚钢块301沿终孔套管3外壁周向均布，其他实施方式中，可以根据实际需要设置厚钢块301的数量。
托底钢板组件6包括中心开孔的小尺寸托底钢板601、中心开孔的大尺寸托底钢板602以及锚杆603和螺栓604；小尺寸托底钢板601套在终孔套管3外，且小尺寸托底钢板托601在厚钢块301和巷道2顶板下，大尺寸托底钢板602套在终孔套管3外，且大尺寸托底钢板602托在小尺寸托底钢板601下，通过锚杆603和螺栓604将大尺寸托底钢板602固定在巷道2顶板下。
具体的，小尺寸托底钢板601和大尺寸托底钢板602均为方形结构，二者的中心开孔直径小于各厚钢块301所围成外圆的直径，且略大于终孔套管3外径，从而使终孔套管3能穿过中心开孔而厚钢块301不能穿过；锚杆603有四个，分别位于大尺寸托底钢板602四角位置。
分级箍8包括滑套801、挡筒802、外筒803、销钉804、密封圈805和限位环806，其中，滑套801、挡筒802和外筒803从内到外依次套装，销钉804贯穿滑套801、挡筒802和外筒803的上部侧壁，挡筒802和外筒803上设有分级箍侧面孔807，分级箍侧面孔807位于销钉804下方，密封圈805设在挡筒802和外筒803之间，密封圈805位于分级箍侧面孔807下方，限位环806固定在外筒803内壁且位于挡筒802下端，限位环806的内径小于滑套801的外径从而滑套801下落在限位环806上，滑套801下端与限位环806的距离大于滑套801上端与分级箍侧面孔807的距离，从而滑套801下落至限位环806上时，分级箍侧面孔807能连通终孔套管3内外。本实施例中，销钉804和分级箍侧面孔807均设有多个。
分级箍8同轴固定在终孔套管3内壁，若所需分级箍为API标准尺寸，其两端与套管之间通过螺纹连接，否则其两端与套管之间通过摩擦焊连接。
分级箍侧面孔807的位置高于纯水泥充填密封段5；分级箍8连接于套管串特定位置，分级箍侧面孔807高出纯水泥充填密封段5上端至少3m，以防止固井纯水泥浆循环阻塞而无法实现固井。
Claims (7)
1.一种煤矿区大直径透巷孔终孔固井方法，其特征在于，该方法能在大直径透巷孔将地面与井下巷道贯通后，实现终孔固井；包括以下步骤：
步骤1，向大直径透巷孔中下入终孔套管，终孔套管下深至巷道内；该终孔套管下部外壁周向固定有多个厚钢块，厚钢块距离终孔套管下端面1m；在厚钢块对应的终孔套管段缠绕有马丽散，缠绕马丽散的厚度不超过大直径透巷孔成孔尺寸；
步骤2，将终孔套管提起且保持终孔套管下端向下超出巷道顶板1m，同时从上到下依次触发终孔套管外壁的马丽散发泡膨胀，以形成马丽散充填密封段，从而密封巷道贯通点以上附近的孔壁和终孔套管之间的环隙；
步骤3，借助风泵从巷道向马丽散充填密封段插入多个细管，每个细管竖向布设，多个细管绕终孔套管外周向布设，细管穿过马丽散充填密封段，同时向马丽散充填密封段上方的孔壁和终孔套管之间的环隙注入15m长的速凝型纯水泥浆，形成纯水泥充填密封段；
步骤4，在巷道顶板处安装托底钢板组件，托底钢板组件位于厚钢块下端的终孔套管外，托底钢板组件能托住厚钢块，实现下入大直径透巷孔内的终孔套管托底锚固于巷道顶板，在终孔套管伸出地面段外壁焊接井口坐卡，实现终孔套管双重固定，得到人工井底，待纯水泥充填密封段侯凝至少72小时后，进行下一步正循环固井；
步骤5，在地面投球入终孔套管内，通过固井泵车泵入前置液憋压触发终孔套管内的分级箍，分级箍的销钉切段，分级箍的滑套沿着挡筒滑动至限位环，前置液从分级箍侧面孔流出，并从终孔套管与孔壁间环隙返至地面，建立地面与井底正常液体循环，同时前置液清洗终孔套管与孔壁环空间隙，然后通过固井泵车泵入提前配制所需量的固井纯水泥浆，形成固井水泥浆循环流线；通过顶替液推动碰压胶塞从终孔套管内顶部向井底移动，碰压固井结束，关闭井口，固井侯凝至少72小时后，通过在终孔套管内下入相匹配钻具组合，扫塞破碎固井过程辅助的碰压胶塞及分级箍内部结构，实现最终地面与井下巷道贯通，最终建立地面与井下巷道连通的永久性通道。
2.如权利要求1所述的煤矿区大直径透巷孔终孔固井方法，其特征在于，所述厚钢块与终孔套管之间摩擦焊接；厚钢块有六个，六个厚钢块沿终孔套管外壁周向均布。
3.如权利要求1所述的煤矿区大直径透巷孔终孔固井方法，其特征在于，所述托底钢板组件包括中心开孔的小尺寸托底钢板、中心开孔的大尺寸托底钢板以及锚杆和螺栓；小尺寸托底钢板套在终孔套管外，且小尺寸托底钢板托在厚钢块和顶板下，大尺寸托底钢板套在终孔套管外，且大尺寸托底钢板托在小尺寸托底钢板下，通过锚杆和螺栓将大尺寸托底钢板固定在巷道顶板下。
4.如权利要求3所述的煤矿区大直径透巷孔终孔固井方法，其特征在于，所述小尺寸托底钢板和大尺寸托底钢板均为方形结构，二者的中心开孔直径小于各厚钢块所围成外圆的直径，且略大于终孔套管外径，从而使终孔套管能穿过中心开孔而厚钢块不能穿过；锚杆有四个，分别位于大尺寸托底钢板四角位置。
5.如权利要求1所述的煤矿区大直径透巷孔终孔固井方法，其特征在于，所述分级箍包括滑套、挡筒、外筒、销钉、密封圈和限位环，其中，滑套、挡筒和外筒从内到外依次套装，销钉贯穿滑套、挡筒和外筒的上部侧壁，挡筒和外筒上设有分级箍侧面孔，分级箍侧面孔位于销钉下方，密封圈设在挡筒和外筒之间，密封圈位于分级箍侧面孔下方，限位环固定在外筒内壁且位于挡筒下端，限位环的内径小于滑套的外径从而滑套下落在限位环上，滑套下端与限位环的距离大于滑套上端与分级箍侧面孔的距离，从而滑套下落至限位环上时，分级箍侧面孔能连通终孔套管内外。
6.如权利要求5所述的煤矿区大直径透巷孔终孔固井方法，其特征在于，所述分级箍同轴固定在终孔套管内壁，并与终孔套管之间通过螺纹或摩擦焊连接。
7.如权利要求5所述的煤矿区大直径透巷孔终孔固井方法，其特征在于，所述分级箍侧面孔的位置高于纯水泥充填密封段；分级箍侧面孔高出纯水泥充填密封段上端至少3m，以防止固井纯水泥浆循环阻塞而无法实现固井。
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