一種單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，包括如下步驟：(a)進行地質(zhì)調(diào)查，確定地層傾角大小及地層發(fā)生漏失可能性；(b)安裝定向鉆機，鉆進定向孔，通過鉆桿柱注漿；(c)安裝反井鉆機；(d)導(dǎo)孔鉆進；(e)擴孔鉆進；(f)井壁支護。本發(fā)明適用于：地層傾角大，容易發(fā)生鉆孔偏斜；存在局部破碎、溶洞或其它鉆井漿液漏失風(fēng)險的地層。
【專利說明】一種單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鉆井工藝，特別涉及一種單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]現(xiàn)有巖石地層礦井建設(shè)工程，多采用普通法鑿井施工，需要工作人員下到幾百米深的狹小開挖工作面，用鉆機機具鉆爆破孔、裝炸藥、工作面爆破、將爆破破碎的巖石通過吊桶提升到地面、工作面排水、然后進行支護等作業(yè)。機械化水平低、勞動力投入多、工作環(huán)境艱苦、安全條件差、事故時有發(fā)生，且爆破對圍巖擾動較大，原巖應(yīng)力變化大，支護困難。其中裝巖、排水等工序占總施工時間的三分之一到三分之二，施工速度慢(30-40m/月)。在實際施工過程中，由于這些礦井井筒工程有約20 %具有下部巷道(隧道)，因此可以采用反井鉆機施工。反井鉆井施工工藝具有勞動強度低、成井質(zhì)量好、速度快、工效高及人身安全有可靠地保障等優(yōu)點。但是，現(xiàn)有的普通反井鉆技術(shù)是通過導(dǎo)孔鉆進、擴孔鉆進完成一個小直徑的井筒(l_3m)，不能滿足井筒功能要求，需要經(jīng)過一次或多次刷井作業(yè)，其和普通法鑿井有許多類似之處，都需布置提絞設(shè)備和井架，在井內(nèi)鋪設(shè)壓風(fēng)、供水、下料等各種管線，在刷井過程中靠打眼放炮破碎巖石，進行臨時支護和永久支護。井筒中除布置吊盤外，還有封閉溜矸石孔的封口盤，其施工工序為打眼爆破-清除巖渣(巖渣通過溜矸孔溜到下水平)_臨時支護-永久支護。
[0003]另外，鉆孔漏失是反井鉆進的復(fù)雜問題之一，也是影響反井鉆井工程的工程質(zhì)量與效率的關(guān)鍵因素之一。鉆孔漏失是指反井鉆井導(dǎo)孔鉆井工程中，遇到裂隙地層、孔洞地層和高滲漏地層時，出現(xiàn)鉆井液漏失，循環(huán)中斷，破碎巖屑難以返上地面，地層失去泥漿的護壁支撐作用，容易導(dǎo)致卡鉆、埋鉆等孔內(nèi)事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響反井鉆井工程質(zhì)量和效率?，F(xiàn)有技術(shù)的反井鉆井工藝存在如下技術(shù)缺陷:(I)地層傾角大，鉆進時容易發(fā)生鉆孔偏斜；
(2)傳統(tǒng)反井鉆井工藝不能適用于存在局部破碎、溶洞或其它鉆井漿液漏失風(fēng)險的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于地層傾角大、存在局部破碎、溶洞或其它鉆井漿液漏失風(fēng)險地層的單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:一種單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，包括如下步驟:
[0006](a)進行地質(zhì)調(diào)查，確定地層傾角大小及地層發(fā)生漏失可能性；
[0007](b)安裝定向鉆機，鉆進定向孔，通過鉆桿柱注漿；
[0008](c)安裝反井鉆機；
[0009](d)導(dǎo)孔鉆進；
[0010](e)擴孔鉆進；
[0011](f)井壁支護。
[0012]上述單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，在地層可能會發(fā)生漏失時，在步驟(a)中首先確定地層漏失位置；在施工之前，對地質(zhì)、設(shè)計部門提供的地質(zhì)資料進行調(diào)查，在井筒附近打工程檢查孔，并詳細(xì)收集臨近開鑿井筒的地質(zhì)和水文情況，并進行對照核實及分析研究，以便調(diào)查清楚地層的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況；開挖反井鉆機基礎(chǔ)和定向鉆井基礎(chǔ)，燒筑混凝土基礎(chǔ)；安裝定向鉆機，鉆進直徑120mm定向孔；鉆孔開孔后,監(jiān)測鉆孔的返水返渣情況，發(fā)現(xiàn)返水量減小60%以上或不返水時，再提出鉆桿，在已完成導(dǎo)孔位置下放井下鉆孔電視，確定并標(biāo)記導(dǎo)孔漏失位置。
[0013]上述單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，在步驟(b)中:當(dāng)遇到地層洗井液漏失、地層破碎或溶洞時，繼續(xù)鉆進，直至鉆進到破碎地層下部穩(wěn)定位置；然后上提鉆具到需封漏失層上部2.5-3.5米，下放止?jié){塞到復(fù)雜地層上部固定；將水泥漿液從鉆桿柱內(nèi)注入，注漿漿液注入前:先向鉆桿柱內(nèi)放入20cm厚的可分解紙張，再注入比重小于1.03、粘度為25?34s且pH為10?12的PHP液體，PHP液體由水、膨潤土、聚丙烯酰胺、碳酸鈉和氫氧化鈉組成，先將水、聚丙烯酰胺與膨潤土攪拌成泥漿，然后在泥漿中加入碳酸鈉和氫氧化鈉，最后再注入水泥漿液；然后合上鉆機鉆進，同時啟動水泵往孔內(nèi)送清水,使鉆桿柱內(nèi)的水泥漿液直接進入漏失孔內(nèi)，按照鉆孔深度2.5倍靜水壓力，作為注漿終壓。
[0014]上述單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，在步驟(b)中:地層傾角大于等于45度時，鉆進通過風(fēng)化帶后，采用孔口止?jié){方式，進行注漿，注漿壓力1.5倍鉆孔深度水壓，注漿材料采用水泥漿加聚氨酯復(fù)合注漿材料，可以利用聚氨酯的可發(fā)泡凝固速度快的優(yōu)良性能和水泥漿的成本低廉等優(yōu)點。
[0015]上述單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，注漿后繼續(xù)掃孔鉆進，遇到地層變化時，重復(fù)上述操作，直到鉆孔和下部巷道貫通；提出鉆具，更換鉆頭，再由上向下擴大鉆孔，根據(jù)定向鉆機能力，加大鉆頭直徑，使鉆頭直徑不小于216mm。
[0016]上述單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，在步驟(C)和步驟(d)中:鉆孔擴大完成后，拆除定向鉆機，安裝ZFY5.0/600型反井鉆機，反井鉆機導(dǎo)孔直徑為280mm，繼續(xù)擴大導(dǎo)孔，直至和下部巷道貫通。
[0017]上述單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，在步驟(e)中:拆掉導(dǎo)孔鉆頭，連接擴孔鉆頭，由下向上擴孔鉆進；孔口鉆頭露出地面后，拆掉反井鉆機，提出擴孔鉆頭，反井鉆井成井。
[0018]上述單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，在步驟(e)中:利用井架和提絞設(shè)備，井筒內(nèi)設(shè)置吊盤，通過配備一套單鉤提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)下放材料和人員功能，用整體式金屬模板砌壁，無縫鋼管下放混凝土，澆筑井壁；對于穩(wěn)定地層，利用進行錨桿噴漿支護，完成井筒全部作業(yè)。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的技術(shù)方案特別適用于如下情況:地層傾角大，容易發(fā)生鉆孔偏斜；通過鉆桿柱注漿，加固了漏失地層，封堵漏失位置，造用于存在局部破碎、溶洞或其它鉆井漿液漏失風(fēng)險的地層，可用于高滲地層堵漏施工；整個井孔總體巖石相對穩(wěn)定，沒有超過20m2/h涌水危險。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝的216mm單孔注漿施工示意圖；[0021]圖2為本發(fā)明單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝的350mm導(dǎo)孔鉆進施工示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝的5.0mm擴孔施工示意圖?！揪唧w實施方式】
[0023]如圖1至圖3所示，本實施例一種單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，在晉城趙莊西范反井工程中進行試驗，包括如下步驟:
[0024](a)首先確定地層漏失位置；在施工之前，對地質(zhì)、設(shè)計部門提供的地質(zhì)資料進行調(diào)查，在井筒附近打工程檢查孔，并詳細(xì)收集臨近開鑿井筒的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，并進行對照核實及分析研究，以便調(diào)查清楚表土的地質(zhì)水文情況；開挖反井鉆機基礎(chǔ)和定向鉆井基礎(chǔ)，燒筑混凝土基礎(chǔ)；安裝定向鉆機，鉆進直徑120mm定向孔；鉆孔開孔后,監(jiān)測鉆孔的返水返渣情況，發(fā)現(xiàn)返水量減小60%以上或不返水時，再提出鉆桿，在已完成導(dǎo)孔位置下放井下鉆孔電視，確定并標(biāo)記導(dǎo)孔漏失位置。
[0025](b)安裝定向鉆機,鉆進定向孔,通過鉆桿柱注衆(zhòng)。
[0026]地層傾角大時，鉆進通過風(fēng)化帶后，采用孔口止?jié){方式，進行注漿，注漿壓力1.5倍鉆孔深度水壓，注漿材料采用水泥漿加聚氨酯的復(fù)合注漿材料，可以利用聚氨酯的可發(fā)泡凝固速度快的優(yōu)良性能和水泥漿的成本低廉等優(yōu)點。
[0027]注漿后繼續(xù)掃孔鉆進，當(dāng)遇到地層洗井液漏失、地層破碎或溶洞時，繼續(xù)鉆進，直至鉆進到破碎地層下部穩(wěn)定位置；然后上提鉆具到需封漏失層上部3米，下放止?jié){塞到復(fù)雜地層上部固定；將水泥漿液從鉆桿柱內(nèi)注入,注漿漿液注入前:先向鉆桿柱內(nèi)放入20cm厚的可分解紙張(如衛(wèi)生紙)，再注入比重小于1.03、粘度為25~34s且pH為10~12的PHP液體，PHP液體由水、膨潤土、聚丙烯酰胺、碳酸鈉和氫氧化鈉組成【注:本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)PHP液體的比重、粘度和pH就能夠得出水、膨潤土、聚丙烯酰胺、碳酸鈉和氫氧化鈉之間的配比，無需付出任何創(chuàng)造性勞動；粘度是用漏斗粘度計測定，此為現(xiàn)有技術(shù)】，先將水、聚丙烯酰胺與膨潤土攪拌成泥漿，然后在泥漿中加入碳酸鈉和氫氧化鈉，最后再注入水泥漿液；然后合上鉆機鉆進，同時啟動水泵往孔內(nèi)送清水，使鉆桿柱內(nèi)的水泥漿液直接進入漏失孔內(nèi)，按照鉆孔深度2.5倍靜水壓力，作為注漿終壓。這種灌注特點可以隨意調(diào)節(jié)水灰比例的大小、并能向水泥漿液內(nèi)加入惰性材料；直接將稠泥漿送到所要封堵孔段，凝固時間短，封孔成功率達(dá)100%。
[0028]繼續(xù)掃孔鉆進，遇到地層變化時，重復(fù)上述操作，直到鉆孔和下部巷道貫通；提出鉆具，更換鉆頭，再由上向下擴大鉆孔，根據(jù)定向鉆機能力，加大鉆頭直徑，使鉆頭直徑不小于 216mm。
[0029](c)安裝反井鉆機:鉆孔擴大完成后，拆除定向鉆機，安裝ZFY5.0/600型反井鉆機，反井鉆機導(dǎo)孔直徑為280mm。
[0030](d)導(dǎo)孔鉆進:繼續(xù)擴大導(dǎo)孔，直至和下部巷道貫通。
[0031](e)擴孔鉆進:拆掉導(dǎo)孔鉆頭，連接擴孔鉆頭，由下向上擴孔鉆進；孔口鉆頭露出地面后，拆掉反井鉆機，提出擴孔鉆頭，反井鉆井成井。
[0032](f)井壁支護:利用井架和提絞設(shè)備，井筒內(nèi)設(shè)置吊盤，通過配備一套單鉤提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)下放材料和人員功能，用整體式金屬模板砌壁，無縫鋼管下放混凝土，澆筑井壁；對于穩(wěn)定地層，利用進行錨桿噴漿支護，完成井筒全部作業(yè)。
[0033]在晉城趙莊西范反井工程試驗中:鉆井深度為539米，鉆井直徑為1.8米；在經(jīng)過局部破碎、溶洞等高滲地層及存在鉆井漿液漏失風(fēng)險時，堵漏成功率達(dá)100%，成井之后的偏斜率僅為0.196%。
[0034]上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明創(chuàng)造所作的舉例，而并非對本發(fā)明創(chuàng)造【具體實施方式】的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造權(quán)利要求的保護范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，其特征在于，包括如下步驟: (a)進行地質(zhì)調(diào)查，確定地層傾角大小及地層發(fā)生漏失可能性； (b)安裝定向鉆機，鉆進定向孔，通過鉆桿柱注衆(zhòng)； (C)安裝反井鉆機； (d)導(dǎo)孔鉆進； (e)擴孔鉆進； (f)井壁支護。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，其特征在于，在地層可能會發(fā)生漏失時，在步驟(a)中首先確定地層漏失位置；在施工之前，對地質(zhì)、設(shè)計部門提供的地質(zhì)資料進行調(diào)查，在井筒附近打工程檢查孔，并詳細(xì)收集臨近開鑿井筒的地質(zhì)和水文情況，并進行對照核實及分析研究，以便調(diào)查清楚地層的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況；開挖反井鉆機基礎(chǔ)和定向鉆井基礎(chǔ)，燒筑混凝土基礎(chǔ)；安裝定向鉆機，鉆進直徑120mm定向孔；鉆孔開孔后，監(jiān)測鉆孔的返水返渣情況，發(fā)現(xiàn)返水量減小60%以上或不返水時，再提出鉆桿，在已完成導(dǎo)孔位置下放井下鉆孔電視，，確定并標(biāo)記導(dǎo)孔漏失位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，其特征在于，在步驟(b)中:當(dāng)遇到地層洗井液漏失、地層破碎或溶洞時，繼續(xù)鉆進，直至鉆進到破碎地層下部穩(wěn)定位置；然后上提鉆具到需封漏失層上部2.5-3.5米，下放止?jié){塞到復(fù)雜地層上部固定；將水泥漿液從鉆桿柱內(nèi)注入，注漿漿液注入前:先向鉆桿柱內(nèi)放入20cm厚的可分解紙張，再注入比重小于1.03、粘度為25~34s且pH為10~12的PHP液體，PHP液體由水、膨潤土、聚丙烯酰胺、碳酸鈉和氫氧化鈉組成，先將水、聚丙烯酰胺與膨潤土攪拌成泥漿，然后在泥漿中加入碳酸鈉和氫氧化鈉，最后再注入水泥漿液；然后合上鉆機鉆進，同時啟動水泵往孔內(nèi)送清水，使鉆桿柱內(nèi)的水泥漿液直接進入漏失孔內(nèi)，按照鉆孔深度2.5倍靜水壓力，作為注漿終壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，其特征在于，在步驟(b)中:地層傾角大于等于45度時，鉆進通過風(fēng)化帶后，采用孔口止?jié){方式，進行注漿，注漿壓力1.5倍鉆孔深度水壓，注漿材料采用水泥漿加聚氨酯的復(fù)合注漿材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，其特征在于，注漿后繼續(xù)掃孔鉆進，遇到地層變化時，重復(fù)上述操作，直到鉆孔和下部巷道貫通；提出鉆具，更換鉆頭，再由上向下擴大鉆孔，根據(jù)定向鉆機能力，加大鉆頭直徑，使鉆頭直徑不小于216mm0
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，其特征在于，在步驟(c)和步驟(d)中:鉆孔擴大完成后，拆除定向鉆機，安裝ZFY5.0/600型反井鉆機,反井鉆機導(dǎo)孔直徑為280_，繼續(xù)擴大導(dǎo)孔，直至和下部巷道貫通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，其特征在于，在步驟(e)中:拆掉導(dǎo)孔鉆頭，連接擴孔鉆頭，由下向上擴孔鉆進；孔口鉆頭露出地面后，拆掉反井鉆機，提出擴孔鉆頭，反井鉆井成井。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單孔定向鉆進局部注漿反井鉆井工藝，其特征在于，在步驟(e)中:利用井架和提絞設(shè)備，井筒內(nèi)設(shè)置吊盤，通過配備一套單鉤提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)下放材料和人員功能，用整體式金屬模板砌壁，無縫鋼管下放混凝土，澆筑井壁；對于穩(wěn)定地層，利用進行錨桿噴漿支護 ，完成井筒全部作業(yè)。
【文檔編號】E21B7/04GK103835651SQ201310542187
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】劉志強, 姜浩亮, 汪船, 荊國業(yè), 王強, 孫建榮 申請人:北京中煤礦山工程有限公司