赵福生

(河北省煤田地质局水文地质队)



磁西矿主井井筒预注浆技术

赵福生

(河北省煤田地质局水文地质队)

磁西1#主井设计井筒深980m，传统的全直孔注浆工艺效率低、建井周期长，且不适用于较深的井筒。为此，提出了全S孔注浆方案，使用定向技术与S孔地面预注浆上下两部分平行作业的施工工艺，极大地缩短了施工工期，确保了施工质量。

定向技术S孔预注浆混合式注浆工艺深井井筒

磁西矿区位于河北省邯郸市西南部，西依太行山，东临华北平原，地势西高东低，勘查区地表被第四系松散沉积物及第三系松散及半固结沉积物覆盖，主要为黄土、砾石。钻孔揭露的地层还包括二叠系上统石千峰组、上石盒子组，二叠系下统下石盒子组、山西组，石炭系上统太原组，石炭系中统本溪组，奥陶系中统峰峰组。岩层岩性主要以泥岩、粉砂岩、砂岩、灰岩为主。

磁西1#主井设计井筒深度980m，传统的全直孔注浆工艺不适用于较深的井筒注浆，且效率低，施工周期长，为此，选用石油行业先进的定向技术施工。

1　定向钻进工艺

1.1定向技术

S孔施工技术难点在于定向轨迹的不确定性[1-2]，目前我国地矿行业定向技术相对落后，而国外石油行业的随钻定向技术[3](见图1)通过加速度传感器组、磁通门传感器组和温度传感器等获取钻井参数，经处理成特定格式编码，由脉冲式发生器产生脉冲信号，通过泥浆传递至地表孔口。

图1　钻孔结构

1.2测斜技术

设置在孔口的压力传感器将波动信号传导至DIB，对信号进行转化、滤波、解码、计算等处理后，对钻孔轨迹实时监控，严格控制注浆孔的偏斜。此外，随钻测斜系统通过测量钻杆中的偏斜数据即可及时调整螺杆钻具的弯接头方位，对比传统的测斜工艺，精度与效率都有大幅提升。

2　地面预注浆工艺与技术

2.1注浆圈径、孔数确定

根据井筒基岩段开凿荒径(φ9.0m)、爆破影响带厚度(δ2.5m)和隔水帷幕厚度不小于6m的要求，将爆破对注浆帷幕的影响降低到最小，将注浆孔圈径确定为14.0m，每个注浆孔扩散半径达到8m即可达到注浆效果。

依据注浆经验公式计算，确定注浆孔数为6个。

2.2施工工艺与技术

磁西1#主井井筒预注浆工程采用S孔技术，注浆工程、冻结工程、凿井工程同时进行或穿插进行(见图2)，并首创了立井地面预注浆上下两部分同时施工的平行作业工艺。采用混合式注浆工艺，在岩帽段采用下行式注浆,其他段均采用混合式注浆,以下行注浆为主、上行注浆为辅。岩帽段注单液水泥液,岩帽以下段注黏土水泥浆。单液浆釆用下行注浆方式，黏土水泥浆釆用下行或上、下行结合的方式，检查孔采用上行注浆方式。

6个S孔布置3部钻机，分两段注浆，每台钻机占1个位置，相邻布置2个注浆孔，S1、S3、S5为第一组注浆孔，S2、S4、S6为第二组注浆孔。6个S孔定向至180m进入设计注浆圈径，第一组0～180m下φ177.8mm套管开始循环注浆作业；第二组拖后3个注浆段高，钻进至180m下φ177.8mm套管开始循环注浆作业；巷道内注浆681～780m，先向井筒两侧注浆，井筒中心暂不注浆；第一组注浆至500m时，下φ139.7mm二级套管，用φ118mm钻头继续钻进，循环注浆，第二组注浆至500m，以正常注浆顺序进行下行式注浆。当S孔通过650～770m，自770～980m开始注浆，同时进行巷道补充注浆。

图2　钻机布置

第二组注浆孔按照注浆工序平行作业，巷道注浆在此期间穿插进行，最后第二组注浆孔进行上行试破管补充注浆。此方法大大提高了注浆效果与施工效率，有效缩短了建井周期。

2.3存在的问题及对策

“三同时”平行作业，各工程之间的相互影响是本次井筒预注浆施工过程中遇到的主要问题，工程互相交叉多，工期衔接紧密，相互影响，容许的浮动和变更空间较小，一个环节出现问题，就会影响到整个建井周期。根据设计要求及磁西矿区实际地形地质情况，制定出以下对策：井筒全段掘进过程中严禁超药量爆破，防止击穿注浆防水帷幕，通过破碎层段时减少药量进行浅孔爆破，避免人工裂隙形成新的导水通道，给凿井带来困难；凿井施工遇破碎带时采用短段掘进、快速砌壁浇注，防止堵水帷幕破坏后涌水量逐渐增大。

3　结　语

①本次S注浆孔施工引用了国外石油行业的随钻定向技术，降低了S孔轨迹的不确定性，保证了注浆孔的偏斜严格控制在参数要求范围内，值得在煤炭行业推广应用；②采用平行施工工艺，注浆、冻结、凿井同时进行或穿插进行，相互不影响工期，优化了凿井前期工程的施工工艺，节省了地面预注浆单独占用井口的时间，缩短了建井周期。

[1]安亚昆,王强,王营，等.煤田地质超深孔钻探技术及其应用[J].科技创新导报,2012(16):83-84.

[2]刘东柱.煤田地质超深孔钻探技术及应用[J].矿业论坛,2011(25):337-420.

[3]宋传军.油田定向井随钻信号及处理[D].大庆:东北石油大学,2011.

2016-03-17)

赵福生(1963—)，男，工程师，056000 河北省邯郸市邯郸县华山东路9号。