一种应用于煤矿区透巷孔终孔地面固井方法与流程

本发明属于煤矿区透巷钻孔工程，涉及一种应用于煤矿区透巷孔终孔地面固井方法。

背景技术：

1、煤矿区透巷钻孔应用范围较为广泛，诸如瓦斯抽采、线缆布设、供排水、透巷救援及输送材料等。为了保障透巷孔使用的永久性，透巷孔终孔的全井段必须进行下套管固井作业。然而，透巷孔终孔钻进结束后，终孔井底与巷道连通，下入终孔套管后，终孔套管与终孔壁之间存在间隙，因此，无法采用水泥浆正循环方法固井。现今，为了保障煤矿区透巷钻孔终孔能够采用水泥浆正循环固井，提出在煤矿透巷孔透巷点下部巷道内通过制作人工井底以此来实现终孔套管壁与终孔套管之间环空底部的密封，同时借助分级箍固井技术以此实现透巷孔终孔水泥浆正循环固井。

2、然而，针对于煤矿区透巷孔应用于特殊情况下，且该情况下无法满足在煤矿井下制作人工井底，如透巷孔与煤矿巷道连通点正下方巷道内为积水仓或者密封不通风等特殊条件，通过采用现有的煤矿区透巷孔终孔固井方法难以实现水泥浆正循环固井。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种应用于煤矿区透巷孔终孔地面固井方法，以解决现有的煤矿区透巷孔终孔固井方法难以实现水泥浆正循环固井等问题。

2、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：

3、一种应用于煤矿区透巷孔终孔地面固井方法，包括以下步骤：

4、步骤1，在透巷孔终孔内下入终孔套管串；所述终孔套管串包括从下向上依次相接的盲引导头、封隔器或水泥伞、抗压终孔套管、承压短套和终孔套管以及设在终孔套管内壁的分级箍；终孔套管串上端靠近地面处通过井口坐卡悬挂固定于一开套管上；封隔器或水泥伞靠近透巷孔终孔与巷道连通点处；透巷孔终孔与巷道连通点处以上3～5m范围内，终孔内径规则时则采用封隔器，终孔内径不规则时则采用水泥伞；

5、步骤2：终孔内径规则时，向终孔套管串泵入高压钻井液，高压钻井液憋压使封隔器膨胀，膨胀后的封隔器与透巷孔终孔壁之间紧密贴合，以初步建立终孔套管串与终孔壁之间环空底部密封；终孔内径不规则时，在下终孔套管串过程中，水泥伞始终与终孔壁贴合；

6、步骤3：从地面下入射孔仪器设备至抗压终孔套管处，对抗压终孔套管进行射孔作业，以在抗压终孔套管上形成螺旋状分布的孔眼；

7、步骤4：从地面通过泥浆泵向终孔套管串内泵入高粘度水泥浆，高粘度水泥浆泵入完成后，继续向终孔套管串内泵入钻井液至承压短套底部，然后下入小尺寸憋压球阀，使终孔套管串内呈憋压密封状态，待高粘度水泥浆侯凝48小时后形成高粘度水泥浆固井段；终孔套管串与终孔壁之间形成高粘度水泥浆固井段后，能够高效实现终孔套管串与终孔壁之间环空底部密封；

8、步骤5：进行水浆正循环固井，向终孔套管串内投入大尺寸憋压球阀，再次向终孔套管串内泵入高压钻井液，憋压使大尺寸憋压球阀将分级箍的销钉切断，分级箍的滑套沿着挡筒滑动至限位环，高压钻井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，以此建立地面与透巷终孔井底正常液体循环，同时高压钻井液清洗终孔套管串与终孔壁之间环空间隙；然后在地面通过固井泵车泵入提前配制所需量的常规水泥浆，形成正循环常规水泥浆流线；常规水泥浆泵入完成后，向终孔套管串内下入碰压胶塞，继续通过固井泵车泵入顶替液，顶替液推动泵压胶塞从终孔套管串内顶部向井底移动，待碰压胶塞被顶替推动至分级箍顶端后碰压固井结束，然后在地面关闭井口，待固井侯凝至少侯凝72小时后，在终孔套管串内下入相匹配钻具组合，扫塞破碎碰压胶塞、分级箍内部结构、大尺寸憋压球阀、小尺寸憋压球阀及盲引导头，最终实现地面与井下巷道连通，建立地面与井下巷道连通的永久性通道，实现煤矿区透巷孔终孔在地面实施全过程的固井方法。

9、本发明还包括如下技术特征：

10、具体的，所述承压短套包括承压短套本体及内部镶嵌的橡胶坐卡；小尺寸憋压球阀的直接小于分级箍内径尺寸最小处，且略大于承压短套内部的橡胶坐卡最小内径，以使小尺寸憋压球阀顺利通过分级箍，同时有效憋压于承压短套处。

11、具体的，所述小尺寸憋压球阀为可钻式的憋压球阀，内部为铝合金材质，外部由与承压短套内部的橡胶坐卡相同的橡胶材质包裹而成。

12、具体的，所述大尺寸憋压球阀为可钻式的憋压球阀，内部以及外部构成材质均与小尺寸憋压球阀相同，其外径尺寸与分级箍滑套内径尺寸相同，投入大尺寸憋压球阀至终孔套管串内后，其能够顺利进入滑套内部，憋压且滞留于滑套底部。

13、具体的，所述步骤4中，高粘度水泥浆能够充填满承压短套以下终孔套管串内的空间体积以及封隔器或水泥伞至分级箍底端以下2～3m段长的终孔套管串与终孔壁之间的环空体积。

14、具体的，所述水泥伞包括多个弹性钢片、环形底座、摁扣及帆布，弹性钢片底端与环形底座焊接，多个弹性钢片围成顶部扩口的伞状结构，弹性钢片具有回弹性，帆布底端黏贴于环形底座上，上端端通过摁扣黏贴于弹性钢片上。

15、具体的，所述水泥伞通过其环形底座嵌套于抗压终孔套管外侧，在终孔套管串下入终孔内的过程中，水泥伞不会在终孔套管串上滑动，能在终孔套管串与终孔壁之间环空形成初步环空底部密封。

16、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。

17、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。

18、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

19、本发明在地面上建立透巷终孔成孔下入套管后的水泥浆正循环固井，能实现高效高质量固井。

20、本发明能针对煤矿区透巷孔应用于特殊情况下，如透巷孔与煤矿巷道连通点正下方巷道内为积水仓或者密封不通风等特殊条件，该情况下无法在煤矿井下制作人工井底，则可通过本发明方法在终孔与巷道连通点处下入的套管串上连接封隔器或者水泥伞，然后结合套管射孔技术、高粘度水泥浆注入方法实现终孔套管与终孔壁之间环空间隙底部承压密封；同时结合采用分级箍固井方法与橡胶塞碰压方法实现固井水泥浆正循环固井，进而高效实现煤矿区透巷孔终孔高质量固井。

技术特征：

1.一种应用于煤矿区透巷孔终孔地面固井方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的应用于煤矿区透巷孔终孔地面固井方法，其特征在于，所述承压短套包括承压短套本体及内部镶嵌的橡胶坐卡；小尺寸憋压球阀的直接小于分级箍内径尺寸最小处，且略大于承压短套内部的橡胶坐卡最小内径，以使小尺寸憋压球阀顺利通过分级箍，同时有效憋压于承压短套处。

3.如权利要求2所述的应用于煤矿区透巷孔终孔地面固井方法，其特征在于，所述小尺寸憋压球阀为可钻式的憋压球阀，内部为铝合金材质，外部由与承压短套内部的橡胶坐卡相同的橡胶材质包裹而成。

4.如权利要求3所述的应用于煤矿区透巷孔终孔地面固井方法，其特征在于，所述大尺寸憋压球阀为可钻式的憋压球阀，内部以及外部构成材质均与小尺寸憋压球阀相同，其外径尺寸与分级箍滑套内径尺寸相同，投入大尺寸憋压球阀至终孔套管串内后，其能够顺利进入滑套内部，憋压且滞留于滑套底部。

5.如权利要求1所述的应用于煤矿区透巷孔终孔地面固井方法，其特征在于，所述步骤4中，高粘度水泥浆能够充填满承压短套以下终孔套管串内的空间体积以及封隔器或水泥伞至分级箍底端以下2～3m段长的终孔套管串与终孔壁之间的环空体积。

6.如权利要求1所述的应用于煤矿区透巷孔终孔地面固井方法，其特征在于，所述水泥伞包括多个弹性钢片、环形底座、摁扣及帆布，弹性钢片底端与环形底座焊接，多个弹性钢片围成顶部扩口的伞状结构，弹性钢片具有回弹性，帆布底端黏贴于环形底座上，上端端通过摁扣黏贴于弹性钢片上。

7.如权利要求6所述的应用于煤矿区透巷孔终孔地面固井方法，其特征在于，所述水泥伞通过其环形底座嵌套于抗压终孔套管外侧，在终孔套管串下入终孔内的过程中，水泥伞不会在终孔套管串上滑动，能在终孔套管串与终孔壁之间环空形成初步环空底部密封。

8.如权利要求1所述的应用于煤矿区透巷孔终孔地面固井方法，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。

9.如权利要求8所述的应用于煤矿区透巷孔终孔地面固井方法，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。

技术总结
本发明公开了一种应用于煤矿区透巷孔终孔地面固井方法，通过在终孔与巷道连通点处下入的套管串上连接封隔器或水泥伞，然后结合套管射孔技术、高粘度水泥浆注入方法实现终孔套管与终孔壁之间环空间隙底部承压密封；同时结合采用分级箍固井方法与橡胶塞碰压方法实现固井水泥浆正循环固井，进而高效实现煤矿区透巷孔终孔高质量固井。本发明方法在地面上建立透巷终孔成孔下入套管后的水泥浆正循环固井，能实现高效高质量固井。

技术研发人员：刘修刚,姜在炳,王毅,马丁,庞涛,张杰,莫海涛,李丹丹
受保护的技术使用者：中煤科工西安研究院（集团）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15