钻井法凿井壁后充填理论探讨

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1、煤矿现代化2015-r第3期总第126期钻井法凿井壁后充填理论探讨汪广恒(中煤矿山建设集团有限责任公司，安徽淮北235000)摘要钻井井壁的壁后充填是钻井法凿井的重要工艺环节，壁后充填的质量直接决定了井壁结构的外载及其防水性能。近年来，随钻井井深的不断增加，实现高质量的壁后充填对于井壁的安全更为重要，同时其难度也空前的增大了。本文试图从理论上探讨钻井井壁的壁后充填机理，分析了井底淤泥层的形成原因，并开展了钻井井壁壁后充填的工业性试验。工业性试验情况表明，目前采用的充填设备和砂浆配比难以满足深钻井井壁壁后注浆的要求，并据此提

2、出了钻井井壁壁后充填中存在的问题和未来的研究方向，以供深井建设的相关研究和技术人员参考。关键词钻井法；纯水泥浆；砂浆；壁后充填；淤泥层中图分类号：TD265．1文献标志码：B文章编号：1009—0797(2015)03—0128—03过井帮泥皮产生有压过滤，过滤后的水被渗入地层，1概述粘土颗粒沉积于井帮上，愈积愈厚，达到一家厚度时我国东部经济发达地区，许多煤田上部覆盖有开始顺着井帮下滑，在下滑过程中，推动其下部的沉深厚冲积层。仅山东、安徽、河南、河北等省，就有超积物一起落向井底，形成井底淤泥。过1000亿t的煤炭储量埋藏于

3、深厚冲积层下【11。随着2．2对井底淤泥有影响的因素有该地区浅部煤层的H益枯竭，深部资源资源开发势(1)钻进荒径。钻进荒径大，井帮表面积大，对泥在必行[2l。2005年以来，上述地区已经建成并将继续浆的过滤能力相应加大。建设大量矿井。深厚表土中，可供选择的建井方法主(2)钻进深度。钻井愈深，不仅井帮表面积增大，要是冻结法和钻井法【3J。其中，钻井法凿井全部作业而且泥浆通过泥皮的渗透压也加大，将进一步加剧在地面操作，成本低、质量好、安全、无职业病危害，井筒内淤泥的产生速度，并有使所形成的淤泥密度是一种机械化程度很高的竖井井筒

4、特殊施工方法。加大的趋势。钻井深度是对井底淤泥的形成影响更钻井法凿井采用大直径钻机，分次或一次钻凿出设大的一个因素。计要求的井筒，钻至设计深度后，下沉预制井壁并进(3)淤泥时间。时间愈长，淤泥层的厚度愈大。行壁后注浆充填固井l1l。固井的主要目标是保证井壁(4)泥皮厚度、泥浆质量、原始地层水压力的大均匀受荷，阻断地下水的竖向联系。壁后注浆的效果小以及地层的吸水性。直接决定了钻井井壁荷载状况，一旦出现空洞、裂隙2．3钻进结束后，泥浆在井底的特征和不密实的情况，易造成井壁受力不均、导致井筒移(1)密度梯度。由于淤泥的形成条件不

5、一样，故位或井壁压裂，并可能造成地下水的竖向联通乃至井底淤泥的密度不近相同，而存在一个密度梯度。井引发淹井事故】。底淤积物的最上一层为泥糊，密度约为1．3～1．4，下钻井法凿井段高充填的最根本的目的就是隔断部为淤泥，密度约为1．5～1．8。井壁壁后环形空间内井筒上、下部的水力联系，起隔(2)泥糊状淤积物具有流体的性质，但存在明显水固井的作用。的浓度梯度，粘度很大；底部淤泥属流塑体，几乎无强度，含水率40％～50％，刀切处可留下整齐的刀口。2现行壁后充填机理(3)一个钻井井筒当下沉井壁即将结束时井底的2．1井底泥浆形成淤泥层

6、的原因淤积情况，就目前初步统计的数据，表现，充填前井底壁后充填效果与充填前孔底形成的淤泥层有密淤积物的总厚度1％～2％H(其中H为钻井深度)。切的联系。2．4水泥浆在壁后充填过程中的分析我们已经知道，钻井井筒是利用井内泥浆的压普遍采用纯水泥浆充填工艺。通常，纯水泥浆的力护壁的，并利用泥浆于井帮上所产生的泥皮起隔设计比重为1．65～1．70~em，考虑到水泥浆搅拌机漏水作用。但是，泥皮的隔水作用不是绝对的，仍具有水等因素的影响，水泥浆的实际比重要比设计值小。一定的渗水性。由于井内泥浆所产生的水压力于任注入的水泥浆必须于壁后的

7、淤泥层中上升到某意位置都大于相应地层的水压，这样，井内泥浆便通一水平位置，待水泥浆的比重与淤泥的比重相等时，·12R·煤矿现代化2015-r第3期总第126期水泥浆停止上升开始扩展，由于壁后环形空间里存表2段高划分及充填材料在一个较厚沉积层，这就使得壁后各浆团间的间距仍不是等距离的，并且浆团的扩展速度也不尽相同，他∞m∞∞在每一个浆团周围都存在一个混合带。＆实际上，注入壁后的水泥浆是很容易产生沉淀”的，从而将水泥浆分成上部的稀浆区和下部的稠浆区。由于下部水泥浆的比重加大，水泥浆团将朝下扩0O∞0050展，压缩被困淤泥，被困

8、淤泥因其流变体的性质，将业性试验充填。现场布置2台HZS40和2台HZS50朝上伸展，以保持其状态的稳定。被困淤泥相对于水的搅拌站，4台HBT60G混凝土输送泵，4路150322i泥浆团的伸展高度，与淤泥相对水泥浆的密度比有管路，采取“一管一泵一站”的方式进行砂浆充填，对关，由于二者的密度相关不大，故被