[发明专利]一种井下高承压大流量失控水文钻孔封堵系统及方法

权利要求书

1.一种井下高承压大流量失控水文钻孔封堵方法，其特征在于：使用井下高承压大流量失控水文钻孔封堵系统，所述系统包括：填料筒(1)、填料口(2)、阀门(3)、泄压闸阀(4)、法兰盘(5)、注浆闸阀(6)、新下套管(9)以及原套管(10)，所述填料口(2)设置在所述填料筒(1)上方，所述阀门(3)安装在所述填料筒(1)底部，所述泄压闸阀(4)安装在所述填料筒(1)下方的侧壁上，所述阀门(3)通过所述法兰盘(5)连接所述新下套管(9)，所述注浆闸阀(6)安装在所述填料筒(1)上方与所述泄压闸阀(4)相对的一侧，所述新下套管(9)与所述原套管(10)之间具有套管间隙(11)，所述注浆闸阀(6)通过注浆管(13)连接注浆泵(7)，在所述套管间隙(11)内填充硬骨料(14)以及软骨料(15)，硬骨料(14)充填在新下套管(9)和原套管(10)之间较大的间隙起骨架和支撑作用，软骨料(15)充填在所述硬骨料(14)的间隙，所述硬骨料(14)以及软骨料(15)之间通过在新下套管(9)内注入水泥以及水泥添加剂进行处理；所述注浆闸阀(6)上设置压力表(8)，以监控填料操作最后是否达到设计压力；所述硬骨料(14)包括木块、木楔；所述软骨料(15)包括花生、黄豆、绿豆、锯末、刨花、海带，所述木块作为大骨料和硬骨料，起支撑和强度作用以及封堵大裂隙，软骨料是中小骨料，起封堵和充填小裂隙作用，能随出水通道的形状而变化，为防止松木木块堆积堵孔，每次控制加入松木木块的数量，且与软骨料均匀加注,所述木块材料的选择为比重小于水的比重，且选择的比重能确保随钻孔水流到原套管断裂处(10’)和(10”)，强度能抵抗高水压；所述木块的形状选择为长柱状；木块的柱高确定为小于新下套管(9)内径的1/3；所述木块的断面宽度和厚度的确定为小于新下套管(9)与原套管(10)之间最小间隙，即小于原套管(10)内半径与新下套管(9)外半径之差；所述硬骨料下入量为总骨料的1/10，所述软骨料下入量为总骨料的9/10；

所述方法包括如下步骤：

步骤1，现场调查以及探测原套管(10)的断裂情况并制定封堵计划；

步骤2，在钻孔原套管内重新下入小一级的新套管，然后利用填料筒(1)和注浆泵(7)注入硬骨料(14)以及软骨料(15)，软硬骨料在合理泵压的作用下充填至原套管(10)与新下套管(9)之间的环形空间内，然后注入水泥浆液胶结，达到处理损坏的原套管(10)的目的；

所述步骤1包括：

步骤11，了解损坏失控水文钻孔结构、现场调查钻孔底板破裂、出水量以及钻孔出水量的情况；

步骤12，安装钻机，由承压含水层(17)带承压水(16)探测确定钻孔的原套管(10)的损坏程度以及损坏深度；

步骤13，根据步骤11的现场调查以及步骤12的探测情况，制定封堵方案，封堵方案包括：加固钻孔底板破裂地段、根据钻孔套管直径以及探孔情况确定新下入套管的直径以及长度并制作，根据原套管法兰盘情况制作新套管法兰盘以及闸阀；

步骤14，根据钻孔出水量、水压、底板破碎情况计算和准备封堵骨料的类型、大小、数量以及水泥和添加剂；

步骤15，根据钻孔水压和套管破损深度计算注骨料时的压力、封堵时的注浆压力以及水泥用量；

步骤16，将各种材料和设备运到现场。

2.根据权利要求1所述的一种井下高承压大流量失控水文钻孔封堵方法，其特征在于所述步骤2包括：

步骤21，下入新下套管(9)并与原套管(10)以及阀门(3)连接固定好，孔口打上戗点柱，阀门(3)上连接填料筒(1)以及注浆管(13)至注浆泵(7)；快速高效地封堵煤矿井下勘探时期以及生产期间施工的损坏失控的大量水文钻孔，新下套管(9)要下入原套管内损坏处以下2-5m,新下套管(9)外径的选择要小于原套管(10)内径10mm以上，为了减少新下套管(9)下入时的阻力，使新下套管(9)外径略小于原套管(10)直径以能顺利下入原套管(10)中；

步骤22，将硬骨料(14)和软骨料(15)压入钻孔，当钻孔四周不再跑水时启动注水泥工作，直至达到设计结束压力和注入量，其中所述设计结束压力由压力表(8)测量获得，水泥选择PO.425硅酸盐水泥，注浆时水灰比选择0.8:1，加入0.005％三乙醇胺以及0.5％的肠衣盐作为添加剂，结束标准为所封堵处理钻孔水压的1.5-3倍。