[实用新型]深立井井筒钻井法凿井壁后充填模拟试验装置

说明书

本实用新型提供了深立井井筒钻井法凿井壁后充填模拟试验装置，包括护壁泥浆管道，用于放置泥浆浆液，顶部设置有用于对护壁泥浆管道进行密封的密封盖板；砂浆充填管道，设置在所述护壁泥浆管道内，用于充填置换砂浆；泵送机构，用于抽取置换砂浆并将置换砂浆送入所述砂浆充填管道内；泥浆排出管道，与所述护壁泥浆管道连通，用于对护壁泥浆管道中排出的泥浆浆液进行排出。本实用新型设置的充填模拟试验装置，能够极大程度模拟钻井法凿井实际工况下的壁后充填注浆工序，能够完成充填砂浆置换泥浆的效率以及充填砂浆最优泵送压力和浆液流量值等参数的测评，能够根据测评的数据优化钻井法壁后充填固井工艺，结构简单，便于搭建，且试验操作便捷。

技术领域

本实用新型涉及矿井工程技术领域，具体涉及深立井井筒钻井法凿井壁后充填模拟试验装置。

背景技术

我国是煤炭生产和消费大国，煤炭资源开发在今后相当长时期内仍将维持在一定强度，并以开发西部煤炭资源为主。根据地质勘探资料可知，陕甘宁蒙等西部地区目前和下一步新建矿井井筒时将要穿越深厚含水软弱岩层，它们多为白垩系、侏罗系岩层，其成岩年代较晚、弱胶结、强度低，遇水砂化、泥化，由于这类地层富含水、且为孔隙-裂隙含水层，注浆封水效果差，采用普通法施工难以通过，需采用特殊法凿井。由于钻井法凿井具有施工安全性好、机械化程度高、井壁质量可靠，成井后无冻结孔环形空间导水淹井风险，是一种本质安全型特殊凿井方法。因此，这是今后深立井凿井的发展方向。

钻井井筒壁后充填就是将井壁与岩帮之间的环向空间充入胶结材料或非胶结材料(过去，主要采用水泥浆和碎石)，使整个井壁筒能牢牢地固定在设计深度上，既不能在充填时井壁筒出现上浮，也不能在下部破锅底时发生井壁下沉，起到固井和封水作用。

虽然钻井法凿井在我国穿过复杂地层条件下建井已得到应用，但随着地层条件变得更复杂和钻井深度的增加，钻井法凿井技术也遭到新的技术难题。如在壁后充填方面，现有设计是在钢筋混凝土井壁结构支护段，采用抛石(粒径为20～40mm碎石)充填和水泥浆充填相交替。对于抛石充填段，由于碎石空隙大，不能封水，如果井壁接头处施工质量不好，极易造成井壁在接头处和混凝土裂纹处渗漏水，这对单层井壁结构的钻井井筒而言，安全威胁极大。如许疃煤矿主井和朱集西煤矿矸石井都是采用钻井法施工的立井井筒，在井筒建成几年后，在抛石充填段多个部位出现渗水点和出水点，出现涌渗水现象，严重威胁着矿井的安全生产。为此，不得不在在抛石段采用破壁注浆方式进行注浆封水。其中，朱集西矸石井在110m的抛石段高内共布置注浆孔10排，施工注浆钻孔60个，皆为打穿钢筋混凝土钻井井壁、进入碎石充填层，共注入水泥浆液600m³，封堵了原有出水点，施工过程中安全风险极大。相反，潘三西风井穿过松散层约440m，成井深度约508m。该井于2010年2月突发井筒出水，出水位置位于井筒累深307m处，位于抛石充填段。由于水压高、原有出水裂隙冲刷大、涌水量最大达300m³/h，为确保全矿生产安全，最后采用抛石渣、砂、水泥和水玻璃对井筒进行了填井，损失巨大。

在采用水泥浆充填固井时，由于水泥浆比重为1.65左右，被置换的钻井泥浆比重为1.2左右(在深钻井底部，护壁泥浆比重会更大)，两者相差不大，使得置换效果不够理想，常出现泥浆置换不完全，封水效果不好等现象，在下部破锅底施工时，常出现涌突水甚至淹井等，严重影响建井工期并产生较大的经济损失。

鉴于此，针对上述深钻井井筒采用碎石和水泥浆充填固井出现的不利情况，本实用新型提出采用水泥砂浆作为壁后充填材料，利用水泥砂浆比重大、置换效果好、强度高和抗渗性好的特性，来提高深钻井井筒充填固井效果。由于采用水泥浆充填固井目前还缺乏成熟的设计和施工经验，为了研究该种新型充填砂浆材料的充填固井效果，本实用新型研发了深立井井筒钻井法凿井壁后充填模拟试验装置，该装置易于搭建，操作便捷，能够极大程度模拟钻井法凿井实际工况下的壁后充填注浆工序，完成对壁后充填砂浆置换砂浆的效率、充填砂浆最优泵送压力等参数的测评，从而进一步优化钻井法壁后充填固井工艺。

实用新型内容