大水位差井眼止水修復(fù)方案及實施效果分析

大水位差井眼止水修復(fù)方案及實施效果分析

0封閉層止水效果近年來，我院位于山西省和順縣附近，主要從事巖漿巖和各種寒武系井的開發(fā)。取水層通常為中奧陶系馬溝群和各種寒武系。這類深井的特點是:(1)成井深度大(800~1000m),變徑次數(shù)多(4、5徑);(2)取水層區(qū)域水位埋深大(550~650m);(3)上部封閉層與取水層區(qū)域水位埋深落差大(500m左右);(4)上部煤系地層水泥止水效果差;(5)深井泵揚程大(650~700m);潛水電機功率大(125~145kW);(6)下泵井段井斜遞增量要求嚴(yán)(<0.5°/100m);(7)抽水降深較大(50~80m)而出水量較小(一般僅20m3/h左右)。部分基巖深井情況見表1。這類水井在其實施過程中,封閉層的止水方案設(shè)計及實施把關(guān)非常關(guān)鍵,若把關(guān)不嚴(yán),不僅會影響后續(xù)井段正常施工,還會影響成井質(zhì)量。表現(xiàn)為:(1)通橋后水位驟降,使封閉層井管吸扁、錯位,造成鉆具提下困難;(2)封閉層井管開裂、刺水,影響成井后的水質(zhì)指標(biāo);(3)封閉層井管管柱“狗腿”偏大,影響深井泵順利下放。本文以山西潞安集團和順李陽煤業(yè)有限公司舊井封閉層重新止水修復(fù)項目為實例,分別對先后采取的幾種止水修復(fù)方案及實施效果進行分析與探討,從中得到了許多有益的經(jīng)驗和失敗的教訓(xùn)。1舊井修復(fù)1.1原井井身該井于2009年5月21日建成,終孔深度881.81m,靜止水位埋深609m。經(jīng)過抽水試驗,水表實測出水量23.95m3/h,水位降深61m,水質(zhì)指標(biāo)及出水量完全符合合同要求。原井井身結(jié)構(gòu)技術(shù)數(shù)據(jù)見表2。該井建成后,建井方并未立即投入使用,直到2011年5月才正式起用。正常使用半年后,該井上部封閉井管先后出現(xiàn)向井內(nèi)漏水、漏砂、涌泥,出水渾濁,最終導(dǎo)致多次燒毀潛水電機。如果不處理上部封閉層問題,該井將無法正常使用。據(jù)此,建井方委托我院處理該井。1.2地層和井管安全隱患經(jīng)過井內(nèi)電視檢測及水質(zhì)化驗,舊井存在以下問題:(1)上部300m以淺封閉井段,164、214、248m處存在漏水情況,其中214m處漏泥砂、漏渾水比較嚴(yán)重;(2)井管螺旋狀焊縫輕微變形,但未發(fā)展到影響起下鉆具程度;(3)井管穿杠眼補焊有砂眼,向井內(nèi)霧狀刺水,形成井管安全隱患;(4)由于封閉層水的混入,水質(zhì)檢測發(fā)現(xiàn)硝酸根及氟離子偏高。1.3深井泵合格運行(1)通過下管、固井、止水等工藝,對原井300m以淺部分井管刺漏部位進行永久性封堵,確保水質(zhì)合格及深井泵正常運行;(2)300m以淺部分永久性封堵之后,通過撈渣、排渣,徹底清理由于井壁管泄漏而進入井內(nèi)的泥沙、堵塞物;(3)清淤之后,通過活塞抽拉、泵注鹽酸洗井等工藝,恢復(fù)或改善舊井含水層的涌水量;(4)機械、化學(xué)聯(lián)合洗井完畢,在試抽水之后,再次清撈井底沉淀物,直至井底干凈。1.4水泥橋塞與固井襯管的配合(1)同徑水泥架橋:300~603.75m井段,均為?325mm螺旋井管,計劃在300~350m井段進行管內(nèi)架橋,但沒有可利用的變徑臺階。如何在井管內(nèi)分步驟完成同徑水泥橋塞的制作。(2)水泥橋塞承載能力:水泥橋塞形成的人工井底,必須能承受280m以上水柱或水泥液柱的壓力,如何確保在橋塞水泥漿凝固之前,底部的木塞及粘土充填層不失穩(wěn)下滑。(3)掃通水泥橋塞:由于封閉層區(qū)域水位埋深與取水層水位埋深相差500多米,如何確定合宜的通橋方法,防止掃通橋塞后,管內(nèi)水位急劇下降,產(chǎn)生巨大負(fù)壓“激動”,而使固井襯管被吸扁,釀成事故。(4)襯管外水泥固井:襯管底部封固段80~100m必須保證水泥固結(jié)質(zhì)量,如何通過對襯管底部管柱結(jié)構(gòu)和水泥漿液配比,采取相應(yīng)的特殊措施,以保證襯管底部封固質(zhì)量。1.5主題解決的舊井該井修復(fù)處理歷時9個月,由于封閉層與目的層水位相差500余米,對第一階段采取的襯管管柱結(jié)構(gòu)、水泥漿液配比、通橋泄壓方式等考慮不周,方法不當(dāng),各種修復(fù)方案均告失敗,并且先后2次將下入的螺旋鋼管(壁厚7mm)吸扁,造成2次嚴(yán)重的井內(nèi)卡鉆事故。對第一階段修復(fù)工作進行全面反思與總結(jié)之后,重新擬定針對性修復(fù)技術(shù)方案及措施,并認(rèn)真組織施工機組予以實施,舊井修復(fù)效果令雙方都非常滿意。修復(fù)后井身結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)見表3。2采用止水修復(fù)方案的成功分析2.1成功處理水修復(fù)方案的失敗分析2.1.1高壓砂漿注入主介質(zhì)2.1.1.管井止水方案在井深362m變徑處做橋塞,并在ue54e426mm及ue54e377mm井段之內(nèi),下入ue54e325mm×7mm螺旋井管至井口,采用襯管內(nèi)高壓注漿法,候凝期滿,掃通橋塞之后,因泄壓太快,造成部分襯管被吸扁、開裂,而且襯管290m處,仍然向井內(nèi)嚴(yán)重漏水,此止水方案實施失敗。2.1.1.管外涌水井底沉的影響(1)水泥漿液灌注之后,單向止水器回流密封失靈,外環(huán)水泥柱下降至290m,因而290m以深ue54e325mm井管沒有被吸扁;(2)采用425號礦渣水泥,水下凝固質(zhì)量較差,掃通橋塞后,在管外液柱壓力作用下,向井內(nèi)涌水;(3)沒有采用先降低管內(nèi)水柱高度,后掃通橋塞的方法,襯管內(nèi)300余米水柱瞬間消失,造成管外無水泥的部分襯管被吸扁、開裂;(4)襯管壁厚7mm偏小,襯管焊接處未逐個采取“疤片”補強措施;(5)對水泥地面凝固與水下凝固時間差異重視不夠,掃通橋塞時間偏少,水泥在水下凝固時間不足。2.1.2砂漿入壓管外2.1.2.地層注漿井段在290m以淺ue54e325mm×7mm廢井管取出之后,重新下入同規(guī)格螺旋井管至井口。井管管柱底部10m段,相間設(shè)置膨脹止水膠帶3組,纏繞止水海帶2組,并用鋼筋圈分組固定。井管下到位后,從管外依次注入素水泥稠漿、水泥砂漿、巖屑砂料,孔口20m孔段用混凝土澆固。10天后檢測,孔深290m處,仍然漏水,此止水修復(fù)方案實施再次宣告失敗,而新下入的ue54e325mm×7mm螺旋井管已無法拔出。2.1.2.襯管下部分止水(1)襯管底部設(shè)置的止水組合,在注入素水泥稠漿前,尚未完全膨脹而與原井管壁擠緊,從而未達到阻止水泥稠漿下行的目的。(2)襯管外止水材料輸送通道不暢,水泥稠漿到達水面后立即稀釋,根本到不了襯管底部的止水組合部位。(3)隨后注入的水泥砂漿,遇水后水泥與砂子分離而流入井內(nèi),未在封閉層位留下水泥砂漿固結(jié)段,進而起不到封固止水作用。(4)襯管底部的膨脹膠帶夾海帶止水組合,膨脹能力有限,因不能承受管外的液柱壓力而失去止水作用。2.2成功分析了止水修復(fù)方案2.2.1井管類型在實施了上述修復(fù)方案后,井身結(jié)構(gòu)為:-0.30~607.77m,?325mm×7mm螺旋井管(包括原井及修復(fù)施工下入的井管);603.75~787.75m,?273mm×7mm螺旋井管(含濾水管);787.75~881.81m,ue54e?250mm口徑裸眼。井深290m處?325mm井管,仍然向井內(nèi)漏水。2.2.2同徑架橋工藝根據(jù)井身現(xiàn)狀及委托方要求,必須將290m處的開裂漏水部位予以永久性封閉。實施過程為:(1)先在300~346m井段進行同徑架橋;(2)候凝期滿,下鉆具檢驗橋塞的承載能力(應(yīng)大于10t);(3)在-0.30~300m井段下入?273mm×8mm螺旋井管;(4)采用井管內(nèi)高壓水泥漿止水工藝;(5)候凝期滿,采用特殊方式掃通水泥橋塞。2.2.3高壓固井作業(yè)法(1)下入井內(nèi)的?273mm井管,壁厚由7mm變成8mm、井管柱對接處增焊“加強疤片”,防止由于泄壓控制不當(dāng),井管再次被吸扁。(2)采取了適合于該井的特殊結(jié)構(gòu)的同徑木塞架橋、水泥固橋工藝,使封井段先建立起靜水位(水位埋深80m),實現(xiàn)在靜水位條件下水泥漿液高壓固井作業(yè)。(3)專門租用了一套小揚程、小泵量深井泵,在通橋之前,先將管內(nèi)水位抽降至290m,再干掃通橋,排除因瞬間形成壓差而造成井管吸扁的事故隱患。(4)采用了管內(nèi)單向高壓注漿、憋壓,初凝期滿才予以泄壓,雖然風(fēng)險很大,卻能阻止管外水泥漿液回流,以保證止水質(zhì)量。(5)采用山西智海集團生產(chǎn)的P.O52.5最高標(biāo)號的硅酸鹽水泥及三乙醇胺早強劑,配置固井止水水泥漿液,提高水泥固結(jié)質(zhì)量。(6)嚴(yán)把水泥漿液拌合質(zhì)量關(guān),按照理論計算量及規(guī)范規(guī)定加料順序,充分?jǐn)嚢?均勻無結(jié)塊,可泵性能良好。2.2.4同徑橋技術(shù)2.2.4.1.采用相同直徑橋的結(jié)構(gòu)見表42.2.4.安裝注漿鉆具鉆具送木塞到預(yù)定位置→固定木塞→投放粘土球→下鉆蹾實粘土球→下注漿鉆具并送水檢驗管路情況→注入水泥漿液→替漿并提起注漿鉆具→初凝期滿下鉆具檢測水泥面并修整至300m→提起修孔鉆具并將?325mm管內(nèi)灌滿清水→橋塞候凝。3影響評估與相關(guān)研究3.1深井泵試實及出水量(1)經(jīng)井內(nèi)攝像檢驗,靜止水位以上井段已確認(rèn)完全封閉,再沒有發(fā)現(xiàn)封閉井段向井內(nèi)刺水、漏水現(xiàn)象,實現(xiàn)了預(yù)期的止水目的。(2)經(jīng)多次下泵試抽水,深井泵組起下順暢,井內(nèi)各級管柱安全、可靠無異常,完全滿足深井泵正常運行及起下安裝作業(yè)。(3)經(jīng)過對含水層段機械活塞洗井,最終出水量達到了23m3/h以上,比原井出水量有所增大,水質(zhì)有所改善。(4)完成洗井、抽水試驗后,在下入深井泵組之前,多次下入專用的清渣、撈渣工具,清撈至井底,圓滿完成了清孔作業(yè)。3.2井內(nèi)水位下降,影響采空區(qū)的質(zhì)量(1)由本次止水修井工程所獲得的封閉層(本溪組以上)區(qū)域水位埋深資料和施工中有益的經(jīng)驗與沉痛的教訓(xùn),能使我院今后在該區(qū)域施工類似深井時,提前采取針對性的防范措施,少走彎路。(2)對于井深大、口徑大、變徑次數(shù)多、水位埋深大的基巖深井,必須從井身結(jié)構(gòu)設(shè)計、管材選擇、成孔工藝與工序、含水層保護及洗井方法等方面,全面嚴(yán)格把關(guān),確保成井質(zhì)量,從源頭上避免舊井修復(fù)作業(yè)。(3)井內(nèi)水