任贵阳,曹东风
(1.河南省资源环境调查二院，河南 洛阳 471000; 2.河南省压裂工程技术研究中心，河南 洛阳 471000)
煤炭一直是我国的主要能源，在一次性能源结构中占据着不可替代的重要地位。为满足国民生产需要，煤矿在加大采煤力度的同时，采用地面、井下预注浆技术措施，提高矿井地层稳固程度，从而减少了透水等事故的发生。目前，部分煤矿在场区内建设一种地面注浆泵站送料孔。送料孔作为地面与煤矿巷道连通通道，承担着输送水泥砂浆原材料的重任。因此，研究地面注浆泵站送料孔成孔、落位、下管等施工工艺技术有着重要意义。本文主要围绕地面注浆泵站送料孔的送料管施工工艺技术方法进行探讨和研究。
1.1 技术指标要求
下管材质不低于国标50锰钢标准。规格为φ68 mm×10 mm；
数量：分三路下入二级套管内(钻孔一开套管为一级套管，二开套管为二级套管)。试压：送料管工作压力为15 MPa，耐压试验要求压力不低于工作压力的1.5倍，稳压持续时间不小于30 min，清水无消耗为合格。否则，需将输浆管提出补焊。固定：使用水泥在二级套管内封固三路送料管，并要求水泥不能进入到三路送料管内。
1.2 关键技术难点分析及应对措施
根据技术要求，结合实际情况，需要另下入一路注浆管，通过注浆管注入水泥浆，达到固定三路送料管的目的。因此，一共需要在二级套管内下入4路钢管。下管过程中存在的关键技术难点分析及应对措施如下。
(1)难点1：送料管内保持清洁，不准进入水泥浆、泥浆等物质。措施：送料管最下端设置外丝扣，安装相应规格堵头。注意事项：应计算送料管重力、浮力。当重力大于浮力时，按程序下入送料管；
当浮力大于重力时，可向送料管内注入清水。
(2)难点2：由于孔斜及管体的柔韧性，4路钢管分开下入可能产生管体互相缠绕难以下入的情况。措施：设计固定圆盘，将钢管与圆盘焊接，4路钢管同时下入二级套管。注意事项：每组钢管(4根钢管)上下端共焊接2个圆盘，圆盘距离端部约0.5 m，圆盘规格按送料管、注浆管、二级套管外径、承重等实际情况设计。
(3)难点3：钻机大钩如何起吊4路钢管。措施：使用钢丝绳直接穿过固定圆盘直接挂在大钩上。注意事项：计算钢丝绳承载能力，确保安全系数大于2；
钢丝绳长度需要考虑大钩到钻机平台的距离、送料管长度、固定圆盘位置。
(4)难点4：由于送料管与二级套管之间环空较小，送料管之间连接困难(不能使用接箍连接)。措施：采用焊接方法连接。注意事项：焊接送料管时，使用专业仪器测量，确保连接平直；
焊接强度不低于管体强度。
(5)难点5：下管时，考虑如何放置在井口。措施：设计特殊井口板。注意事项：设计井口板时需考虑强度，并根据送料管、固定圆盘、操作舒适性等设计井口板结构。
2.1 下管关键材料设计
(1)固定圆盘设计。所设计的固定圆盘外径为193.14 mm，分别在对称位置开挖3个半径为35 mm半圆、1个半径为27 mm半圆，圆盘厚度为15 mm。焊接四路钢管后，外圆直井为250 mm。其结构和实物如图1所示。
图1 固定圆盘结构和实物Fig.1 Fixed disc structure and objects
(2)井口板的设计。井口板分为上下2层，下层为边长1 000 mm、厚30 mm的正方形钢板，中心开挖直径为300 mm圆孔。上层分成对称的两部分，与下层“合页”式连接，上层挖孔的结构与下入的四路钢管配套。其结构和实物如图2所示。
图2 井口板结构和实物Fig.2 Wellhead plate structure and physical objects
2.2 下套管工艺技术方法
(1)下管前准备工作。按孔深准备足量的送料管3a根，并保证每根长度、直径、厚度等规格相同；
按孔深准备足量注浆管；
准备固定圆盘数量2a个，其中10 mm厚2/3a个、15 mm厚2/3a个、20 mm厚2/3a个；
准备井口板2套，规格按设计确定；
准备净长2 mφ32 mm钢丝绳12根；
准备电焊机2台，高规格焊条足量，测直仪器1套；
其他需要的材料。
(2)焊接作业。①在地面将送料管与固定圆盘焊接。送料管与固定圆盘垂直焊接，并连接牢固。为了方便吊装，固定圆盘焊接位置距离送料管端部0.5 m以内。②在钻井平台上对接送料管。管口利用对接扶正环固定位置，使用经纬仪测量送料管是否同心，达标后方可焊接。③使用509以上级别焊条焊接完成，待温度降低到90 ℃后，方可将送料管下入至孔内。
(3)下管作业。①将钢丝绳穿过固定圆盘直接挂在钻机大钩起吊，将第一组送料管缓慢下入孔内。②闭合井口板，将下入的送料管坐放在井口板。③使用经纬仪对正送料管，使其上下同心，保持在一条直线上，然后进行焊接作业。④送料管焊接完成后，起吊钻机大钩，打开井口板，下入第二组送料管。⑤重复以上程序，直至下管完成。
(4)试压作业。①连接试压管线，使用高压柱塞泵进行试压作业。②试压管线须增加连入单向阀，防止回压。③按设计实验压力完成试压作业。
(5)封固作业。通过注浆管向孔内注入水泥浆，注浆技术方法采用固井工艺技术方法。
3.1 工程概况
某煤矿需要在场内施工一个地面注浆泵站送料孔。该送料孔钻遇地层自上而下为：新近系、三叠系下统刘家沟组、二叠系上统石千峰组、上石盒子组及二叠系下统下石盒子组、山西组上部地层，设计井深691.1 m左右。某施工队于完成一开钻进，井径φ480 mm，井深40.65 m，下入φ406 mm×8 mm螺旋焊管(以下简称一级套管)。钻至井深692.00 m完钻后，下入φ273 mm×8 mm套管(以下简称二级套管)，施工队采用电测数据为：孔深692.00 m，井斜0.13°，闭合位移2.71 m，闭合方位195.00°。
3.2 下入送料管技术要求
材质不低于国标50锰钢标准，规格φ68 mm×10 mm，分3路下入二级套管内(钻孔一开套管为一级套管，二开套管为二级套管)。试压：送料管工作压力为15 MPa，耐压试验要求压力不低于工作压力的1.5倍，稳压持续时间不小于30 min，清水无消耗为合格。否则，需将输浆管提出进行补焊。使用水泥在二级套管内封固3路送料管，并要求水泥不能进入到3路送料管内。下管作业如图3所示。
图3 下管作业Fig.3 Down tube operation
3.3 下管作业过程
按照前期下管工艺技术方法研究成果及设计，施工队于下入4路管路(3路送料管，1路注浆管)77组共计694.40 m，入井692.00 m。送料孔结构示意如图4所示。随后进行了试压作业。测试压力22.5 MPa，30 min后压力无下降；
接着进行固井作业。采用普通硅酸盐水泥，首先注入前置液4 m3，水泥浆最大密度1.69 g/cm3，最小密度1.63 g/cm3，平均密度1.66 g/cm3，最后注入顶替液0.9 m3，水泥返至地面。
图4 送料孔结构示意Fig.4 Schematic diagram of the structure of the feeding hole
通过该煤矿场内施工一个地面注浆泵站送料孔项目，在进行下管作业时，必须注意以下几点：固定圆盘的材质不低于所下套管的材质级别。其设计结构及参数必须保证与外套管最小间隙2.5 mm以上；
井口板结构设计要满足坐放套管的要求，承重安全系数不小于2；
所下套管等长定做，两端加工处理，便于焊接；
焊接作业时，必须使用测量仪器保证下管垂直度；
下管前，套管下端必须带堵头密封。下管完成后，测试压力22.5 MPa，保证30 min后压力无下降。