[發(fā)明專利]緩凝水泥漿液置換凍結(jié)孔泥漿封水方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110338871.0
• 申請(qǐng)日: 2011-10-25
• 公開（公告）號(hào): CN102505944A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳曉山;劉傳申;劉文民;程志彬;張步俊;夏保海;鄒允嶺;劉增東;孫建;李傳友
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中煤第五建設(shè)有限公司
• 主分類號(hào): E21D5/04
• 分類號(hào): E21D5/04;E21D1/12;C04B28/00
• 代理公司: 徐州市三聯(lián)專利事務(wù)所 32220
• 代理人: 周愛芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及凍結(jié)孔泥漿封水技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種緩凝水泥漿液及其置換凍結(jié)孔泥漿封水方法。

背景技術(shù)

井筒建設(shè)工程中，隨著深度的增加及地壓的增大，地面預(yù)注漿與工作面預(yù)注漿治水的難度通常越來(lái)越大，效果也越來(lái)越難保證；尤其是對(duì)高角度平行裂隙發(fā)育的巖層，或富含孔隙水的砂巖層，注漿效果更是難以保證。

鄂爾多斯地區(qū)采用全深凍結(jié)法鑿井技術(shù)施工的一些井筒，凍結(jié)壁解凍后，凍結(jié)孔與凍結(jié)管外的環(huán)形空間易成為豎向?qū)ǖ溃瑖?yán)重威脅著礦井安全。近年來(lái)，該地區(qū)的部分井筒施工中，曾發(fā)生過(guò)類似事故，而我國(guó)兗州礦區(qū)的楊莊煤礦，建井期間也曾因凍結(jié)孔導(dǎo)水而發(fā)生淹井事故，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。可見，全深凍結(jié)法鑿井施工中，對(duì)凍結(jié)孔豎向?qū)ǖ肋M(jìn)行封水處理，是保證礦井建設(shè)安全的一項(xiàng)重要措施。

所謂凍結(jié)孔豎向?qū)ǖ婪馑幚恚褪窃趦鼋Y(jié)孔施工完畢、凍結(jié)管下放之前，先將孔底以上一定高度范圍內(nèi)的鉆孔中的泥漿用緩凝水泥漿置換，再下放凍結(jié)管。通過(guò)緩凝水泥漿液的固化，實(shí)現(xiàn)凍結(jié)管與地層的膠結(jié)，截?cái)鄬?dǎo)水通道，達(dá)到固管封水的效果。緩凝水泥漿具有一定的緩凝時(shí)間，結(jié)石率較高，且結(jié)石體具有較高的強(qiáng)度與抗?jié)B性。

門克慶煤礦副立井凍結(jié)工程，由于地層性質(zhì)較為復(fù)雜，凍結(jié)鉆孔泥漿中需摻加較多的化學(xué)外加劑，從而在水泥漿置換過(guò)程中，影響水泥漿液的凝結(jié)時(shí)間等性能指標(biāo)，因而配制能與鉆孔泥漿相容，具有良好的流動(dòng)性、穩(wěn)定性、合理凝結(jié)時(shí)間的緩凝水泥漿液，是凍結(jié)孔固管封水技術(shù)研究的重要和關(guān)鍵問(wèn)題。

為保證凍結(jié)井筒解凍后，礦井不受上部地層水的威脅，同時(shí)避免井田淺部水資源流失，在凍結(jié)孔施工時(shí)需對(duì)凍結(jié)孔進(jìn)行封水處理。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種緩凝水泥漿液及其置換凍結(jié)孔泥漿封水方法，提高水泥漿液的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)水泥顆粒沉淀時(shí)間，提高了漿液結(jié)石率，高質(zhì)量地完成凍結(jié)孔水泥漿置換工作。

本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種緩凝水泥漿液置換凍結(jié)孔泥漿封水方法，采用的基本水泥漿液配比為：水灰比1～1.25∶1；在基本水泥漿液中摻加重量為1.5～2％的懸浮劑和緩凝劑；所述的緩凝劑為三聚磷酸鈉、酒石酸、酒石酸鉀鈉、檸檬酸或氯化鋅六種緩凝劑中的一種或兩種及兩種以上任意混合比的混合物；其中焦磷酸鈉的摻量0.1％～0.5％；三聚磷酸鈉摻量0.1％～0.6％，酒石酸的摻量0.2％～0.4％，酒石酸鉀鈉的摻量0.4％～0.5％，檸檬酸的摻量0.05％～0.35％；氯化鋅的摻量0.2％～0.3％；上述混合液中還摻有0.8～1％的羧甲基纖維素鈉；上述懸浮劑為鈉基膨潤(rùn)土；具體方法步驟如下：

(1)在水泥漿攪拌前，先對(duì)凍結(jié)孔進(jìn)行沖孔；

(2)按每池漿液用量準(zhǔn)備好緩凝水泥漿液配制材料：水泥、水、鈉基膨潤(rùn)土、緩凝劑和羧甲基纖維素鈉；

(3)對(duì)緩凝劑和羧甲基纖維素鈉加水進(jìn)行溶解，所需水量從漿液總用水量中扣除；

(4)緩凝劑和羧甲基纖維素鈉溶解結(jié)束或臨近結(jié)束時(shí)，加水至攪拌池中，開機(jī)攪拌，并依次倒入水泥、鈉基膨潤(rùn)土；

(5)水泥漿攪拌約3min，基本攪拌均勻后，摻入緩凝劑液，繼續(xù)攪拌3min；然后將羧甲基纖維素鈉溶液加入，再攪拌3min，水泥漿液攪拌完成；

(6)開啟攪拌池與儲(chǔ)漿池之間的管道閥門，使水泥漿液流入儲(chǔ)漿池暫存；

(7)開啟注漿泵，把儲(chǔ)漿池中的漿液一次性泵入凍結(jié)孔；

(8)漿液注入完畢，立即將泥漿泵吸漿管轉(zhuǎn)至泥漿池，向管路中壓入定量泥漿，泥漿量必須準(zhǔn)確計(jì)量；泥漿的計(jì)算方法如下：

1)首先根據(jù)水泥漿總體積及鉆孔直徑，計(jì)算出無(wú)鉆桿條件下，水泥漿柱在凍結(jié)孔內(nèi)的總高度；

2)忽略鉆桿內(nèi)外壓力平衡，假定底端敞口的鉆桿插入水泥漿中，且插入部分的鉆桿桿壁體積所占的泥漿全部“倒吸入”鉆桿內(nèi)，在此條件下，根據(jù)孔內(nèi)水泥漿柱高度、鉆桿的內(nèi)外徑，計(jì)算出鉆桿之“插入到水泥漿內(nèi)的部分”的桿壁體積；進(jìn)而，換算出鉆桿內(nèi)水泥漿液柱相對(duì)于鉆桿外的高差；

3)鉆桿內(nèi)水泥漿液柱總高度已知的前提下，計(jì)算出上部鉆桿的內(nèi)部?jī)艨臻g，再計(jì)算出井口到泥漿池之間地面管路的內(nèi)部?jī)艨臻g，二者之和即為需要后續(xù)壓入的泥漿量；

(9)后續(xù)泥漿壓注完畢，迅速上提鉆桿，清理井口盤，轉(zhuǎn)入凍結(jié)管下沉作業(yè)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：高質(zhì)量地完成凍結(jié)孔水泥漿置換工作。

具體實(shí)施方式