專利名稱：地下鉆孔保護工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地下深處小型工程施工建設(shè)，尤其是在地下煤層中防止鉆孔縮徑、塌
孔、積淤、堵塞等的保護工藝。
背景技術(shù)：
在采煤層氣和煤炭地下氣化過程中，尤其是在無井式煤炭地下氣化中需要不斷延 長氣化通道，提供新的可氣化煤炭資源，這就要求提前不斷補充由地面到煤層的鉆孔。通 常，由于鉆孔的直徑比較小，施工完畢的鉆孔如果不進行很好的保護，就很容易因地層蠕 動、巖屑剝落、涌水等被堵塞，在煤炭地下氣化鉆孔施工中，煤層以上部分鉆孔內(nèi)下有鉆孔 套管，管外通過注漿水泥固井，而進入煤層及以下鉆孔部分通常是裸露的，方便流體進出煤 層。由于鉆孔直徑比較小(一般小于1000mm)、煤層松軟、完井后不能馬上使用以及各種因素 影響，煤層段的鉆孔及水平定向鉆孔等容易出現(xiàn)縮徑、塌孔、積淤等，造成使用時鉆孔不夠 完好、需要再次處理，甚至造成鉆孔報廢等難題。這就使得在鉆孔完成后需要對裸孔段進行 保護，在實施保護時既要保證在利用前，鉆孔不被堵塞，又要保證在利用時鉆孔的保護措施 不影響流體在鉆孔和煤層間的自由流動。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上技術(shù)難題，本發(fā)明公開一種適用于煤炭地下氣化的鉆孔保護工藝，包括
對于定向鉆孔，在完成豎直段鉆孔套管固井之后，向水平段鉆孔下入水平鉆孔支護管或充
填混合發(fā)泡固化劑；而對于豎直鉆孔需先進行評估鉆孔保護裝置(區(qū)別于水平段下入的鉆
孔支護管)下入深度，加固鉆孔孔底，再下入鉆孔保護裝置或充填混合發(fā)泡固化劑。對于定
向鉆孔和豎直鉆孔的保護工藝可以任選其一，也可同時選用，優(yōu)選同時選用。 定向鉆孔的水平段保護措施相對簡單。在完成定向鉆進及煤層以上部分鉆孔固井
后，向水平段鉆孔下入鉆孔支護管或充填混合發(fā)泡固化劑。 所述向水平段鉆孔下入支護管通常是一段一段的，在下入時串連在一起，在水平 鉆孔中無間斷鋪設(shè)。 所述的支護管具有一定的機械強度，在鉆孔利用期間不阻礙氣體在煤層和鉆孔 間的流通，材質(zhì)可以是開有一定數(shù)量小孔的普通鋼管(篩管)、玻璃鋼管，或者可燃燒的塑料 管、竹子或木頭等，但不局限于以上幾種，重要的是保持鉆孔不被堵塞，在使用時經(jīng)過或不 經(jīng)過簡單處理，流體可以在鉆孔和煤層之間自由流通。
所述向水平段鉆孔充填混合發(fā)泡固化劑為聚氨酯泡沫體。聚氨酯發(fā)泡工藝已經(jīng)很 成熟，在此選用半預(yù)聚體法，將部分聚醚多元醇(白料)和二異氰酸酯(黑料)先制成預(yù)聚體， 然后將另一部分的聚醚或聚多元醇和二異氰酸酯、水、催化劑、表面活性劑、其它添加劑等 加入，通過細管高速注入所述水平段鉆孔后混合進行發(fā)泡。硬質(zhì)的聚氨酯泡沫具有一定的 機械強度，充填后可以支撐鉆孔壁不塌落，而且該泡沫體易燃，在鉆孔利用時將泡沫體燒掉 煤層即可裸露出來。 而豎直鉆孔的保護工藝，可以為向煤層段鉆孔下入鉆孔保護裝置10或充填混合 發(fā)泡固化劑。 所述鉆孔保護裝置10，能夠?qū)@孔套管7下端和孔底之間裸露的煤層屏蔽起來， 防止水、巖層碎屑、污泥、煤塊等落入孔中造成堵塞。鉆孔保護裝置具有一定的機械強度、防 滲漏。材質(zhì)可以是但不局限于玻璃鋼、竹子、木樁或塑膠皮囊等，但要滿足在鉆孔使用時通 過簡單處理后不影響氣體進出煤層的流通。
首先，是向煤層段鉆孔下入鉆孔保護裝置10的保護工藝，具體內(nèi)容如下
從地面向地下煤層鉆成一眼豎直鉆孔，鉆進至鉆孔套管7下端位置深度H2，注入水泥漿 對H2位置以上鉆孔進行固井，候凝后，繼續(xù)鉆進至煤層底板5內(nèi)，根據(jù)前期鉆井取心和測井 資料明確煤層所在位置、各煤層厚度、煤質(zhì)、各層夾矸厚度、煤層底板特性等情況，估算鉆孔 套管7和鉆孔保護裝置10下入位置。具體計算可參照以下公式或類似算法 鉆孔保護裝置10下端位置深度 H尸H。十E (hp h2...hn)+ E (M" M2...Mn)-c
其中^為鉆孔保護裝置下端位置深度(m)，H。為煤層頂板深度(m)，hn為各夾矸層厚度 (m) ， Mn為各凈煤層厚度(m) ， c為經(jīng)驗常數(shù)，取值范圍為0. 5 1. 5。
鉆孔套管7下端位置深度
H2=H「 E (hp h2...hn) - E (M一A" M2*A2 Mn*An) _b
其中H2為鉆孔套管下端位置深度(m)， An為各凈煤層的灰分(90， b為經(jīng)驗常數(shù)，取值 范圍為1 2。 計算好相關(guān)參數(shù)后，向鉆孔底部注入水泥至鉆孔保護裝置10下端位置&，進行鉆 孔底部加固6 ;候凝后，煤層內(nèi)剩余的一段鉆孔此時為裸孔狀態(tài)，向該裸孔段下入鉆孔保護 裝置10。 所述鉆孔保護裝置10通常采用玻璃鋼管、竹子、木樁等硬質(zhì)管材，優(yōu)選玻璃鋼管，
硬質(zhì)管材與鉆孔套管7通過部分重疊或套接在一起保護裸孔段的煤層。 所述的鉆孔保護裝置10也可以是塑膠皮囊，通過充氣和泄氣來實現(xiàn)鉆孔璧的保
護和皮囊的下入與取出。具體為如果該鉆孔保護裝置10是塑膠皮囊，需要配有充氣設(shè)備，
在下入過程中不充氣，下至預(yù)期位置后充氣鼓起填滿裸孔段，支護孔壁避免塌陷。在鉆孔需
要啟用時，通過泄氣，體積變小，取出該鉆孔保護裝置io，鉆孔即可利用。 該鉆孔保護裝置10如果是硬質(zhì)的，其長度應(yīng)略長于裸孔段，直徑略小于鉆孔套管
7的直徑，下端至鉆孔底部&位置，上端一部分與鉆孔套管7重疊或者與鉆孔套管7套接在一起。 該保護裝置的材質(zhì)具有一定的硬度可以支撐鉆孔壁不塌陷，容易切割或在一定溫 度下可以燃燒破碎，另外保護裝置io最好為中空的。
另外，所述鉆孔保護裝置10也可采用與鉆孔套管7套接的形式。即可以從地面向 煤層底板鉆成一眼鉆孔，根據(jù)鉆井資料以及上述計算公式計算鉆孔套管7下端下放位置、
鉆孔保護裝置io下端下入位置，以及孔底加固需要的注漿水泥量，按量向鉆孔注入水泥
漿，候凝。在地面將合適長度的鉆孔保護裝置10與鉆孔套管7連接在一起，保護裝置的下 端封閉，側(cè)面開有窗口 15，方便固井水泥返漿?？椎准庸痰乃酀{候凝好之后，將連有鉆孔 保護裝置的鉆井套管下入鉆孔，鉆孔保護裝置在下，下入至孔底。向鉆孔套管7內(nèi)注入水泥 漿，泥漿通過鉆孔保護裝置10底部的窗口 15從保護裝置10和套管7外壁返回地面，完成 固井。 在實施煤炭地下氣化之前或在氣化過程中，通過技術(shù)手段使鉆孔壁附近的煤層通 過鉆孔能夠與外界大氣接觸，該技術(shù)手段可以是切割、射孔、燃燒或?qū)@孔保護裝置提出鉆 孔，包括但不局限于以上幾種。 另外，還可以利用充填混合發(fā)泡固化劑來保護鉆孔，具體為將幾種流體摻混后發(fā) 泡固化來支護鉆孔，比如上述的聚氨酯發(fā)泡填充工藝，即所述流體混合后發(fā)泡固化為硬質(zhì) 聚氨酯泡沫。通過幾支流體輸送管將流體輸送到需要支護的鉆孔段后按一定的比例混合， 混合后產(chǎn)生泡沫充滿該鉆孔段，經(jīng)過一定時間固化成具有一定能夠承壓能力的支護材料， 在遇到高溫(25(TC以上)能夠燃燒或消泡軟化。 采用本發(fā)明的鉆孔保護工藝，已鉆好的鉆孔可以放置很長時間再進行利用，再利
用時無需進行復(fù)雜的鉆孔清理，只需在井下破壞鉆孔保護裝置即可。 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細描述。


圖1是實施鉆孔保護后的定向鉆孔和豎直鉆孔縱向剖視圖 圖2是實施鉆孔保護后的豎直鉆孔縱向剖視圖 圖3是采用套接式保護工藝的鉆孔縱向剖視圖
圖中，1一豎直鉆孔；2—地表土層；3—巖層、煤層頂板；4一煤層；5—煤層底板； 6—鉆孔底部加固；7—鉆孔套管；8—定向鉆孔；9一定向鉆孔套管；10—鉆孔保護裝 置；ll一水平鉆孔支護管；12—支護管連接段；13—鉆孔保護裝置與鉆孔套管套接部分； 14—封閉端；15—窗口。
其中，圖l為摘要附圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明詳細說明，以下僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能以此限定 本發(fā)明的范圍。即大凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專
5利涵蓋的范圍內(nèi)。
實施例一
在本實施例中，將要構(gòu)建定向鉆孔和豎直鉆孔，并實施兩者的鉆孔保護工藝，在此，結(jié) 合圖l給出具體的實施步驟。 首先，從地面向煤層底板5經(jīng)過地表土層2、巖層、煤層頂板3和煤層4構(gòu)建豎直鉆 孔1，根據(jù)前期鉆孔資料和本發(fā)明給出的計算公式估算出鉆孔套管下端位置H2和鉆孔保護 裝置下端位置Hp在新奧無井式煤炭地下氣化烏蘭察布試驗基地的弓溝煤田情況二者到地 面的深度分別為277米和289米。在鉆至預(yù)期鉆孔套管下端位置H2時，向鉆孔1中下入鉆 孔套管7，通過注漿水泥將鉆孔套管和地層固結(jié)在一起，即固井。固井完成后，繼續(xù)鉆進至煤 層底板5的內(nèi)部，根據(jù)鉆孔進入煤層底板5的深度、鉆孔直徑以及鉆孔保護裝置下端位置& 計算孔底加固需要的注漿水泥量，按量將水泥漿注入鉆孔，候凝，形成鉆孔底部加固6。
其次，在距鉆孔1 一定距離處施工定向鉆孔8，一開鉆至煤層頂板底部開始造斜至 煤層中上部完成，方向為向豎直鉆孔1方向，在一開段下入鉆孔套管9并實施注漿水泥固 井。完成固井后，二開鉆進繼續(xù)造斜至煤層中下部，此時鉆進趨于水平向前。在豎直鉆孔l 中下入定向鉆目標(biāo)靶點至煤層中下部，繼續(xù)定向鉆孔8的施工，直至打通定向鉆孔8與豎直 鉆孔l，取出鉆孔設(shè)備。 然后，向二開的造斜及水平段鉆孔下入水平鉆孔支護管11 (在此為篩管)，篩管為 開有一定數(shù)量小孔的鋼管，各篩管段通過一小段的玻璃鋼管12連接或絲扣連接，篩管從鉆 孔8的一開段末端鋪至豎直鉆孔1的底部。 最后，向豎直鉆孔1的煤層裸露段下入鉆孔保護裝置IO，此處的保護裝置為充氣
皮囊，皮囊在下入過程中為泄氣狀態(tài)，下入裸孔段之后開始為其充氣，充至體積大小與裸孔
段的形狀相似，在井口固定好輸氣管，切斷與地面上充氣裝置的連接即可。在鉆孔即將啟用
的時候，通過輸氣管放出皮囊中的氣體，體積減小，即可取出皮囊，保護完好的鉆孔就可以
利用了。
實施例二
結(jié)合圖2說明豎直鉆孔保護工藝的實施步驟。
首先，利用鉆機從地面向煤層底板5，依次經(jīng)過地表土層2、巖層、煤層頂板3、煤層 4鉆成一眼鉆孔1，參考烏蘭察布弓溝煤田前期鉆井工作，此時煤層大致埋深、厚度等情況 已經(jīng)掌握，可以估算出鉆孔套管下端位置H2為277米深和鉆孔保護裝置下端位置&為289 米深，在鉆至預(yù)期鉆孔套管下端位置&時，洗井，向鉆孔1中下入鉆孔套管7至孔底(鉆孔 套管7下端)，注入水泥漿固井，將鉆孔套管7與地層固結(jié)在一起。候凝后，再次啟鉆鉆進至 煤層底板中，根據(jù)鉆孔保護裝置10下端位置Hp鉆孔直徑以及鉆孔深度估算出加固孔底需 要的水泥漿量。 其次，對鉆孔進行洗井，在清理完鉆孔用的泥漿之后，注入估算的泥漿量對孔底進 行加固，候凝，形成鉆孔底部加固6。 最后，待孔底加固施工完成后，鉆孔套管7下端以下與加固孔底6之間的鉆孔為裸 露。將鉆孔保護裝置IO (在此為玻璃鋼管)下入煤層裸露段的鉆孔中，確保鉆孔保護裝置 10的上端與鉆孔套管7的下端有一段重疊，以避免巖屑、泥沙、地層水等從上端進入鉆孔保護裝置10。在鉆孔需要利用時，可以將玻璃鋼管取出或直接在孔底燒掉。
實施例三
在此結(jié)合圖3具體陳述套接式鉆孔保護工藝的實施方法。
首先，從地面向地下煤層構(gòu)建豎直鉆孔l，經(jīng)過地表土層2、巖層、煤層頂板3、煤層 4，鉆進甚至鉆穿煤層底板5，根據(jù)烏蘭察布弓溝煤田鉆井資料及煤層取心情況，估算鉆孔套 管下端位置H2為277米深和鉆孔保護裝置下端位置&為289米深，再根據(jù)鉆孔直徑和鉆進 深度估算孔底加固需要的注漿水泥量。 其次，對鉆孔進行洗井，在清理完鉆孔用的泥漿之后，注入估算的泥漿量對孔底進 行加固，候凝，形成鉆孔底部加固6。 最后，根據(jù)計算結(jié)果，取長度合適的鉆孔保護裝置10 (在此用的是玻璃鋼管)一端 與鉆孔套管7套接在一起，套接部分見圖3位置13， 一端封閉，在封閉端14的側(cè)面開兩個小 窗口 15，封閉端14在下，鉆孔套管下入到鉆孔1中，通過向套管內(nèi)注入固井水泥漿，在壓力 作用下，水泥漿通過小窗口向鉆孔套管7外的空間流通，通過壓排，將鉆孔套管7及鉆孔保 護裝置10與巖層間的空隙充滿，候凝，即完成固井和煤層段鉆孔的保護。
在需要利用鉆孔時，向煤層段的鉆孔保護裝置10內(nèi)下入射孔設(shè)備，射開鉆孔保護 裝置10以及附近的固井水泥環(huán)，煤層和鉆孔間的流體即可自由流通了。
權(quán)利要求
一種地下鉆孔保護工藝，包括對于定向鉆孔(8)，向水平段鉆孔下入水平鉆孔支護管或充填混合發(fā)泡固化劑；和/或?qū)τ谪Q直鉆孔(1)下入鉆孔保護裝置(10)或充填混合發(fā)泡固化劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下鉆孔保護工藝，其特征在于支護管材質(zhì)為普通鋼管、 玻璃鋼管、可燃燒的塑料管、竹子或木頭；鉆孔保護裝置(IO)材質(zhì)為玻璃鋼、竹子、木樁或塑膠皮囊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下鉆孔保護工藝，其特征在于鉆孔保護裝置(10)采用塑 膠皮囊，通過充氣和泄氣來實現(xiàn)鉆孔的保護和皮囊的下入與取出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下鉆孔保護工藝，其特征在于鉆孔保護裝置(10)采用硬質(zhì)管材時，硬質(zhì)管材與鉆孔套管(7)部分重疊或套接的形式屏蔽裸孔段的煤層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下鉆孔保護工藝，其特征在于鉆孔保護裝置(10)如果是 硬質(zhì)管材，其長度略長于裸孔段，直徑略小于鉆孔套管(7)的直徑，管材下端至鉆孔底部& 位置，上端一部分與鉆孔套管(7)重疊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的地下鉆孔保護工藝，其特征在于鉆孔保護裝置(10)采用套 接式時，是將鉆孔保護裝置(10)與鉆孔套管(7)連接在一起，保護裝置(10)的下端封閉，側(cè) 面開孔。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下鉆孔保護工藝，其特征在于利用充填混合發(fā)泡固化劑 保護鉆孔是將幾種流體摻混后發(fā)泡固化來支護鉆孔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的地下鉆孔保護工藝，其特征在于所述充填混合發(fā)泡固化劑為硬質(zhì)聚氨酯泡沫。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 8所述任意一種地下鉆孔保護工藝，其特征在于對于豎直鉆孔(1 )，下入鉆孔保護裝置(10)或充填混合發(fā)泡固化劑前先加固鉆孔孔底(6)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種地下鉆孔保護工藝，包括對于定向鉆孔(8)，在完成豎直段鉆孔套管(9)固井之后，向水平段鉆孔下入水平鉆孔支護管或充填混合發(fā)泡固化劑；和/或?qū)τ谪Q直鉆孔(1)先加固鉆孔孔底，再下入鉆孔保護裝置(10)或充填混合發(fā)泡固化劑。本發(fā)明在鉆孔完成后對裸孔段進行有效保護，既保證了在鉆孔利用前，鉆孔不被堵塞，又保證了在利用時，鉆孔的保護措施不影響流體在鉆孔和煤層間的自由流動。
文檔編號E21B33/03GK101749005SQ20101012571
公開日2010年6月23日 申請日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者宋玉平, 龐旭林, 梁杰, 潘霞, 賀巖 申請人:新奧氣化采煤有限公司