防止井漏水的方法、井結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種防止井漏水的方法和一種井結(jié)構(gòu)。方法包括執(zhí)行如下步驟：向井中下放套管，直至套管的底端進(jìn)入隔水層設(shè)定深度后停止，并將套管與位于頂板含水層中的井壁固井連接；向井中下放支撐管，支撐管的外壁至少與位于隔水層中設(shè)定深度下方的井壁連接，其中，支撐管設(shè)置為隨隔水層移動時(shí)相對于套管軸向滑動。井結(jié)構(gòu)包括：第一井段、第二井段、套管和支撐管，套管與第一井段的井壁固定連接，其底端位于隔水層的設(shè)定深度處；支撐管與第二井段的井壁連接；支撐管的外壁與所述套管的內(nèi)壁彼此間隔開以使得套管約束支撐管的水平移動而不影響支撐管的軸向滑動。上述方法和井結(jié)構(gòu)可防止由于煤層頂板的冒落而引起的頂板含水層漏水。
【專利說明】防止井漏水的方法、井結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種防止井漏水的方法、以及一種井結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]地層中具有頂板含水層和隔水層，并且頂板含水層位于隔水層的上方。其中，頂板含水層由相互空隙較大的巖石、卵石、粗沙、疏松的沉積物、富有裂隙的巖石等構(gòu)成，因此，頂板含水層具有良好的透水性。隔水層由致密的巖石和/或粘土構(gòu)成，因此，隔水層具有較差的透水性。
[0003]例如，在需要對上述頂板含水層和隔水層下方的煤層進(jìn)行氣化時(shí)，需在頂板含水層、隔水層和煤層構(gòu)建的依次將其貫通的井，并且在井中設(shè)置套管，套管與位于頂板含水層和隔水層中的井壁連接。煤層在氣化過程中，逐漸形成燃空區(qū)，燃空區(qū)上方的隔水層會發(fā)生冒落，即隔水層部分脫落。而脫落的隔水層(即冒落帶)會對與其連接的套管產(chǎn)生向下的拉力，從而引起套管在冒落帶以上的與頂板含水層連接的管段受應(yīng)力拉斷。由此，套管在位于頂板含水層處拉斷后，一方面，頂板含水層中的水會通過拉斷處進(jìn)入套管內(nèi)部，并進(jìn)而流進(jìn)位于煤層中的氣化通道。另一方面頂板含水層中的水會通過套管外壁與井壁之間的環(huán)空空隙滲漏至煤層中的氣化通道。由此會導(dǎo)致氣化通道中聚集大量的水，進(jìn)而導(dǎo)致氣化反應(yīng)溫度降低，影響氣化工藝與煤氣組分。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種防止井漏水的方法以及一種井結(jié)構(gòu)，其可防止由于隔水層冒落而引發(fā)的井漏水。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種防止井漏水的方法，在貫穿由上至下依次包含有頂板含水層和隔水層的地層的井的構(gòu)建過程中、或構(gòu)建完畢后，執(zhí)行如下步驟:套管設(shè)置步驟，向井中下放套管，直至套管的底端進(jìn)入隔水層設(shè)定深度后停止，并將套管至少與位于頂板含水層中的井壁固井連接；支撐管設(shè)置步驟，向井中下放支撐管，支撐管的外壁至少與位于隔水層中所述設(shè)定深度下方的井壁連接，其中，支撐管設(shè)置為可以隨地層的位移或受熱漲縮時(shí)在套管內(nèi)軸向滑動。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，支撐管的外壁與套管的內(nèi)壁彼此間隔開，以使支撐管與套管之間始終保持脫離接觸狀態(tài)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，在執(zhí)行套管設(shè)置步驟之前，對頂板含水層加壓注入密封劑，以使密封劑在頂板含水層中凝固形成止水環(huán)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，在執(zhí)行套管設(shè)置步驟之前，執(zhí)行如下鉆井步驟:鉆井至頂板含水層時(shí)，對頂板含水層交替進(jìn)行鉆井和向頂板含水層加壓注入密封劑，直至全部頂板含水層注入完畢，以使密封劑滲入頂板含水層的空隙中并在頂板含水層中形成以井為軸心的止水環(huán)；繼續(xù)鉆井至隔水層設(shè)定深度下方，然后執(zhí)行套管設(shè)置步驟；繼續(xù)鉆井至設(shè)計(jì)深度，執(zhí)行支撐管設(shè)置步驟。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，在套管設(shè)置步驟中:向套管與井壁之間的環(huán)隙注入固井材料，以實(shí)現(xiàn)套管與井壁之間的固井連接。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，在執(zhí)行支撐管設(shè)置步驟之前，向井中注入水以使位于設(shè)定深度下方的地層的粘土遇水膨脹，以致位于設(shè)定深度下方的井壁的內(nèi)徑逐漸減?。辉趦?nèi)徑逐漸減小至等于支撐管的外徑之前，執(zhí)行支撐管設(shè)置步驟，其中，支撐管的外壁和位于與其相鄰接的地層的井壁通過膨脹固定連接。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，支撐管部分地套設(shè)于套管中。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，支撐管的套設(shè)于套管中的管段的長度，大于支撐管隨隔水層移動時(shí)相對于套管的軸向滑動距離。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，設(shè)定深度在煤層頂板冒落帶以上。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，所述設(shè)定深度為3_5m。
[0015]本發(fā)明另一方面提供一種井結(jié)構(gòu)，設(shè)置于由上至下依次包含有頂板含水層和隔水層的地層中，包括:相連接的第一井段和第二井段，第一井段貫通頂板含水層，第二井段貫通頂板含水層下方的隔水層；還包括:套管，套管的外壁至少與第一井段的井壁固井連接，套管的底端位于隔水層的設(shè)定深度處；支撐管，支撐管的外壁至少與第二井段位于設(shè)定深度下方的井壁固定連接；其中，支撐管的外壁與套管的內(nèi)壁彼此間隔開。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，支撐管部分地套設(shè)在套管中。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，套管的外壁與第一井段的井壁通過固井材料固井連接。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，支撐管的外壁至少與第二井段的位于設(shè)定深度下方的井壁，通過與支撐管相鄰接的地層的膨脹固定連接。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，還包括:環(huán)繞第一井段的止水環(huán)，止水環(huán)由凝固于頂板含水層中的密封劑構(gòu)成。
[0020]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于:
[0021]本發(fā)明的防止井漏水的方法，通過套管設(shè)置步驟和支撐管設(shè)置步驟，在頂板含水層中的井壁固井連接套管，在隔水層中的井壁固定連接支撐管。在隔水層部分發(fā)生冒落時(shí)，冒落的部分隔水層牽引支撐管下落，而由于支撐管隨隔水層移動時(shí)相對于套管軸向滑動，使得支撐管不會對套管施加拉力而導(dǎo)致套管斷裂。此外，套管的底端位于隔水層的設(shè)定深度處，即使冒落的部分隔水層位于套管下方，由此冒落的部分隔水層也不會直接牽引套管下落。由此，隔水層發(fā)生的冒落不會對套管產(chǎn)生向下的拉力，從而不會引起套管在冒落帶以上的與頂板含水層連接的管段受應(yīng)力拉斷。進(jìn)而，避免了頂板含水層中的水進(jìn)入氣化通道而影響氣化工藝與煤氣組分。
[0022]本發(fā)明的井結(jié)構(gòu)，套管至少與位于頂板含水層的第一井段固井連接，支撐管與第二井段位于設(shè)定深度下方的井壁固定連接，并且支撐管的外壁與套管的內(nèi)壁彼此間隔開。由此，在隔水層部分發(fā)生冒落時(shí)，冒落的部分隔水層牽引支撐管下落，而不會對套管施加拉力而導(dǎo)致套管斷裂。此外，套管的底端位于隔水層的設(shè)定深度處，即使冒落的部分隔水層位于套管下方，由此冒落的部分隔水層也不會直接牽引套管下落。綜上，隔水層發(fā)生的冒落不會對套管產(chǎn)生向下的拉力，從而不會引起套管在冒落帶以上的與頂板含水層連接的管段受應(yīng)力拉斷。進(jìn)而，避免了頂板含水層中的水進(jìn)入氣化通道而影響氣化工藝與煤氣組分。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的井結(jié)構(gòu)在隔水層冒落前的示意圖；
[0024]圖2是圖1示出的井結(jié)構(gòu)在隔水層冒落后的示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明的井結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例在隔水層冒落前的示意圖；
[0026]圖4是圖3示出的井結(jié)構(gòu)在隔水層冒落后的示意圖；
[0027]圖5示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其示意出向套管中注入加壓后的固井材料的步驟。

【具體實(shí)施方式】
[0028]如下參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0029]參照圖1，地層中具有頂板含水層I和隔水層2，并且頂板含水層I位于隔水層2的上方。其中，頂板含水層I由空隙較大的巖石、卵石、粗沙、疏松的沉積物、富有裂隙的巖石等構(gòu)成。因此，頂板含水層I具有良好的透水性。隔水層2由致密的巖石和/或粘土構(gòu)成，因此，隔水層2具有較差的透水性。此外，可理解，現(xiàn)有地層中，從地面向下，可能包含多個(gè)交替的含水層和隔水層，而且含水層和隔水層之間可能間隔有其他種類的地層。而圖1至圖5中僅示出了煤層上方具有一個(gè)隔水層2，隔水層2上方具有一個(gè)頂板含水層。其中，本發(fā)明所針對的頂板含水層是會因隔水層冒落而向井中漏水的含水層。也可理解，頂板含水層可能并非整體可透水，而是由多個(gè)含水層間隔地層疊在一起，進(jìn)而，圖1-5示出的頂板含水層I即可理解為會因隔水層冒落而對井漏水的所有含水層的集合區(qū)域。而在圖1-5中僅示出在煤層和頂板含水層I之間只具有一個(gè)隔水層2。而在本發(fā)明的圖3-5中未示出的其他實(shí)施例中，可在隔水層2與頂板含水層I之間設(shè)置其他種類的地層、和/或在隔水層2與煤層中設(shè)置其他種類的地層、和/或具有多個(gè)間隔開的隔水層2。而根據(jù)本發(fā)明的如下實(shí)施例中應(yīng)用的本發(fā)明的方法和井結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可明顯地將其應(yīng)用于任意合適的地層中，以起到與本發(fā)明相同或相似的作用。
[0030]在現(xiàn)有技術(shù)中，例如，在需要對上述頂板含水層I和隔水層2下方的煤層8進(jìn)行氣化的情況下，需在頂板含水層1、隔水層2和煤層8構(gòu)建的依次將其貫通的井，并且在井中設(shè)置套管3，套管3與位于頂板含水層I和隔水層2中的井壁連接。
[0031]在現(xiàn)有技術(shù)中，參照圖2，煤層在氣化過程中，逐漸形成燃空區(qū)，燃空區(qū)上方的隔水層2會發(fā)生冒落，即隔水層2部分脫落，形成煤層頂板冒落帶，即如圖2中示出的冒落帶9。而未脫落的隔水層2形成如圖2中示出的未冒落帶10。冒落帶9會對與其連接的套管3的管段產(chǎn)生向下的拉力，從而引起套管3在冒落帶9以上的與頂板含水層I連接的管段受應(yīng)力拉斷。由此，套管3在位于頂板含水層I處拉斷后，一方面，頂板含水層I中的水會通過拉斷處進(jìn)入套管3內(nèi)部，并進(jìn)而流進(jìn)位于煤層8中的氣化通道。另一方面頂板含水層I中的水會通過套管3外壁與井壁之間的環(huán)空空隙滲漏至煤層8中的氣化通道。由此會導(dǎo)致氣化通道中聚集大量的水，進(jìn)而導(dǎo)致氣化反應(yīng)溫度降低，影響氣化工藝與煤氣組分。
[0032]參照圖3是本發(fā)明的井結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例，其設(shè)置于由上至下依次包含有頂板含水層I和隔水層2的地層中，并包括相連接的第一井段5和第二井段6，第一井段5貫通頂板含水層I，第二井段6貫通隔水層2。此外，該井結(jié)構(gòu)還包括套管3和支撐管4，套管3的外壁至少與第一井段5的井壁固定連接，套管3的底端位于隔水層2的設(shè)定深度H處，支撐管4的外壁至少與第二井段6的位于設(shè)定深度H下方的井壁連接。其中，支撐管4的外壁與套管3的內(nèi)壁彼此間隔開。由此，支撐管4在隨地層移動或受熱脹縮時(shí)相對于套管3軸向滑動。
[0033]由此，參照圖4，在隔水層2部分發(fā)生冒落時(shí)，冒落的部分隔水層2 (即冒落帶9)牽引支撐管4下落，而不會對套管3施加拉力而導(dǎo)致套管3斷裂。此外，由于套管3的底端位于隔水層2的設(shè)定深度H處，即冒落帶9位于套管3下方，由此冒落帶9也不會直接牽引套管3下落。綜上，隔水層2發(fā)生的冒落不會對套管2產(chǎn)生向下的拉力，從而不會引起套管2在冒落帶9以上的與頂板含水層I連接的管段受應(yīng)力拉斷。進(jìn)而，避免了頂板含水層I中的水進(jìn)入氣化通道而影響氣化工藝與煤氣組分，延長了煤炭地下氣化爐的使用壽命。
[0034]進(jìn)一步參照圖3，在本實(shí)施例中，地層由上至下依次為上覆巖層11、煤層頂板含水層(即頂板含水層I)、煤層頂板隔水層(即隔水層2)和煤層8。從地面向煤層8設(shè)置貫通的井，并形成依次連接的頂部井段12、第一井段5、第二井段6和底部井段13。其中，頂部井段12貫穿上覆巖層11 (即頂部井段12的上、下邊緣分別與上覆巖層11的上、下邊緣平齊)，第一井段5貫穿頂板含水層I (即第一井段5的上、下邊緣分別與頂板含水層I的上、下邊緣平齊)，第二井段6貫穿隔水層2 (即第二井段6的上、下邊緣分別與隔水層2的上、下邊緣平齊)，底部井段13貫穿煤層8 (即底部井段13的上、下邊緣分別與煤層8的上、下邊緣平齊)。
[0035]此外，套管3的外壁與頂部井段12的全部井壁、第一井段5的全部井壁和第二井段6的位于設(shè)定深度H上方的全部井壁通過固井材料14固定連接，以構(gòu)成套管3的固井連接。其中，可理解，套管3的外壁與第二井段6的井壁固定連接的管段的長度等于設(shè)定深度
H。優(yōu)選地，設(shè)定深度H位于煤層頂板冒落帶(即冒落帶9)以上，冒落帶9即為隔水層2發(fā)生冒落時(shí)冒落的部分隔水層2。更加優(yōu)選地，設(shè)定深度H位于3-5m的范圍內(nèi)。可理解，當(dāng)設(shè)定深度H為Om時(shí)，套管3的底面與第一井段5的下邊緣平齊，故套管3僅與頂部井段12的全部井壁和第一井段5的全部井壁固定連接，而此時(shí)，支撐管4的外壁與第二井段6的位于設(shè)定深度下方的井壁固定連接。而當(dāng)設(shè)定深度H大于Om時(shí)，套管3在與頂部井段12的全部井壁和第一井段5的全部井壁固定連接的基礎(chǔ)上，可選地與第二井段6的位于設(shè)定深度H上方的井壁固定連接。而此時(shí)，支撐管4的外壁與第二井段6的位于設(shè)定深度H下方的井壁固定連接。
[0036]進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，支撐管4的底端位于隔水層2的下方，由此，支撐管4與第二井段6的位于設(shè)定深度H下方的全部井壁連接。而支撐管4部分地套設(shè)在套管3中，即支撐管4的頂端位于套管3的底端的上方。由此，在出現(xiàn)冒落前，支撐管4與套管3起到了對第一井段5和第二井段6在其整個(gè)長度方向上的支護(hù)作用。優(yōu)選地，套設(shè)于套管3中的支撐管4的管段的長度A，大于支撐管4的底端至井底的距離B。由此使得在發(fā)生如圖4示出的情形時(shí)，支撐管4的底端抵靠井底，同時(shí)支撐管的頂端位于套管3的底端的上方，以使得在隔水層2部分冒落時(shí)，第一井段5和第二井段6在其整個(gè)長度方向上均能得到支護(hù)。此外，在本實(shí)施例中，支撐管4套設(shè)在套管3的內(nèi)部。
[0037]另外，支撐管4的外壁與第二井段6的井壁通過與支撐管4相鄰接的地層的膨脹固定連接。其中，在由地面向煤層8鉆孔以建立上述井的過程中，會同時(shí)注入水。該部分水流入設(shè)定深度H以下的地層中，使得該部分地層的粘土遇水膨脹?？衫斫?，該膨脹需經(jīng)歷一段時(shí)間，在膨脹的過程中，設(shè)定深度H以下的地層中的未被套管3支護(hù)的部分的內(nèi)徑會逐漸變小。在本實(shí)施例中，支撐管4至少與位于煤層8和頂板含水層I之間的部分隔水層2連接，如下詳細(xì)描述。而為了方便描述，將第二井段6的位于設(shè)定深度H上方的部分稱之為“第二井段支護(hù)部61”，將第二井段6的位于設(shè)定深度H下方的部分稱之為“第二井段未支護(hù)部62”。在第二井段未支護(hù)部62的內(nèi)徑逐漸變小到等于支撐管4的外徑之前，將支撐管4放置在第二井段6中，由此，隨著第二井段未支護(hù)部62周圍隔水層2的粘土的不斷膨脹以及地應(yīng)力釋放的作用，第二井段未支護(hù)部62周圍的隔水層2膨脹包覆支撐管4，以形成第二井段6的位于設(shè)定深度H下方的井壁與支撐管4的外壁通過與支撐管4相鄰的隔水層2的膨脹固定連接。至此，可理解，支撐管4和套管3形成了一種非鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。在圖3中還可看出，環(huán)繞第一井段5設(shè)置有止水環(huán)7，止水環(huán)7由凝固于頂板含水層I中的密封劑構(gòu)成。具體地，在設(shè)置套管3之前，由第一井段5向頂板含水層I中注入密封劑，密封劑滲入頂板含水層I并在頂板含水層I中凝固，由此構(gòu)成了止水環(huán)7。在本實(shí)施例中，向圍繞第一井段5的整個(gè)長度方向上的頂板含水層I中注入密封劑，即密封劑凝固后形成的止水環(huán)7的長度等于第一井段5的長度，其中止水環(huán)7的長度為沿井的軸線方向的長度?？衫斫猓芊鈩┻M(jìn)入頂板含水層I中的巖石等的縫隙中并在其中凝固，封堵了頂板含水層I中的縫隙，由此實(shí)現(xiàn)了防止頂板含水層I的水進(jìn)入到套管I中或由套管I與第一井段5的井壁之間的環(huán)隙流入到煤層8中。由此，一方面，在煤層氣化的過程中，除固井材料14和套管3形成的密封外，止水環(huán)7進(jìn)一步加強(qiáng)了密封，防止頂板含水層I中的水經(jīng)過套管I或上述環(huán)隙進(jìn)入到煤層中。另一方面，在隔水層2發(fā)生冒落的時(shí)候，在套管3在特殊情況下出現(xiàn)了斷裂時(shí)，止水環(huán)7可起到密封作用，防止頂板含水層I中的水經(jīng)過套管I或上述環(huán)隙進(jìn)入到煤層8中。由此，可理解，止水環(huán)7是防止由頂板含水層I向井中漏水的主要設(shè)施。
[0038]如下參照圖3至圖5描述本發(fā)明的防止井漏水的方法的一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例所涉及到的步驟可選地部分或全部的用于圖3和圖4所示出的井結(jié)構(gòu)的建立，當(dāng)然在其他的實(shí)施例中，本方法可獨(dú)立為一個(gè)防止井漏水的方法，而不基于上述井結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，下述防止井漏水的方法用于防止向地下氣化爐的爐井中漏水。
[0039]本方法的實(shí)施例中，在貫穿由上至下依次包含有頂板含水層I和隔水層2的地層的井的構(gòu)建過程中、或構(gòu)建完畢后，執(zhí)行如下步驟:套管設(shè)置步驟，向井中下放套管3，直至套管3的底面進(jìn)入隔水層2設(shè)定深度H后停止，并將套管3至少與位于頂板含水層I中的井壁固井連接；支撐管設(shè)置步驟，向井中下放支撐管4，支撐管4的外壁至少與位于隔水層2中設(shè)定深度H下方的井壁連接，其中，支撐管4設(shè)置為隨隔水層2移動(冒落)時(shí)相對于套管3軸向滑動。
[0040]由此，參照圖4，在隔水層2部分發(fā)生冒落時(shí)，冒落的部分隔水層2 (即冒落帶9)牽引支撐管4下落，而由于支撐管4隨隔水層移動時(shí)相對于套管軸向滑動，使得支撐管4不會對套管3施加拉力而導(dǎo)致套管3斷裂。此外，套管3的底面位于隔水層2的設(shè)定深度處，即位于冒落帶9的上方，由此冒落帶9也不會直接牽引套管3下落。綜上，隔水層2發(fā)生的冒落不會對套管3產(chǎn)生向下的拉力，從而不會引起套管3在冒落帶9以上的與頂板含水層I連接的管段受應(yīng)力拉斷。進(jìn)而，避免了頂板含水層I中的水進(jìn)入氣化通道而影響氣化工藝與煤氣組分。
[0041]具體地，在本實(shí)施例中，在構(gòu)建井的過程中執(zhí)行套管設(shè)置步驟、在井構(gòu)建完畢后執(zhí)行支撐管設(shè)置步驟。詳細(xì)描述如下。
[0042]首先，開始進(jìn)行井的構(gòu)建。由地面向頂板含水層I鉆進(jìn)，鉆井至頂板含水層I時(shí)，對頂板含水層I以前進(jìn)式分段注漿方法交替進(jìn)行鉆井和向頂板含水層I加壓注入密封劑，直至全部頂板含水層I注入完畢。具體而言，在鉆進(jìn)至位于頂板含水層I中的第一位置處時(shí)停止鉆進(jìn)，向井中注入加壓的密封劑，密封劑滲透進(jìn)入頂板含水層I中凝固。待凝固后，對該井繼續(xù)由地面向頂板含水層I鉆進(jìn)(即將井向更深處鉆進(jìn))，并且在鉆至位于頂板含水層I中的第二位置處時(shí)停止鉆進(jìn)，并向井中注入加壓的密封劑，密封劑滲透進(jìn)入頂板含水層I中凝固。然后再次將井向更深處鉆進(jìn)，并且在鉆至位于頂板含水層I中的第三位置處時(shí)停止鉆孔，并向井中注入加壓的密封劑，密封劑滲透進(jìn)入頂板含水層I中凝固。依次類推，直至對圍繞井的整個(gè)長度方向上的頂板含水層均注入密封劑?？衫斫猓鲜鲞^程即為前進(jìn)式分段注漿方法，即鉆一段注一段的前進(jìn)式注漿。其中，每個(gè)停止鉆進(jìn)的位置與前一停止鉆進(jìn)的位置之間的距離為5m。
[0043]在本實(shí)施例中，密封劑可選地為水泥漿、止水膠狀物，或者使用如下混合劑，即使用425號以上的普通硅酸鹽水泥、水玻璃(出廠濃度42?45Β?，比重1.42?1.45，模數(shù)
2.4?2.8)和拌合水(水質(zhì)應(yīng)符合《鐵路砼及砌石工程施工規(guī)范》中的各項(xiàng)規(guī)定)調(diào)配在一起，其中，配比控制:水灰比(W/C)為0.8 ;水玻璃稀釋濃度為25?35Β?。
[0044]此外，注漿操作工藝可依據(jù)中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《立井井筒地面預(yù)注漿工程注漿鉆孔施工技術(shù)規(guī)范》MT-Tl 150-2011執(zhí)行。在本實(shí)施例中，密封劑壓力一般為地下水靜水壓力的2?3倍，考慮到巖層裂隙阻力，密封劑壓力的初始注入壓力3MPa，終壓4?5MPa。單孔漿液擴(kuò)散半徑4m。在上述鉆進(jìn)過程中，鉆孔出水量大于50L/min時(shí)，注漿速度為80?100L/min，鉆孔出水量等于O?50L/min時(shí)，注漿速度為60?80L/min。注漿率不大于0.4L/min時(shí),持續(xù)注衆(zhòng)30min即可結(jié)束。
[0045]更加具體地，在本實(shí)施例中，在每次停止鉆進(jìn)之后，安裝并下放注漿管、止?jié){塞以及混合器等設(shè)施。下放止?jié){塞前，應(yīng)根據(jù)預(yù)先確定的注漿深度，配齊注漿管及其他輔助設(shè)備并依次下放。止?jié){塞連同注漿管一起下放。當(dāng)止?jié){塞和注漿管都下放至對應(yīng)于注漿深度的預(yù)定位置以后，連接孔口管并實(shí)現(xiàn)注漿裝置的配置。其中止?jié){塞采用機(jī)械三爪式，三爪式止?jié){塞下托盤的短管下端裝有三個(gè)能作徑向收攏和張開的爪塊。張開后的三個(gè)爪塊插入井壁圍巖，作為支點(diǎn)，如對注漿鉆桿加壓，即可實(shí)現(xiàn)膠塞的橫向膨脹達(dá)到止?jié){目的。當(dāng)然，不局限于，在其他可選的實(shí)施例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可使用任何公知且常用的設(shè)備進(jìn)行注漿。
[0046]綜上，可理解，多次鉆進(jìn)后即形成頂部井段12和第一井段5，而在每次鉆進(jìn)后注入密封劑即為由位于頂板含水層I中的井壁(即第一井段的井壁)向環(huán)繞該井壁的頂板含水層I注入密封劑。換言之，在本實(shí)施例中，將第一井段進(jìn)一步分成多個(gè)段落，對環(huán)繞每個(gè)段落的頂板含水層I分步注入密封劑，而最后構(gòu)成對環(huán)繞第一井段5的長度方向的整個(gè)頂板含水層注入密封劑。密封劑滲入頂板含水層I中，并在頂板含水層I中凝故形成上述止水環(huán)7?？衫斫?，該止水環(huán)7由于是從第一井段的井壁向頂板含水層I中注入的密封劑構(gòu)成的，故止水環(huán)7環(huán)繞第一井段5，以井為軸心并且貼覆第一井段5而不與第一井段5間隔開。當(dāng)然，在其他可選的實(shí)施例中，可由地面向頂板含水層I鉆進(jìn)，并在鉆至頂板含水層I的底面時(shí)停止鉆進(jìn)，而后向頂板含水層中注入密封劑，以在同一時(shí)間對第一井段的整個(gè)長度方向的頂板含水層注入密封劑?；蛘?，還可直接由地面向煤層中鉆進(jìn)以將井建造完畢，之后選擇適當(dāng)種類的密封劑，直接向頂板含水層I噴射密封劑，換言之，可在井建立完畢后構(gòu)建止水環(huán)7。
[0047]在本實(shí)施例中，上述步驟將井鉆進(jìn)貫穿頂板含水層I。
[0048]通過巖心錄井?dāng)?shù)據(jù)確定鉆井深度與頂板含水層I位置，繼續(xù)鉆進(jìn)至進(jìn)入隔水層2中，并且使得所形成的井底至頂板含水層I的距離大于設(shè)定深度H，即鉆井至隔水層設(shè)定深度H下方，且并不貫穿隔水層2。當(dāng)然，若在前一步驟中所形成的井已經(jīng)達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)，則可不再進(jìn)行該次鉆進(jìn)。
[0049]之后，執(zhí)行套管設(shè)置步驟:
[0050]下放套管3，直至套管3的底面進(jìn)入隔水層2設(shè)定深度H后停止。優(yōu)選地，設(shè)定深度H在煤層頂板冒落帶(即冒落帶9)以上。更加優(yōu)選地，設(shè)定深度H位于3-5m的范圍內(nèi)。然后，參照圖5，向套管3中注入加壓(壓力一般3-5mpa)后的固井材料，使得固井材料經(jīng)井底向上進(jìn)入套管3與井壁之間的環(huán)隙，以實(shí)現(xiàn)向套管3與井壁之間的環(huán)隙注入固井材料，并進(jìn)一步在固井材料凝結(jié)后將套管3與頂部井段12、第一井段5和第二井段6固定連接以形成套管3的固井連接。此固定連接方式可防止地下水順管壁竄層流動?？衫斫猓诒緦?shí)施例中，使用返漿注入的方法將固井材料注入至套管3與井壁之間的環(huán)隙中，由此，使得套管3與頂部井段12的全部井壁、第一井段5的全部井壁和第二井段6的位于設(shè)定深度H以上的全部井壁固定連接。上述“套管3與井壁之間的環(huán)隙”中的“井壁”為頂部井段12的全部井壁、第一井段5的全部井壁和第二井段6的位于設(shè)定深度H以上的全部井壁的集合。當(dāng)然，在其他可選的實(shí)施例中，可不使用上述返漿注入的方法，而使得至少第一井段5的全部井壁與套管3的外壁通過固井材料連接，即上述“套管3與井壁之間的環(huán)隙”中的“井壁”至少包括第一井段5的全部井壁。當(dāng)然根據(jù)實(shí)際情況和固井材料的類型以及注入方法的改變，上述“套管3與井壁之間的環(huán)隙”中的“井壁”也可以僅包括第一井段5的部分井壁。換言之，本發(fā)明的“將套管3至少與位于頂板含水層I中的井壁連接”即為可以使套管3對頂板含水層I起到支護(hù)作用的連接。而本發(fā)明的“向套管3與井壁之間的環(huán)隙注入固井材料”即為實(shí)現(xiàn)這種“起到支護(hù)作用的連接”的一種方法。至此完成套管的設(shè)置。
[0051]然后，繼續(xù)鉆井至設(shè)計(jì)深度，即由地面繼續(xù)向下鉆進(jìn)直至井通入到煤層中并達(dá)到設(shè)定的井深(即設(shè)計(jì)深度)。由此形成了位于煤層中的底部井段13。至此，井構(gòu)建完畢。
[0052]其中，在此次鉆進(jìn)的過程中，向井中注入水以使位于設(shè)定深度下方的地層的粘土遇水膨脹，以致位于設(shè)定深度下方的井壁的內(nèi)徑逐漸減小。在本實(shí)施例中，即為使得隔水層2的位于設(shè)定深度H下方的粘土遇水膨脹，以使得相應(yīng)的井壁的內(nèi)徑逐漸減小。在上述內(nèi)徑逐漸減小至等于支撐管4的外徑之前，執(zhí)行如下支撐管設(shè)置步驟。
[0053]下放支撐管4，并且保持支撐管4部分地套設(shè)于套管3中，且套設(shè)于套管3中的支撐管4的管段的長度A大于支撐管4隨隔水層移動時(shí)相對于套管的軸向滑動距離，換言之，套設(shè)于套管3中的支撐管4的管段的長度A大于支撐管4的底面至井底的距離B。由此，在冒落帶9帶動支撐管4向下運(yùn)動至支撐管4的底面抵靠在井底時(shí)，支撐管4仍有部分管段套設(shè)在套管3中，以保證第一井段5和第二井段6在整個(gè)長度方向上均能夠得到支護(hù)。
[0054]可理解，位于隔水層2的設(shè)定深度下方的井壁(即上述第二井段未支護(hù)部62的井壁)由于沒有套管3的限制，該部分井壁會遇水膨脹，該膨脹需經(jīng)歷一段時(shí)間，在膨脹的過程中，該部分井壁的內(nèi)徑會逐漸變小。在該部分井壁的內(nèi)徑逐漸變小到等于支撐管4的外徑之前，將支撐管4放置在第二井段6中，由此，隨著隔水層2的粘土的不斷膨脹以及地應(yīng)力釋放的作用，第二井段未支護(hù)部62周圍的粘土包覆支撐管4，以形成第二井段6的位于設(shè)定深度下方的井壁與支撐管4的外壁形成了膨脹固定連接，換言之，支撐管4的外壁和位于與其相鄰接的地層的井壁通過膨脹固定連接。當(dāng)然，不局限于本實(shí)施例，支撐管8與井壁的連接可以使用上述套管3與第一井段5的連接方法進(jìn)行連接，或其他任意可選的方法。
[0055]此外，在本實(shí)施例中，支撐管4在長度方向上覆蓋第二井段6位于設(shè)定深度H下方的全部井壁，故支撐管4的內(nèi)壁與第二井段6的位于設(shè)定深度H下方的全部井壁連接。
[0056]另外，在本實(shí)施例中，支撐管4的外壁與套管3的內(nèi)壁彼此間隔開，以使支撐管3與套管4之間始終保持脫離接觸的狀態(tài)，進(jìn)而使得在隔水層冒落的時(shí)候，支撐管4隨隔水層移動時(shí)相對于套管3軸向滑動(該軸向可理解為套管的軸向)。從而，支撐管4對套管3施加拉力導(dǎo)致套管3斷裂。
[0057]也可理解，即便在冒落現(xiàn)象引起了支撐管8的斷裂，也不會影響到套管3對于第一井段5的支護(hù)。
[0058]進(jìn)一步，套管3的內(nèi)壁和支撐管4的外壁在間隔開設(shè)置，可理解為其可使得支撐管4由井口穿過套管3內(nèi)，也可滿足支撐管4的運(yùn)動不帶動套管3運(yùn)動。而套管3的內(nèi)壁與支撐管4之間的間隙控制在:當(dāng)支撐管4受熱膨脹后，套管3能夠?qū)χ喂?起到限位作用的范圍內(nèi)。具體地，由于煤層8燃燒而使得井中的環(huán)境溫度大幅提升，支撐管4會因周圍環(huán)境的升溫而膨脹，其膨脹可能會擠壓其周圍的地層，而造成支撐管4在軸向上的偏離。而通過將支撐管4設(shè)置在套管3的內(nèi)部，使得套管3對支撐管4起到了限位作用，即限制了支撐管4的沿井的軸向方向的偏離，換言之，防止支撐管4水平移動。
[0059]而頂板含水層和隔水層并不限于是本實(shí)施例中位于煤層上方的頂板含水層和隔水層。本發(fā)明的方法和井結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于具有頂板含水層和隔水層、且需要對頂板含水層和隔水層中的井實(shí)施防漏水措施的任何地層中。
[0060]此外，上述實(shí)施例所描述的情形，為在構(gòu)建井的過程中執(zhí)行套管設(shè)置步驟，而在井構(gòu)建完畢后執(zhí)行支撐管設(shè)置步驟。在其他可選的實(shí)施例中，可在井構(gòu)建完畢后，依次執(zhí)行套管設(shè)置步驟以及支撐管設(shè)置步驟。或者在構(gòu)建井的過程中，依次執(zhí)行套管設(shè)置步驟以及支撐管設(shè)置步驟。換言之，本發(fā)明不局限于套管設(shè)置步驟和支撐管設(shè)置步驟的執(zhí)行時(shí)間，只要其能夠起到防止井漏水的作用即可。
[0061]而本發(fā)明的方法和井結(jié)構(gòu)所涉及的套管3與何處的井壁、支撐管4與何處的井壁連接不局限于上述實(shí)施例，而取決于實(shí)際采用的連接方法以及地層結(jié)構(gòu)。出于本發(fā)明的目的，套管3至少與地層中的含水層連接，以起到擋水的作用。而支撐管4至少與在形成燃空區(qū)時(shí)會產(chǎn)生冒落的隔水層連接，以對該隔水層起到支護(hù)作用。而對于不同的地層結(jié)構(gòu)，以及不同的連接方式，在不影響實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員均可將套管和支撐管與除上述外的其他種類地層連接，以方便操作和/或獲得附加的有益效果。
[0062]在本發(fā)明中，由“頂”指向“底”的方向?yàn)橛傻孛嬷赶蚓椎姆较?，由上指向下的方向?yàn)橛傻孛嬷赶蚓椎姆较?。而本發(fā)明中所涉及到的“長度方向”均為井的軸向，所涉及到的“長度”均為沿井的軸向的上的長度。
[0063]本發(fā)明所涉及到的套管和支撐管優(yōu)選地為鋼管、玻璃鋼管。
[0064]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種防止井漏水的方法，其特征在于， 在貫穿由上至下依次包含有頂板含水層(I)和隔水層(2)的地層的井的構(gòu)建過程中、或構(gòu)建完畢后，執(zhí)行如下步驟: 套管設(shè)置步驟，向所述井中下放所述套管(3)，直至所述套管(3)的底端進(jìn)入所述隔水層(2)設(shè)定深度(H)后停止，并將所述套管(3)與位于所述頂板含水層(I)中的井壁固井連接； 支撐管設(shè)置步驟，向所述井中下放所述支撐管(4)，所述支撐管(4)的外壁至少與位于隔水層(2)中所述設(shè)定深度(H)下方的井壁連接，其中，所述支撐管(4)設(shè)置為隨所述隔水層(2)移動時(shí)相對于所述套管(3)軸向滑動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 所述支撐管(4)的外壁與所述套管(3)的內(nèi)壁彼此間隔開，以使所述支撐管(4)與套管(3)之間始終保持脫離接觸狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 在執(zhí)行所述套管設(shè)置步驟之前， 對所述頂板含水層(I)加壓注入密封劑，以使所述密封劑在所述頂板含水層(I)中凝固形成止水環(huán)(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 在執(zhí)行所述套管設(shè)置步驟之前，執(zhí)行如下鉆井步驟: 鉆井至所述頂板含水層(I)時(shí)，對所述頂板含水層(I)交替進(jìn)行鉆井和所述對頂板含水層(I)加壓注入密封劑，直至全部所述頂板含水層(I)注入完畢，以使所述密封劑滲入所述頂板含水層(I)的空隙中并在所述頂板含水層(I)中形成以井為軸心的所述止水環(huán)(7)； 繼續(xù)鉆井至所述隔水層(2)設(shè)定深度(H)下方，然后執(zhí)行所述套管設(shè)置步驟； 繼續(xù)鉆井至設(shè)計(jì)深度，執(zhí)行所述支撐管設(shè)置步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 在所述套管設(shè)置步驟中: 向所述套管(3)與井壁之間的環(huán)隙注入固井材料，以實(shí)現(xiàn)所述套管(3)與井壁之間的所述固井連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 在執(zhí)行所述支撐管設(shè)置步驟之前，向所述井中注入水以使位于所述設(shè)定深度(H)下方的地層的粘土遇水膨脹，以致位于所述設(shè)定深度(H)下方的井壁的內(nèi)徑逐漸減小； 在所述內(nèi)徑逐漸減小至等于所述支撐管(4)的外徑之前，執(zhí)行所述支撐管設(shè)置步驟， 其中，所述支撐管(4)的外壁和位于與其相鄰接的地層的井壁通過所述膨脹固定連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 所述支撐管(4)部分套設(shè)于所述套管(3)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 所述支撐管(4)的套設(shè)于所述套管(3)中的管段的長度，大于所述支撐管(4)隨所述隔水層(2)移動時(shí)相對于所述套管(3)的軸向滑動距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 所述設(shè)定深度(H)在煤層頂板冒落帶以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的防止井漏水的方法，其特征在于， 所述設(shè)定深度(H)為3-5m。
11.一種井結(jié)構(gòu)，設(shè)置于由上至下依次包含有頂板含水層(I)和隔水層(2)的地層中，包括: 相連接的第一井段(5)和第二井段￠)，所述第一井段(5)貫通所述頂板含水層(1)，所述第二井段(6)貫通所述隔水層(2); 其特征在于，還包括: 套管(3)，所述套管(3)的外壁至少與所述第一井段(5)的井壁固井連接，所述套管(3)的底端位于所述隔水層(2)的設(shè)定深度⑶處； 支撐管(4)，所述支撐管(4)的外壁至少與所述第二井段(6)位于所述設(shè)定深度(H)下方的井壁連接； 其中，所述支撐管(4)的外壁與所述套管(3)的內(nèi)壁彼此間隔開。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的井結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述支撐管(4)部分地套設(shè)在所述套管(3)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的井結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述套管(3)的外壁與所述第一井段(5)的井壁通過固井材料固井連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的井結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述支撐管(4)的外壁至少與所述第二井段￠)的位于設(shè)定深度(H)下方的井壁，通過與所述支撐管(4)相鄰接的地層的膨脹固定連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的井結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 環(huán)繞所述第一井段(5)的止水環(huán)(7)，所述止水環(huán)(7)由凝固于所述頂板含水層(I)中的密封劑構(gòu)成。
【文檔編號】E21B43/295GK104131780SQ201410298529
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】翁新龍, 崔志興 申請人:新奧氣化采煤有限公司