封堵技术的研究与应用（共7篇）
封堵技术的研究与应用 篇1
摘要：王69区块下部主力产层压力比较高, 而与主力产层以上层位孔隙压力相对较低又同处一裸眼内, 钻井施工中容易造成井漏、井塌等复杂情况。分析认为钻井施工最大的问题是:技术套管设计下深少, 不能封隔同一裸眼内的高、低压同存的难题。为此, 研发了一套:强抑制包被+随钻封堵+物理化学封固+有效应力支撑[1]等具有多元协同作用, 随钻承压能力强的钻井液技术。通过应用证明该技术能提高漏失压力和破裂压力梯度, 扩大安全生产的钻井液密度窗口, 解决了该区块同一裸眼井段内, 不同压力层系共存, 易发生的漏失、坍塌和油气层损害等技术难题, 提高了生产时效, 取得了很好的经济效益, 并且具有广泛的应用前景。
关键词：王69井区,多元协同,随钻承压,防塌防漏
王69井区位于牛庄油田, 属于济阳坳陷东营凹陷牛庄-六户洼陷带西北部牛871砂体。2007年前在该区块所施工的井有两种井身结构设计, 这些三开井, 在钻井施工中都不同程度的出现了井涌、井漏等复杂情况, 造成钻井成本的大量消耗, 建井周期大大的延长。另一部分设计是四井身结构, 这些四开井施工中虽然都很顺利没有出现井下复杂情况, 但钻井成本都非常高。
1 调查及分析
以前在该区块施工出现了很多的井下复杂和事故, 我们对前几年来我公司及其他公司在该区块施工的井, 进行了调查和统计见 (表1)
由表1可见, 王69-10井以及之后其他井的施工中未出现复杂事故, 原因是全部设计两层技术套管, 其中ø177.8mm套管下深超过3300米, 解决了高、低压同存一裸眼的问题, 继而避免了井涌、井漏等复杂事故的发生。但是建井周期没有明显降低, 生产成本也非常高。
2 技术思路、处里剂和配方优化
2.1 技术思路
通过大量调查和分析, 我们的技术思路是:优选有强抑制强包被+物理化学封固+广谱屏蔽封堵+有效应力支撑等多元协同作用, 起到防塌、防漏和油层保护效果好的新钻井液体系。即三开处理好基浆, 加入足量高分子强抑制包被剂, 优选具有广谱性的屏蔽暂堵剂配合超细碳酸钙和改性沥青粉, 再加入足量的降失水防塌处里剂等, 借助钻井液密度逐渐提高形成致密、坚韧的滤饼, 加强封固、阻止和减缓孔隙压力传递, 以达到防塌、防漏、保护油气层的目的。
2.2 处理剂优选
针对该井区钻井施工的事故隐患, 决定采用多元屏蔽随钻承压防塌防漏技术, 那么, 选用哪一种暂堵剂即能起到很好的作用又能通过60#振动筛布, 且综合成本相对经济呢?我们对以下几种处理剂进行了优选。在钻进施工中为了清除钻屑和有害固相, 必须使用振动筛, 所以所优选处理剂就要符合过60#筛布的要求, 通过综合评比优选了屏蔽暂堵剂作为主屏蔽剂。
3 现场应用措施
3.1 基浆性能的处理与调整。三开前先在技术套管内调整好钻井液性能后再开钻, 坚持使用好固控净化设备, 使膨润土含量保持在40-60mg/l以内, 含砂量低于0.3%。高分子抑制包被剂配制成浓度为3-5%的胶液的方法加入, 使钻井液体系含量尽快达到0.5%, 然后补充用量为 (纯剂计量) 40-50kg/100m, 使钻井液有良好的抑制包被性、润滑性、触变性和剪切稀释的特性以及较适宜的动塑比值, 确保钻井液有良好的稳定性。
3.2 多元承压处理井段及措施方法。沙河街组含有大段硬脆性泥页岩剥蚀掉块严重, 控制不当容易造成井下复杂, 所以在进入沙一段前要控制失水, 一次加入2-3吨降失水剂, 钻进入沙二段前要调整好钻井液性能, 在井深2400米左右进行短程起下钻, 破坏掉井壁上的滞留层和虚泥饼, 再提高泵排量并大幅度活动钻具对井壁进一步冲刷清洗, 观察振动筛面的钻屑、虚泥饼及砂子干净后, 然后进行第一次多元承压处理。一次性加入屏蔽暂堵剂4-5吨、超细碳酸钙5-6吨、改性沥青可变性封堵剂3-4吨, 对沙二段以上渗透率较高的地层进行随钻屏蔽暂堵, 使这一裸眼井段具有一定的承压力;钻进中逐渐加重, 必须保持钻井液对地层的正压差。钻进至2900-3000米调整好钻井液性能, 再进行第二次承压处理 (方法同上) 。控制API失水小于4ml高温高压失水小于15ml, 提高已钻开井眼的承压力, 同时在钻进中一旦钻开新井眼, 则随即能形成致密而坚韧的内外泥饼, 逐渐加重至钻井液密度可达1.70-1.75 g/cm3。
3.3 钻至主力油气层前50米前进行承压实验。在井深钻至3350米或钻开主力油气层前50米时, 必须做承压实验, 若裸眼井段能承受相当于钻井液密度1.80 g/cm3的静液柱压力, 地层不出现漏失方可继续钻进。若静钻井液密度达不到1.80g/cm3地层出现了漏失, 则继续进行承压处理, 然后再做承压实验, 达到要求后方可继续钻进。
3.4 多元承压处理后要永远保持正压差。加重作业施工要均匀, 每周提高的幅度不超过0.03g/cm3正常情况下不能连续加重, 使重晶石粉得到充分的水化, 预防在加重中出现井漏或粘卡事故与复杂。
3.5 钻井过程中应保持钻井液有较低的屈服值, 以尽可能降低环空压耗防止蹩泵诱发井漏。正常钻进施工中应使钻井液具有好的流变性能, 避免钻井液流变性能大起大落, 而引起井壁的不稳定。下钻、下套管、接单根控制下放速度, 下钻过程采用分段循环, 先转动转盘后小排量开泵, 严防泵压过高, 待泵压正常后, 再逐渐提高泵排量。
3.6 完钻测井前钻井液性能的调整。完钻前后, 充分循环钻井液, 观察振动筛面钻屑、砂子干净后, 再进行短程起下钻, 观察油气上窜速度, 油气上窜速度在安全范围内方可起钻电测, 确保电测施工顺利。电测完必须通井确保油层套管顺利下井, 固井前要对钻井液进行处理调整搞好完井液性能, 确保固井作业的顺利施工和固井质量。
4、认识与建议
(1) 该项技术能够承受住钻井液密度在1.75g/cm3时的循环压力, 施工中没有出现井塌和漏失的复杂情况, 解决了由于技套下深不够, 同一裸眼内不同压力层系共存易造成的井壁不稳定、井漏等井下复杂的技术难题。
(2) 由于钻井施工中没有出现复杂和事故, 缩短了建井周期, 2007年前所统计的平均建井周期是1444.3小时, 项目实施后施工的7口井的平均建井周期是836小时, 达到了项目实施的目的, 取得好的效益
(3) 该项目可广泛的应用在与该区块相同的钻井施工中。
参考文献
[1]杨海.多元防塌钻井液技术在TK1108井的应用.钻井液与完井液, 2007 (3) :82-83
[2]张家良, 熊英, 等.钻井液用新型广谱暂堵剂GPJ在大港油田的应用.钻井液与完井液, 2007 (3) :84
灰浆封堵封窜技术的探索与应用 篇2
随着油田开发的不断深入, 油水井出现水淹层、油气枯竭层、套管损坏、套管外窜通等现象越来越严重, 灰浆封堵封窜工艺措施的应用也越来越多, 纯梁采油厂经过近年来不断探索, 解剖分析每次施工, 总结形成了适合纯梁油区封堵封窜工作思路, 即针对不同井筒状况 (深度、吸水量、压力、温度、套管老化程度) 、不同施工目的, 规范出对应的封堵材料、用量及封堵方式, 从而达到灰浆封堵封窜施工规范化, 收到了很好的应用效果。
1 灰浆封堵封窜技术探索与应用
1.1 优选封堵材料
1.1.1 超细水泥及添加剂的选用
针对封堵炮眼井段深、地层温度高、压力大、吸水量小, 以及没有与之相配伍的缓凝剂、减阻剂、分散剂等添加剂, 导致普通灰浆早凝固结油管, 有时出现作业事故。围绕这一问题, 认真分析, 吸取教训, 于2008年5月开始引进使用超细油井水泥及配套添加剂, 并结合我厂油水井的井况进行了筛选和改进, 在生产厂家做了室内试验, 确定纯梁油区使用超细油井水泥粒径为450目, 配套缓凝剂G H-2、降失水剂301, 重量比为1-5%, 目前已使用25口井, 均取得良好效果。超细油井水泥是经粉碎细化后占总量95%的粒径不大于35µm的水泥, 超细水泥按占总量95%粒径分为35 (450目) 、22 (600目) 、16 (800目) 、10 (1200目) 四个标号。它具有粒径小、比表面积大、水化速度快, 通过窄缝能力强等特性, 与G级油井灰浆比, 其物理性能得到了改善和提高, 悬浮性好、穿透力强, 固结后抗渗透能力强, 封堵强度更高, 有效期更长。
1.1.2 高水膨胀成岩粉
由铝酸盐、铁铝酸盐、碳酸盐等矿物及调节剂混合研磨而成的粉末, 缓凝时间长, 固结中体积不缩小, 适用于水泥返高以上, 渗透性强, 套管损伤严重, 地层坍塌, 需大剂量封堵的井, 价格便宜, 来源广。
1.1.3 DH-07堵漏剂
该堵剂进入封堵层或套管破损位置后, 能快速形成互窜网络结构, 有效地滞留在封堵层内;在井下温度和压力养护条件下, 通过有机和无机材料的协同效应和化学反应, 能够在封堵层位形成抗压强度高、韧性好、微膨涨和有效期长的固化体;应用界面固化胶结技术和固化体自膨胀技术, 能将周围介质胶结成一个牢固的整体, 与所胶结的界面具有较高的胶结强度, 从而大大提高有效期;配制的堵浆流变性能好, 固化时间可调, 便于安全施工。
1.1.4 ZY-QC-1堵剂
堵剂固化体超塑形变性好、抗断裂柔韧性好、蠕变性能好, 具有显著的抗裂、抗渗、抗冲击、抗震、抗冲磨, 使堵剂固化体韧性抗折强度提高10-15%以上;堵剂液浆触变性好, 能在漏失位置有效驻留;堵剂固化体还具有一定的低高温均匀微膨膨胀性, 常压下膨涨率在3-5%, 使堵剂固化体充满套管外壁环行空间, 从而克服了堵剂固化后体积收缩, 造成堵剂固化体胶结质量差和诱发气窜的弊端;界面胶结强度高、有效期长;堵剂液浆低密度、流变性好易泵送;可用于10℃-150℃环境温度下油气水井套损堵漏。
2010年充分利用封堵技术治理套损井具有施工简单、费用低、保持原套管内通径不变、遗留问题少等特点。在施工过程中, 地质、工艺、作业、采油等部门依据井况, 反复论证, 优选堵剂及封堵工艺, 并加强现场监控指导, 确保施工效果。2010年利用各类堵剂封堵治理套损井22口, 施工井数及封堵有效率91%创历史新高, 年累计增油4079吨。
1.2 实施预堵封堵、解堵封堵, 拓展封堵技术
针对封堵段吐砂严重, 冲开砂随之又被埋掉的井, 难以进行下步工序, 经过研究试验, 采用白灰膏预堵, 即利用冲砂管柱冲开吐砂井段, 立即挤入白灰膏, 白灰膏进入地层缝隙后, 与散砂胶粘固结, 有效预防地层吐砂, 为下步处理井筒, 实施灰浆封堵奠定了基础。白灰膏价格便宜, 来源广, 在井筒中不固结, 无施工风险, 目前已利用白灰膏预堵, 实施预堵封堵井8口, 成功率100%。
针对待封堵段因结垢、污物堵塞等特低渗的井, 灰浆难以挤入, 无法达到预期效果, 在处理完井筒后, 首先利用酸液解除地层堵塞, 提高渗透能力, 然后注灰达到封堵目的, 目前实施解堵封堵的井7口, 成功率100%。
1.3 依据封堵目的, 优化封堵方式
封堵不同层系高含水层, 解决层间干扰, 最有效的方法是采用灰浆封堵高含水层, 简化生产管柱, 一是封上采下即封堵炮眼, 二是封下采上即打灰浆塞。采用全井封堵, 重射潜力层, 由动态分析或各种测井方法解释有些小层动用程度差, 剩余油相对富集, 但在开采时往往因为纵向上含油层系多, 夹层小无法卡封单采或油井斜度大卡封困难, 为简化生产管柱, 往往采取大井段、多层系井的全井封堵, 然后重射潜力层。解决层内干扰, 对管外层间窜槽的油井, 采用挤入法和循环法进行封窜, 全井封堵后采用避射的方法来解决层内干扰, 它分为挤入法封堵套管外窜槽、插管注灰塞循环挤入法封窜。封堵套管漏失, 对套管漏失, 首先确定漏失具体位置, 漏失类型, 搞清漏失机理, 然后采取相应措施, 它分为封堵套管微缝与丝扣漏失、高压漏失水层封堵等。
2 存在问题
地层原因要求封堵的层段岩层致密, 试挤压力高、吸水量小, 挤注封堵工艺难以实施;层间干扰严重, 对于水层、油层都已射开的井, 如出水层压力高, 停产或生产过程中水向油层倒灌, 导致油层污染、水淹, 这部分井实施封堵措施后需要长时间生产观察;封堵措施实施后, 补孔生产层段是否真正为低含水层, 有待与地质技术人员一起认真取样化验分析。
井况复杂。需要封堵的井大多数为老井、长期停产井, 套变、腐蚀、结垢、落物等都不同程度影响封堵成功率;水平井封堵难题也有待于研究、试验。
工艺原因。对封堵层段认识不足, 选择堵剂类型及用量不恰当, 造成封堵效果不理想;封堵施工工序比较复杂, 技术含量较高, 出现小问题可能酿成大事故。
3 认识
封堵技术的研究与应用 篇3
由于油田前期地面建设速度太快, 许多穿 (跨) 越铁路、公路、水渠管线的防腐质量差, 经过长期运行, 管材腐蚀严重, 介质跑、冒、滴、漏时有发生, 不能保证油田中后期生产的正常运行, 另外, 由于管线长时间运行, 管线上面因被取土, 被水泡漂移等原因也给管线运行带来极大的不安全因素。实际管理过程中往往还会遇到这样的困难, 比如:老管线开三通、更换腐蚀损伤管段等, 传统的方法需要停气才能施工。为了不影响下游用户, 对于这些管线在不停输情况下快速更换的要求非常强烈。带压封堵施工是此类工程施工中的一种新型、实用的施工方法。
1 技术原理及特点
不停气带压封堵技术采用筒式封堵器来对管线进行封堵, 用双封堵导流, 运行介质临时走旁通管线, 把原有腐蚀严重的管线更换成新的防腐管线后, 介质再转输入新管线, 整个施工过程保证了管线输送的连续性。它相对于旧的改造工艺而言, 具有用时短、效益高、安全系数大的特点, 既不影响管线的正常输送, 又能保证安全、高效、环保地完成新旧管线的连接工作, 尤其针对野外施工特点更加突出。
2 适用范围
该技术主要适用于带压管线在不停输介质、不降低压力保证正常运行的情况下, 管道的更换、移位、换阀及增加支线的作业, 也可以在管道发生泄漏时对事故管道进行快速、安全地抢修, 恢复管道的运行。
2.1 管线封堵
该工艺主要用于带压输送管线的维修、抢险、更换, 以及站区的改造等。根据现场的不同情况, 该工艺可以分为三种形式:单封、双封双堵、四封四堵。
单封:适用于站内改造, 如:加设阀门和仪表、抢险、更换管段。利用站内阀门组提供的便利施工条件, 通过单堵的形式达到双封的效果。降低施工的价格和难度 (施工过程中只需封堵一处) 。
双封双堵:适用于短距离的管线改造, 如:加设旁路管线、加设管线的主控阀门等 (施工过程中需要封堵两处) 。管线被封死后, 介质暂时有临时旁管线通过。此时便可以封死的管段进行作业。
四封四堵就是在两个相隔较远的地方分别进行双封双堵, 利用原有的管线做旁通管线, 施工过程中需要封堵四处。适用于长距离的管线改造。
2.2 封堵方案的确定
(1) 根据新管线更换距离长度, 选择适合的封堵方式。
(2) 封堵施工方法及措施必须遵照《输油输气管道线路工程施工及验收规范》 (SY0401—98) 和《钢制管道封堵技术规程第一部分:塞式、筒式封堵》ST/T6150.1-2003要求实施。
3 施工安全性分析
(1) 封堵器是经过管线壁厚测量仪测试后确定的点, 因此, 焊接三通时, 不会出现电弧烧穿管线漏气的问题。
(2) 切割管线时, 切割速度平稳, 密闭切割, 有氮气保护, 不会引起着火现象。
(3) 管线上三通焊接完后, 进行水压试验, 合格后才进行切割管线, 因此, 施工过程中不会出现天然气泄露。
(4) 平板闸阀是安装在特制三通上口法兰上, 该阀门承压能力高, 开关灵活, 密封性能高, 出现任何问题都可以用该阀门控制。
(5) 封堵器是在外力的作用下实现封堵的, 封堵效果可称为刚性封堵, 外力不变封堵器始终起作用。
4 技术优点
(1) 保证天然气正常输送的连续性。
(2) 用于导流的旁通管线和阀门可重复利用。
(3) 施工时间短、速度快、施工方便。
(4) 施工过程安全可靠, 不停输带压操作对环境无污染。
5 不停气带压封堵技术在中原油田天然气管道中的应用
中开线是中原油田向开封市、郑州市及沿线用户输送天然气的唯一一条长输管道, 全长164.7km, 规格为Φ377×7 (8) , 供气量为75×104N m3/d, 用户主要有六家工业用气单位, 两家加气站以及濮阳市、郑州市、开封市等地总计1200多万居民生活用气。由于中开线线长面临周边环境复杂, 管线改造较多, 由于管线的重要意义无法停气施工, 因此采用不停气带压封堵技术实施碰头施工。
中开线杜良段因管线腐蚀上拱, 造成管线塑性变形, 供气高峰管线无法提压, 2001年春节要加大幅度增加郑州的供气量, 为确保郑州供气, 应用该技术对杜良段管线进行了更换, 从1月2日开始施工到春节前, 提前2天完成了施工任务, 既保证正常供气, 又保证了春节期间提压, 避免了天然气放空损失近30万立方米, 多增加天然气外销近400万立方米, 取得了良好的经济效益和社会效益。
2002年11月, 在对中开线东明县春亭段小学裸露管线下沉施工时, 割开套管后发现主管线41米已经严重变形, 必须立即实施更换。当时正值供气高峰期, 无法停气更换, 采用该技术进行了改造。
2 0 0 7年中开线兰考、堌阳隐患治理改造, 2008年中开线赵王河段管线悬空改造均采用了该技术。
除了在长输管线上应用该技术外, 还在输气干线的改造碰头中得以应用。
2002年5月中济线濮阳至段庄段碰头投产时, 原设计需停气45天, 通过应用该技术, 对济南市的供气1分钟也没有中断, 顺利完成了碰头投产任务, 保证了沿线用户的正常用气。
2003年1月, 东明至文二联377管线建设, 管线碰头采用不停气带压开口技术, 成功实现不停输施工。
总结:2001年至今, 在天然气管线改造碰头施工中共计十次应用了不停气带压封堵技术, 成功率100%。充分显现出该技术安全可靠, 操作快捷, 无污染等特点, 实现了集输管线在压力不变、输气量不变的情况下气体的连续输送, 保证了沿线用户的正常生产和生活用气, 减少停气放空造成的经济损失, 具有较高的经济和社会效益。
摘要：管道输送是天然气输送的主要方式, 具有连续性输送的特点。传统的管道抢修施工方法需停气施工, 施工周期长, 天然气与氮气的大量浪费以及给用户带来停产等经济损失, 还对环境和社会产生较大的影响, 尤其是还要花大量的精力与时间给沿线各用户作停产工作。针对天然气管道的特点, 引进不停气带压封堵施工技术, 成功应用于长输管道中开线多处隐患治理工程管线更换施工以及集输干线的管线改造中, 取得了良好的效果。该技术具有安全性、可靠性、稳定性, 不影响用户正常用气, 减少天然气放空, 具有一定的经济效益和社会效益。本文从技术原理特点、实施效果等方面全面阐述了不停气带压封堵技术在输气管道施工中的应用。
封堵技术的研究与应用 篇4
为节省投资, 山区水库的放空洞通常采用传统的斜支洞或龙抬头的方式与导流洞衔接[1]。近年来地质、地形条件良好的坝址逐渐减少, 依上述方式布置导流洞和放空洞比较困难。为节省工程投资, 将水库施工期使用的导流洞与运行期使用的放空洞合并为一条隧洞 (下文称“一洞两功”) 。导流洞传统封堵的方式是:在进口预浇筑混凝土排架和混凝土门槽, 以利于后期闸门的混凝土封堵。这种方式既不经济也不方便, 且经常由于其他因素使得施工组织断档而出现的封堵混凝土排架及混凝土门槽缺位问题[2]而影响施工工期。
2 一种新型导流、放空洞封堵方式
为了弥补传统封堵方式在“一洞两功”布置形式的缺陷, 研究采用导流洞“预浇箱涵”方式封堵, 具体方法如下:当导流洞贯通后, 在进口段满足放空洞过流面积的洞高下方浇注箱涵 (箱涵孔数及断面大小由结构安全决定) 如图1所示, 并设置封堵闸门槽。当需要进行导流洞涵封堵时, 闭合进口处下层箱涵的封堵闸门及上层放空洞闸门, 对底层箱涵进行封堵, 完成永久封堵任务。该方式经浙江大学水工模型实验验证, 实验结果良好[3]。
3 工程应用及效果检验
3.1 工程概况[4]
沐尘水库位于浙江省龙游县境内衢江支流灵山港上, 坝址以上集水面积397 km2, 水库总库容12 571万m3。导流洞布置在右岸, 进口底高程140 m, 出口底高程139 m, 洞长282.5 m, 纵坡为0.35%。断面为城门洞形, 洞径为7 m×8 m, 隧洞上覆山体厚度34～42 m。导流洞进、出口段为Ⅳ～Ⅴ类围岩, 中间段为Ⅱ～Ⅲ类围岩。
3.2 导流洞与放空洞布置
由于地质条件所限, 本工程导流洞、放空洞采用一洞双层布置, 进口144.0 m高程以下、桩号0-013.50～桩号0+040.40段设计为高4.5 m、宽8 m的箱涵形式。经计算, 当箱涵分割为两孔时, 结构最为安全、经济。选用断面形式如图2所示。
当封堵时, 将导流洞桩号导0+015.50 m～导0+060.89 m段的箱涵部分 (144 m高程以下) 封堵。为保证良好的流态, 在桩号0+040.40～0+060.89段以弧面衔接144.0～140.0 m的高程, 如图3所示。
3.3 导流洞封堵设计
水库蓄水前需要对导流洞进行部分封堵, 本工程导流洞堵头为永久性水工挡水建筑物, 与大坝、放空洞等建筑物具有同等的重要性, 其级别为2级。依据相关管规范[5]对导流洞堵头进行设计。
导流洞堵头设置在进口部位。根据放空洞设计要求, 导流洞进口部位需对144 m高程以下进行封堵, 堵头底面和两侧与导流洞底面及边墙充分接触, 上表面作为放空洞闸门基础以及溢流面。为使堵头砼与导流洞边墙及底面衬砌混凝土之间的接缝有良好黏结性, 对隧洞原衬砌混凝土采用风砂枪冲毛, 使其露砂不露石, 平整而不光滑, 以利于提高堵头与导流洞衬砌混凝土之间接缝黏结质量。
堵头的最小长度由下式求出[6]:
式中:L为封堵体长度, m;P为封堵体迎水面承受的总水压, MN;[τ]为容许剪应力, 取0.3 MPa;A为封堵体剪切面周长, m。
导流洞堵头挡水水位取最不利水位, 为校核洪水位186.44 m, 挡水水头为46.44 m, 堵头剪切面周长为11 m, 经计算得保持稳定所需的封堵混凝土堵头的最小长度为7.3 m。
事实上根据放空洞结构要求, 其基础要求导流洞封堵长度为45.39 m, 其中矩形段24.9 m, 抛物线及圆弧衔接段20.49 m, 可以满足堵头最小长度要求。因此, 导流洞封堵范围由放空洞的结构设计需求确定, 堵头位于导流洞桩号导0+015.50 m～导0+060.89 m段之间, 如图3所示。
3.4 封堵实施及效果检验
沐尘水库水库枢纽土建工程在2008年施工期间实现了安全度汛, 于2009年4月底下闸封堵。为了确保封堵顺利成功, 实际施工期间, 联合上游应村水库泄流调度以减少入库流量, 同时根据天气预报选择晴好天气时段进行下闸封堵。最后顺利成功了封堵, 至今水库运行良好。
4 结 语
(1) 在导流洞进口附近地形、地质较差的情况下, 如果放空洞进口布置困难时, 可考虑与导流洞进口整合, 采用“一洞双层”布置。
(2) 在水库截流之前, 预先完成导流～泄洪冲沙 (放空) 洞进口段箱涵浇筑, 为封堵创造条件, 能减轻施工难度, 降低传统工序的工程投资, 规避诸多不利因素对工程进度的影响。
(3) 建议对类似工程的导流放空洞设计“双层布置”模式时, 进行水工模型实验, 以积累经验。
(4) 导流洞进口段封堵施工期间, 应加强与上游水库的联合调度, 减少封堵的难度和风险。
摘要：沐尘水库由于地形、地质条件的限制, 导流洞、放空洞首次采用了“一洞双层”布置。放空洞进口部位由原导流洞缩窄改建而成, 但传统的施工方法难以实现导流洞的缩窄封堵。为此采用在导流洞进口段预先浇筑箱涵的方式为导流洞未来的改建、封堵创造条件, 并取得了良好的效果。而“一洞双层”布置的也为不同功能水工隧洞整合提供了思路。
关键词：导流洞,放空洞,封堵,双层布置,箱涵
参考文献
[1]袁光裕, 胡志根.水利工程施工[M].北京:中国水利水电出版社, 2009.
[2]重庆市杨东河 (渡口) 水电站工程水工模型试验报告[R].杭州:浙江大学, 2009.
[3]水利电力部水利水电建设总局.水利水电工程施工组织设计手册[M].北京:中国水利水电出版社, 1987.
[4]浙江省龙游县沐尘水库工程初步设计报告 (报批稿) [R].杭州:浙江省水利水电勘测设计院, 2003.
[5]SL303-2004, 水利水电工程施工组织设计规范[S].
封堵技术的研究与应用 篇5
1 矿井水文地质概况
矿区区域上处在荥巩煤田中部、荥密背斜北翼, 南部山区寒武、奥陶系灰岩广泛出露, 岩溶裂隙发育, 有利于大气降水的渗入补给, 并构成区域地下水的补给区。在地层界面、断裂构造等制约条件下, 地下水向深部及东部运移, 经该矿区排泄出区。地下水的补给水源有大气降水、地表水和含水层之间及其侧向补给, 另外还有工农业生产及废水的渗入补给等, 其中降水补给是区内地下水的主要补给水源。地下水在运移过程中, 在地质构造及地形适宜地段溢出地表, 构成天然排泄点。
该矿井水文地质条件复杂, 一1煤顶板太原组下段灰岩水和底板奥陶系灰岩都可能对矿井开采造成突水威胁。2005年8月, 老顺发井底板O2水突水, 造成淹井, 至今一直停产。相对于奥陶系灰岩水而言, 一1煤底板10 m厚的隔水层不能承受奥陶系灰岩水实际水压。防治水工程量较大, 难度较高, 水文地质类型应为复杂类型。
2 钻孔涌水水源及导水通道
钻孔出现涌水后, 及时取水样进行了化验分析, 根据水样化验分析结果和对水压情况判断:涌水水源为O2灰岩含水层水。因钻孔布置在L2、L3石灰岩岩层中, 根据钻进7.8 m未见煤层等因素来分析, 该出水点还未钻入O2灰岩含水层, 所以判断此处涌水系构造裂隙导致 (图1) 。
3 矿井涌水治理方案
(1) 做好水源调查工作。
从发生涌水到制订方案、实施注浆之间, 有一段时间的准备期, 准备期间出水点水量和围岩情况可能会发生较大变化, 因此派专人从事出水点的监测工作, 对出水点的涌水量、出水点状况、围岩特征和静水水位进行观察并记录。
(2) 安装排水设备。
安设足够能力的排水设备, 是井下封堵集中突水点的保障。排水能力要求有一定富余系数和备用检修台数。
(3) 对涌水钻孔进行注浆封堵。
矿区岩溶裂隙发育, 接受大气降水补给能力强, 水源充沛[1]。通过对涌水水源、涌水原因、水文地质条件的认真分析, 决定采用注浆技术对涌水钻孔进行封堵, 彻底断绝涌水通道。
4 注浆方案
(1) 注浆技术。
采用地面注浆站, 通过注浆管路对探水钻孔进行注浆, 充分利用灰岩的坚固性和岩溶裂隙的可注性, 使浆液在注浆压力的作用下沿着岩层裂隙扩散、沉淀、结石, 最后充填岩层裂隙把灰岩中的水置换出去, 使灰岩不含水或弱含水, 从而达到注浆治水的目的。
(2) 注浆材料。
注浆材料是注浆技术中不可忽视的重要组成部分, 注浆之所以能够对被注体起到堵水和加固的作用, 主要是由于注浆材料在注浆过程中, 经过一段可以人工控制的时间发生由液相到固相、再到结石体充填被注体裂隙, 并将松散块体连接成整体的结果。因此, 注浆材料的选择直接影响注浆工程的成败和经济技术指标[2]。注浆材料选用P.O32.5普通硅酸盐水泥, 初期水灰比为1∶0.3, 根据注浆压力逐步调整, 封孔时水灰比采用1∶1。材料的选择主要考虑因素:①水泥作为注浆材料来源丰富, 价格低廉;②注浆结石体强度高, 抗渗性能好;③采用单液方式注入, 工艺及设备简单, 操作方便;④硬度高, 从而提高底板隔水层的抗压强度;⑤水泥浆液无毒、无味, 不污染环境, 对人体无害, 属非易燃、易爆物品;⑥浆液对设备、管路及橡胶制品无腐蚀性, 并且容易清洗。
5 注浆施工工艺
(1) 加固围岩。
为保证注浆堵水的成功, 对出水点巷道围岩、顶底板进行加固。注浆孔间排距为2 m×2 m。用凿岩机打眼造孔, 通过Ø40 mm的注浆管, 用水泥浆加固。
(2) 修筑止水墙。
经过理论计算, 并考虑以往经验值, 确定止浆墙宽度5 m为宜。在涌水点通道两边5 m处各修筑1道5 m厚的止水墙, 浇筑材料选用P.O32.5普通硅酸盐水泥、碎砖块和粗石子, 中间也掺杂了一些荒料和片石。图2是为巷道涌水钻孔设计的止水墙示意图。
(3) 安设导水管和注浆管。
选用3根Ø125 mm的无缝钢管作为导水管, 保证所有的涌水都能顺利导出, 导水管配备高压阀门。注浆管选用Ø42 mm 无缝钢管。由于注浆时钢管要承受较大的压力, 所以要保证钢管焊接质量[3]。
(4) 注浆程序。
①注浆前先对注浆孔压水30 min, 将沉淀在孔内的碎石、岩溶裂隙中的充填物冲出, 以使裂隙畅通。②水灰比、注浆压力视裂隙发育程度确定。③注浆过程中要根据进浆、泵压等情况及时调整泵量及浆液配比。④达到注浆结束标准时, 关闭孔口阀门, 用清水将管路冲洗干净, 并检修注浆设备。
6 注浆效果及效益分析
(1) 注浆效果。
在对爆破材料库探水钻孔注浆封孔过程中, 注入水泥2 000 t, 终孔压力5.6 MPa, 对爆破材料库探水钻孔周围隔水底板打钻孔进行检验, 检验结论:①探水钻孔的涌水已被完全止住;②巷道隔水底板的含水裂隙和巷道下部L1、L2灰岩溶洞已被凝固的水泥充填;③增加了巷道隔水底板的抗压强度;④为矿井的安全生产提供了保障。
(2) 经济效益。
对爆破材料库探水钻孔实施注浆封孔堵水后, 矿井涌水量减少405 m3/h, 每年可减少排水费用365万元 (不包括设备维修费) 。
(3) 社会效益。
在保护水资源方面, 对爆破材料库探水钻孔实施注浆封孔堵水技术以后, 全年将减少地下水资源排放量达354 万m3以上, 在一定程度上保护了日益匮乏的水资源。
摘要：在水文地质条件复杂的矿区建井, 要采取有效防范措施以消除水害威胁, 确保矿井安全。通过对顺发矿地质构造、裂隙特征等情况以及涌水量、水力联系等水文资料的分析, 提出了注浆方案, 制订了一套有针对性的注浆施工工艺程序。采取围岩注浆加固、修筑止水墙等措施对大流量涌水进行封堵, 取得了良好效果。
关键词：大涌水,注浆,钻孔堵水
参考文献
[1]李旭泽.宏福煤业有限公司顺发矿地质报告[R].郑州:煤炭工业郑州设计研究院有限公司, 2009.
[2]王国际.注浆技术理论与实践[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2000.
封堵技术的研究与应用 篇6
1 天固加固材料
天固加固材料是一种改性硅基脲酸酯注浆材料,主要适用于:加固破碎煤岩体;加固封堵永久密闭墙;石门揭煤、断层、破碎带及陷落柱的超前加固;锚杆、锚索的全长锚固。其由两组分液体材料A料和B料组成,具有黏度低、渗透性强、完全不燃、反应温度低、粘合性好、强度高,以及良好的塑性、变形性及持久粘结性,施工快捷简单等特点,经过实验分析得出天固加固材料的性能参数见表1。天固加固材料在使用时将两种液体按体积比1∶1混合注入破碎煤岩体后能迅速反应并凝固,生成高强度高韧性的高分子材料,起到粘结、加固和封堵作用。
天固加固材料的高粘合力和良好的机械性能,能保证其与煤岩层产生高度粘合;良好的柔韧性和回弹性可以随岩体压力的长期作用而保持稳定性;并且具有强抗渗性、抗磨、抗冲击性和抗老化性,从而达到长久稳固煤岩体的目的。两种材料的反应时间可根据现场施工工艺和现场情况进行调节。与传统的聚氨酯注浆材料相比,天固加固材料完全不燃、反应温度低,遇水不反应、不膨胀,保证了加固成型后的坚韧性和长期稳定性。
2 煤岩体注浆加固机理
煤岩体注浆加固就是通过液压、气压或电动化学的方法把一些能凝固的化学浆液注入到煤岩体的裂隙和孔隙中,并在注浆压力的作用下使部分化学浆液渗透到钻孔周围的煤岩体中,将松散煤岩体加固成一个有机整体,以提高煤岩体的强度,起到加固作用。通过对煤岩体破坏机理和力学原理分析,化学浆液对永久密闭墙注浆加固,其注浆加固机理主要是起粘结增强和充填压密作用[1,2,3,4,5]。
对永久密闭墙进行注浆加固主要是加固封堵密闭墙和周边岩体的结合处,使其形成一个有机整体,并提高密闭墙和周边煤岩体的强度,达到加固封堵目的,减少和杜绝密闭墙漏风造成瓦斯溢出超限。天固加固材料在注浆泵压力作用下,不但可以将互相连通的煤岩体裂隙充满,而且还可以将一些充填不到的封闭裂隙和孔隙压缩,从而对煤岩体整体起到充填压密作用。注浆后材料发生反应固化可将密闭墙与周边破碎煤岩体粘结在一起,并可适应密闭墙上部顶板下沉而保持粘结力,使密闭墙与周边的煤岩体保持完整并具有一定的承载力,确保永久密闭墙不会因为顶板的下沉而变形漏风。
3 工程应用
国投昔阳黄岩汇煤矿15105工作面已停采,在15105工作面胶带巷、轨道巷和尾巷停采线之外各施工了1道永久密闭墙。每扇密闭墙分内外2道墙,每道墙长4 m、宽1 m、高3 m。两墙中间预留0.5 m夹缝,夹缝间灌注混凝土。由于密闭墙四周裂隙较发育,3扇永久密闭墙进行水泥喷浆后,在采用局部通风的情况下,部分地方的瓦斯体积分数依然超过了1.5%。为了减少密闭采空区瓦斯气体的涌出,保障煤矿的安全生产,针对永久密闭墙漏风的问题,采取了钻孔注浆加固封堵的措施,对15105工作面3扇永久密闭墙及周边围岩体进行注浆加固密闭。
3.1 注浆参数的选择
1)注浆孔深度
在对永久密闭墙注浆时,原则上孔深应能使密闭墙外侧的松动圈围岩得到注浆材料的充分灌注固结,以及使密闭墙堆砌墙体之间的缝隙得到有效充填堵漏。根据注浆加固范围和该矿密闭墙体的宽度及2道墙间距,综合考虑确定注浆孔的深度为2 m。
2)浆液的扩散半径
浆液的扩散半径对注浆工程具有重要的影响。如果选用的浆液扩散半径不符合实际情况,将达不到所要求的注浆效果。浆液扩散半径的确定可根据相关注浆理论的公式估算,如选用的参数接近实际条件,则计算值具有参考价值。当煤岩体条件较复杂或计算参数不易选准时,就应通过现场注浆试验来确定[5]。通过对15105工作面永久密闭墙现场注浆试验,观测表明围岩注浆时漏浆点距注浆孔的最大距离为0.8 m,再根据以往密闭墙现场施工经验,确定出15105工作面永久密闭墙注浆扩散半径为0.8 m。
3)注浆孔的布置
注浆孔的间距要保证注浆后浆液范围有一定的交叉,所以注浆孔的间距应小于2倍的浆液扩散半径。为了使浆液对永久密闭墙及周边围岩充分灌注,在对该矿3扇永久密闭墙的煤岩体的裂隙发育程度和浆液在煤岩体的扩散半径综合考虑以后,确定了密闭墙注浆孔的间距为1 m。每扇永久密闭墙布置14个注浆钻孔,根据现场情况,从密闭墙四周向底板、两帮、顶板倾斜打钻,其中密闭墙左、右两帮各布置2个注浆孔,顶板和底板各布置5个注浆孔,注浆孔孔径42 mm,孔深2 m,选用2 m长的注浆管,注浆孔前端布置花眼,孔口外露100 mm,封孔长度为0.5 m,封孔采用天固加固材料。具体注浆孔布置如图1所示。
4)注浆压力
在对15105工作面永久密闭墙注浆加固密闭过程中,由于永久密闭墙周边围岩四周裂隙较发育,考虑到密闭墙周边围岩的压力承受情况,保证注浆时浆液在密闭墙围岩中不要扩散太远,以避免注浆材料的浪费,结合现场对密闭墙的注浆试验,注浆压力确定为3～5 MPa。
5)注浆量
在实际工程应用中根据以往现场经验,可以把煤岩体注浆介质视为孔隙渗透模型,按有关渗透理论对单个注浆孔的注浆量进行计算[5]:
w=knλβhπr2
式中 w——注浆量,kg;
r——浆液的扩散半径,m,取0.8 m;
k——浆液的消耗系数,k=1.1～1.2,取1.2;
λ——浆液密度,天固加固材料的浆液密度为1.4×103 kg/m3;
β——浆液的充填系数,取0.9;
h——注浆孔在煤岩层中的深度,取2 m;
n——注浆介质煤岩体的孔隙率,根据矿方资料提供的数据取1%。
w为单孔不受其他注浆孔影响时的注浆量,按相关数据代入计算得到w≈61 kg。每扇永久密闭墙布置14个注浆孔,注浆量为854 kg,3扇永久密闭墙理论上总注浆量为2 562 kg。但在实际施工中注浆量受多种因素的影响,变化范围较大,按上式只能大致估算。只有通过加强注浆监控来确定注浆量,为了保证注浆效果,一般情况下都是在注浆压力允许范围内尽可能地多注浆。
3.2 注浆设备及注浆加固工艺
3.2.1 注浆设备
ZBQ-14.5/10气动注浆泵是按天固系列材料的物理与化学性质而专门设计的矿用注浆泵,主要由2台QPT-65/12气动柱塞泵、混合原件、气源附件、吸浆管、排浆管和支撑钢架组成。气动注浆泵以压缩空气作动力,具有注浆压力大、注浆流量大、移动方便、安装简单、操作简便等优点,可满足天固系列材料在煤矿井下的各类注浆需要。其性能参数见表2。
3.2.2 注浆加固工艺
考虑到注浆压力和浆液的化学性质,根据注浆压力的不同,注浆方法分为渗透式、压力劈裂式和填充式注浆;根据双液化学浆液的性质,A、B液在罐内混合后用单泵注入称为单枪注浆,A、B液用双泵在孔口混合后注入称为1.5枪注浆,A、B液用双泵注入在孔底混合称为双枪注浆[1]。考虑到15105工作面密闭墙注浆压力在3～5 MPa,以及天固加固材料的凝固时间为150～240 s,其注浆加固工艺采用渗透式1.5枪注浆。
注浆施工工艺:施工注浆钻孔→安装注浆管→封孔→连接注浆管和注射枪→用高压胶管连接注射枪和注浆泵→将2根吸管分别插入装有天固加固材料A料和B料的桶内→开泵注浆→冲洗机具→停泵→拆卸注射枪→施工完毕清理现场。注浆加固施工工艺如图2所示。
注浆加固封堵过程:先对密闭墙下部及其底板,两帮和帮角依次进行注浆,最后再对密闭墙上部及其上部顶板进行注浆。在注浆施工过程中,当密闭墙周边岩体出现漏浆时及时封堵漏浆点,注浆刚开始时,注浆量不要过大,等注浆运行稳定后,再适当增大注浆量。施工时必须严格控制注浆压力,当注浆压力超过允许注浆压力5 MPa或密闭墙周边围岩壁出现大面积漏浆时,即可换孔注浆或停止注浆。
4 注浆效果分析
利用天固加固材料对15105工作面3扇永久密闭墙及周边围岩体进行注浆加固后,对其注浆前后密闭墙外瓦斯浓度进行检测,得到15105尾巷、15105轨道巷、15105胶带巷注浆加固封堵密闭墙前后瓦斯浓度见表3。同时为了考察注浆加固后密闭墙周边围岩变形情况,对15105尾巷密闭墙周边围岩进行了为期30 d的监测,得到密闭墙周边围岩位移变化曲线如图3所示。
通过对比天固加固材料施工密闭墙前后瓦斯浓度的变化情况,可以看出,采用天固加固材料对15105工作面3扇永久密闭墙注浆加固封堵后,密闭墙外的瓦斯浓度大幅度下降,有效地解决了15105工作面3扇永久密闭墙漏风严重、瓦斯溢出超标的问题。注浆工程结束后,对永久密闭墙进行了持续1个月的监测观察,此3处密闭墙外瓦斯浓度无变化,没有产生新的煤层裂隙。同时从图3中也可以看出,15105尾巷密闭墙注浆加固后周边围岩变形明显减小。顶底板位移量和两帮位移量在26 d左右趋于平稳,顶底板位移量为22 mm,两帮位移量为20 mm,注浆加固后密闭墙周边围岩变形得到了有效控制,表明天固加固材料的力学强度能够承受矿山压力,以及岩层运动等一系列的地质变化。
5结语
黄岩汇煤矿15105工作面3扇永久密闭墙通过注浆加固后,密闭墙及周边围岩体裂隙得到了充填灌注和加固,提高了密闭墙和围岩体的整体承载能力,保证了永久密闭墙和围岩体的长期稳定。通过注浆加固永久密闭墙,其周边的围岩变形得到了有效控制,密闭墙外部瓦斯浓度也急剧下降,由施工前瓦斯体积分数局部高达9.9%下降到0.03%以下,并长期保持稳定,达到了极好的注浆加固封堵目的,保障了15105工作面密闭期间的矿井安全。也表明天固加固材料在注浆加固封堵方面的良好性能,对于类似的永久密闭墙漏风问题的加固封堵技术具有重要的参考价值。
摘要：针对黄岩汇煤矿15105工作面3扇永久密闭墙漏风、瓦斯溢出浓度过高的问题,提出采用天固加固材料注浆加固封堵的措施。根据现场实际情况选取合理的注浆参数和注浆加固工艺,并对密闭墙进行了注浆施工。通过注浆加固,密闭墙及围岩体裂隙得到了充填灌注和加固,增强了密闭墙周边围岩体的整体性和强度。注浆加固封堵后,3扇永久密闭墙外部瓦斯体积分数由局部大于9.9%下降到0.03%以下,取得了较好的效果。
关键词：密闭墙,漏风,注浆加固,加固材料
参考文献
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封堵技术的研究与应用 篇7
1 带压封堵技术及特点
管道带压封堵是指在密闭状态下,以机械切削方式在运行管道上加工出圆形孔,通过开孔加装支管,形成旁通,再采用专业工具对老管线进行开孔封堵。既不影响管线的正常输送,又能保证安全、高效、环保的完成新旧管线的连接工作。带压封堵具有以下特点。
适用管径为Φ33～2 600mm的钢质管线、铸管、球墨管、PE/PVC管等;输送介质为油、天然气、水、乙烯、煤气、中质油、航油等无强腐蚀性的介质;管道介质温度为-30～350℃;管道介质压力为-0.1～6MPa。
带压封堵在整个施工过程中,采用先进工艺、安全可靠、无火焰操作、无油气泄露,安全得到有效保障,同时避免对环境造成污染。
相对于传统的做法必须停输,清空管线后才能进行新老管线碰头,会造成很大的经济损失,采用带压封堵方式不需要进行停产,经济效益显著。
根据所要达到的目的和现场不同情况,该工艺可以分为单封、双封双堵、四封四堵3种形式来满足要求。
2 现场应用情况
2.1 准备阶段
(1)清除管线封堵位置的保温及防腐层,使其露出金属光泽,避免有焊道和腐蚀比较严重的部位;
(2)按设计要求,在母管线上焊接已预制好的主管的三通管件、旁通管的四通管件、放散平衡短节;
(3)焊接完成后要对焊口进行拍片检测,确保焊接质量和安全;
(4)检测合格后,在组合式四向三通管件上安装夹板阀,在放散平衡短节上安装闸阀。
2.2 开孔作业
(1)安装开孔设备:将相对应的开孔机、封堵连箱、封堵刀组件按程序一起安装在夹板阀上,通过高压胶管把开孔机与液压动力站联接,通过封堵连箱上的截止阀用氮气对开孔刀所在的容腔进行密封试验,检测各结合面的密封性。
(2)实施开孔:根据管线的材质,选定切削速度,对管线进行开孔截断作业。开孔截断完毕后,将开孔刀及切割下来的马鞍块(即管段)同时提入联箱内,关闭夹板阀,对联箱进行放空后拆除开孔钻机,开孔截断作业完毕(放散平衡孔采取同样的方式,只是开孔机的型号不同)。
2.3 封堵作业
(1)将封堵器安装到夹板阀上,将2处的封堵连箱和旁通管线连接在一起,打开2处的夹板阀(此时旁通管线与原管线同时运行);
(2)手动旋转封堵器手柄,使封堵筒向下移动,进入管道封堵位置后,实现对管道的封堵(此时原管线已停止进行,介质由旁通管线流通);
(3)缓慢打开放散阀,然后对该管段进行放空,并且以此来检查封堵的严密性。
2.4 碰头更换作业
(1)确定封堵严密后,进行老管线不动火切割作业。将管段切割口的内部清理干净,使其无可燃物后对新管线连头作业。
(2)管线连头作业完毕后,对焊口进行无损检测和防腐处理,确认无问题后解除封堵投运新管线,观察无异常后关闭夹板阀,拆除封堵器及旁通。
2.5 塞堵回填作业
(1)将切割下的马鞍块与塞堵板连接,找好角度与塞堵器连接。将塞堵器安装到夹板阀上,进行塞堵回填作业;
(2)塞堵回填作业完毕后,拆掉塞堵器、夹板阀,安装盲板;
(3)管线改造完毕,四通管件将永久保留在管线上,整个封堵施工过程全部结束。
3 结语
该技术在轮一联合站脱水系统改造工程中多次成功应用,其中单封单堵在气相管线中应用2次,双封双堵在来油阀组新老管线碰头中应用7次,实现了轮南油田7座计量间的不停产碰头,取得了非常大的经济效益。
在施工过程中带压封堵技术避免了可能产生的安全隐患,整个施工过程安全、环保,符合现代石油企业发展的理念,具有广阔的应用前景。
由于开孔机自身的限制,带压封堵技术在对管线切割开孔的过程中可能存在被切割下的马鞍块掉入管线中,需要对开孔机的工艺进一步完善。
参考文献
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