王村风井瓦斯抽采管道井施工组织设计.doc
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1、山西潞安环保能源开发股份有限公司常村煤矿3号煤层+470m水平瓦斯抽采系统工程王村风井瓦斯抽采管道井施工组织设计山西潞安金源煤层气开发有限责任公司二一五年三月施工组织设计复审意见施工作业规程(措施)名称:常村煤矿王村风井瓦斯抽采管道井施工组织设计项 目 经 理:_ 日期:安 全 负 责 人:_ 日期:技 术 负 责 人:_ 日期:机 电 负 责 人:_ 日期:工程质量负责人:_ 日期:施 工 队 长:_ 日期:_ 日期:编 制:_ 日期:审批意见:常村煤矿王村瓦斯管道井施工组织设计复审意见表规程(措施)名称常村煤矿王村风井瓦斯抽采管道井施工组织设计会审地点会审时间编制单位山西潞安金源煤层气公司
2、编制人贺闪闪会审意见会审签名生产副总安全副总通风副总地测副总机电副总安监处调度中心机电中心生产中心电力科自动化运输科通风科抽采科地测科工程科审核目 录一、目的与任务- 1 -二、工程概况- 1 -三、钻孔结构和工程工作量- 3 -四、设备选择与安装- 5 -五、钻具组合- 7 -六、钻探工艺- 8 -七、成井工艺- 12 -八、固管- 15 -九、孔口锁口- 16 -十、临时施工用电- 17 -十、施工工艺流程- 21 -十一、工程质量和安全保证措施- 22 -十二、施工技术工艺特殊措施- 24 -十三、施工组织- 24 -十四、施工进度计划- 26 -十五、施工工期保证措施- 27 -十六、
3、成果资料- 27 -附图1 王村风井瓦斯抽采管道井平面布置图- 29 -附件2 管道井结构图(方案一)- 30 -附件3管道井结构图(方案二)- 31 -附件4井口锁口图(平面图、剖面图)- 32 -附件5 井场设备平面布置图- 33 -附件6 供电线路图- 34 -附件7 供电系统图- 35 -一、目的与任务常村煤矿现开采山西组3号煤层,矿井为高瓦斯矿井,根据煤矿瓦斯抽采达标暂行规定,安监总煤装2011163号文件第14条“煤与瓦斯突出矿井和高瓦斯矿井必须建立地面固定抽采瓦斯系统”,因此委托山西潞安工程勘察设计咨询有限责任公司和山西国辰建设工程勘察设计有限公司于2014年9月编制了常村煤矿3
4、号煤层+470m水平瓦斯抽采系统工程初步设计,根据该设计要求,需在王村风井施工两个瓦斯抽采管道井,将地面瓦斯抽采管路与井下瓦斯抽采管路进行连接。王村风井场地位于山西省屯留县路村乡王村村东,距常村煤矿西约2Km,管道井地面位置处于王村风井场地东北,井口坐标(由常村煤矿提供):1号管道井:X4026844.56 Y38404740.27 H=945.00 m 2号管道井:X4026826.43 Y38404753.67 H=944.849m管道井井下位置处于+470m东翼总回风通道两侧,两个管道井中心直线距离为22.5m,设计管道井中心距离巷帮距离为5.00 m。二、工程概况 (一)地层条件 瓦斯
5、抽放井单孔设计井深478.85米,预计钻遇地层自上而下该井揭露地层为:1、第四系(Q)主要由棕黄、褐色粘土夹粉-中砂岩及砂砾层组成。厚约38.68m2、二叠系上统上石盒子组(P2s)上部为灰绿色中-细砂岩与紫红色泥岩、砂质泥岩及粉砂岩互层,中部为灰白色中粗砂岩、含砾砂岩夹深灰色泥岩、粉砂岩,下部为灰色含鲕粒粘土岩组成。厚约323.47m 3、二叠系下统下石盒子组(P1X)上部为黄绿、灰绿色粉、细砂岩,中部为灰、灰白色中砂岩夹粉-细砂岩,下部为灰、深灰色泥岩与灰、浅灰色粉-细砂岩,底部为灰白色中砂岩组成。厚约76.33m。4、二叠系下统山西组(P1s)由灰色粉砂岩、砂岩和深灰色泥岩、砂质泥岩及煤
6、层组成。砂岩含量高,以3号煤顶板K砂岩较为稳定。本组厚70m左右,预计瓦斯管道井揭露40.37m左右。 施工区地层倾角平缓,无断层及陷落柱,也无岩浆侵入现象。(二)技术要求1、管道井全孔无芯钻进,按规范要求进行测井、测斜;2、管道井设计为直孔,对孔斜应严格控制,要求终孔偏斜不超过3m,钻进过程中应及时跟踪测斜,发现孔斜超限,及时采取纠斜措施;3、终孔层位为3号煤层底板,设计终孔深度478.85m,920mm管底位置为3号煤层顶板上2m;4、工作中要严格执行水文水井地质钻探规程 (DZ/T 014894)、煤炭地质勘查钻孔工程质量标准,认真做好各项原始记录;5、920mm螺旋焊接管直达地面,钢管
7、(包括附件)安装前应进行表面预处理,然后进行防腐处理,即涂刷环氧富锌底漆12道,涂刷环氧沥青类防护面漆至少3道。漆膜总厚度不也小于200m,漆膜附着力用划格法测试不低于85;6、孔壁与井管间的环状间隙,要用优质水泥进行封闭止水,终孔完毕后进行试压,要求达合格标准;7、所用管材、水泥要有合格证,并由潞安集团质监站测试合格后,方可使用。(三)施工工期常村煤矿瓦斯管道井预计施工时间为:2015.4.152016.5.15三、钻孔结构和工程工作量(一)钻孔结构根据山西国辰建设工程勘察设计有限公司提供的单孔设计、工程技术要求和施工区地质情况,钻孔结构设计如下:第一种方案:0-44.65m,孔径1600m
8、m,下1350mm*16mm*44.65m直缝管。44.65-470.55m,孔径1200mm,下920mm*16mm*470.55mm通天直缝焊接管。470.55-478.85m,孔径850mm,裸孔。第二种方案:0-470.55m,孔径1200mm,下920mm*16mm*470.55m m通天直缝焊接管。470.55-478.85m,孔径850mm,裸孔。(二)工程工作量1、先用215.9mm(或245mm)导向孔钻进至孔深470.55m(3号煤层顶板上2.00m)停钻,钻进工程量为470.55m,进行全孔数字测井;2、用钻头四级扩孔至孔深44.65m(进入稳定岩层约5m),扩孔工程量为
9、178.6m,下入135016mm护壁套管并固管(第二种方案省略此项工程量);3、用钻头三级扩孔至470.55m,扩孔工程量为1261.65m,下入920mm*16mm*470.55m瓦斯抽放管(通天管)并固井;4、用850mm钻头扫孔并钻进至孔深478.85m,钻进工程量为8.3m。5、钻穿煤层后,地面停钻,密封孔口,由矿方组织队组在+470m东翼总回风通道打钻寻找套管头位置,进行贯通作业。(三)工程质量 1、工作管中心落点范围在3m以内; 2、终孔计算坐标与井管实际位置的误差1.00m 3、工程交付时,要求水柱不得高出套管底部5m。 4、主要材料: 护壁管为1350*16mm螺旋钢管,材质
10、20号钢; 工作管920*16mm直缝焊接钢管,钢级Q235A 或Q235B; 固管用52.5#硅酸盐水泥; 井管用焊条:J506焊条; 钻头:215.9mm、245mm、550mm、570mm、850mm、880mm、950mm、1200 mm、1350mm、1600mm组合式牙轮钻头和复合片钻头等。四、设备选择与安装 本工程拟投入的主要设备表 1号井施工主要设备表序号名称型号规格数量(台套)备注载荷(KN)功率(Kw)1钻机重200011012井架JJ120/31K12001平台高3m3天车TC-135135014游动大钩125015转盘43530KN.M16泥浆泵3NB-50025017
11、泥浆泵BW-85011028排污泵100M37.549搅拌机1M35.5110测斜仪XC-5C111电焊机50312钻具229mm钻挺、203mm钻挺、178mm钻挺、159mm无磁钻挺、127钻杆2号井施工主要设备表序号名称型号规格数量(台套)备注载荷(KN)功率(Kw)1钻机TSJ-260011012井架AS-279001平台高1.8m3天车TC-90090014游动大钩YG-80080015转盘44525KN.M16泥浆泵TBW-1200/7B185kw17泥浆泵3NB-1000400kw18排污泵100M31549搅拌机1M35.5110测斜仪YUH-DC02111电焊机50312钻具
12、229mm钻挺、178mm钻挺、159mm无磁钻挺、127钻杆(一)钻塔安装由于A字型钻探是地面整体安装,自行起放钻具有安装速度快,安全可靠。钻塔安装是在钻孔前30m场地内进行地面组装,起塔时应统一指挥,确保安全,并要求:1、 钻塔底盘整体周正,坚固,地基地梁形成整体;2、 钻塔螺旋、轴销齐全紧固;3、 安装8道绷绳,与其地面夹角45度,用紧绳器拉紧,地锚或地锚桩埋深大于2m。 (二)钻机安装 钻机安装底盘要求螺栓垫片齐全紧固。做到周正、水平、稳固,转盘中心、天车中心、井孔中心三点必须成一垂线,大钩吊中误差20mm,确保开孔打直。 (三)水泵安装水泵安装要求底盘下设地梁,做到水平、固正、稳固、
13、保证吸水龙头侵入泥浆池的3/4处,以便连续泵浆。 (四)电机安装 电机地基打砼,传动部分设安全防护栏。五、钻具组合钻具组合采用钻杆、钻铤和扶正器的组合。 (一)导向孔钻具组合导向孔钻进根据地层条件、设备能力,钻具组合方式确定1号井用245mm钻头钻进,2号井用215.9mm钻头钻进。215.9mm(或245mm)牙轮钻头+243mm扶正器(长1.6m)+ 178mm钻铤2根(长9m)+215.9mm(或245mm)扶正器(长1.6m)+ 178mm钻铤2根(长9m)+243mm扶正器(长1.6m)+ 159mm钻铤10根(长90m)+127mm钻杆+主动钻杆。(二)扩孔钻具组合扩孔钻头+203
14、mm钻铤(2根)+178mm钻铤(6根)+159mm钻铤10根(90m)+127mm钻杆+主动钻杆。(三)纠斜钻具组合215.9mm(或245mm)牙轮钻头+159mm螺杆钻具+159mm无磁钻铤(1根)+159mm钻铤(810根)+127mm钻杆+主动钻杆。六、钻探工艺 (一)钻探方法和施工方案根据地层岩石性质和设备能力,为了孔内施工安全和保证成井质量,采用“先导钻进+分段扩孔成井”的钻探方法。第一种方案:表土层下套管方案。采用优质泥浆护孔无效的情况下,先用小径(215.9mm或245mm)在钻孔中心钻进导向孔,随钻监测孔斜,导向孔钻进至孔深470.55m,停钻进行电测,孔斜符合要求后,用钻
15、头分四级扩孔至孔深44.68m,下入1350mm套管固井。候凝48小时后,然后进行下段施工,先用1200mm带导向钻头扫通水泥塞,然后用245mm钻头顺孔至470.55m。后用钻头三级扩孔至470.55m,用920mm加长管(3040m)圆孔至470.55m,下入920mm瓦斯抽放管并固井。水泥凝固48小时后,用850mm钻头扫孔并钻进至孔深478.85m。第二种方案:如果地层条件好,表土层不坍塌掉块,用小径(215.9mm或245mm)在钻孔中心钻进导向孔,随钻监测孔斜,导向孔钻进至孔深470.55m,停钻进行电测,孔斜符合要求后,直接用钻头三级扩孔至470.55m,最终扩孔口径1200mm
16、,后用920mm加长管(3040m)圆孔至470.55m,下入920mm瓦斯抽放管并固井。水泥凝固48小时后,用850mm钻头扫孔并钻进至孔深478.85m。 (二)钻头选择 本孔使用钻头的原则是: 1、215.9mm(或245mm)牙轮钻头或复合片钻头开导向孔,表土层使用四翼合金钻头或多牙轮组合钻头扩孔; 2、基岩导向孔钻进,以215.9mm(或245mm)镶齿牙轮钻头为主,石英砂岩用紫色球齿牙轮钻头和PDC钻头;3、基岩扩孔使用组合球齿牙轮钻头的单掌组焊成扩孔钻头,选用单掌时规格和新旧程度一致,排放高度、角度严密均匀,加焊挡板,防止牙轮脱落,造成钻头损坏及孔内事故。(三)钻进参数选择正确选
17、择钻进参数,是为了保证钻进安全,提高钻进效率,防止孔斜,根据孔深、孔径和岩性综合选择钻进参数。1、 小径导向孔钻进 冲积层和煤系地层软岩:钻机立轴转速:60-103r/min;钻压:25-50KN:泵量:1200L/min。 硬岩:钻机立轴转速:40-60r/min;钻压:60-80KN:泵量:1200L/min。2、大口径扩孔钻进冲积层:钻机立轴转数:45-64r/min;钻压:40-80KN:泵量:1350L/min。基岩:钻机立轴转速:45r/min;钻压:60-100KN:泵量:1350L/min。(四)导向孔定向技术导致钻孔弯曲的因素很多,虽有一定规律但是不可避免,大口径工程井力求垂
18、直,否则,不仅会给钻机造成困难,同时,粗大的井管也难以下入孔内,本工程导向定向钻进技术,首先是以防斜为主,力求钻孔垂直,然后是定向纠斜的思路,实现靶位定点钻进。 1、防斜技术 防斜方法包括合理选用钻具和钻进技术参数,严格操作要求,牢牢把住孔斜三个关键环节:安装、开孔、换径。 (1)在安装的过程要保证天车中心,游动大钩和钻孔中心在一条直线上;(2)开钻打方钻杆时,必须用一档钻速小排量,每钻进3-5m停钻用水平尺校正方钻杆,确保井口开直; (3)钻进中,每钻进一个单根,划眼2-3遍,划眼速度控制在0.5m/min; (4)导向孔完钻后,再用相应尺寸的牙轮钻头划眼通井1次;(5)采用满眼钻具防斜,使
19、用与钻头直径相差很小的扶正器三个,分别连接在178mm钻挺的三个不同部位,使满眼钻具长度达到20m以上,有效地减少钻具与孔壁之间的间隙,防止钻头偏斜;(6)合理控制钻压,采用轻压悬吊式钻进方法把孔斜控制在最小范围内;(7)导向孔轨迹预计按照本工程导向孔定向钻进方法,钻孔在基岩段靶点与中心点水平距离不大于2m。 2、导向孔纠偏 导向孔钻进要及时测斜,随钻进掌握钻孔的偏移量,测点段距定为30m,发现孔斜有超偏迹象,立即采取纠斜措施。钻进中发现孔斜,可采用钟摆钻具进行稳斜、降斜。当孔斜超限时,选择螺杆定向钻进方法,这也是保证中靶钻进最可靠的钻探技术方法。(五)泥浆的选用与净化 施工大口径瓦斯抽放排孔
20、,无论是冲积层还是基岩,都是无芯钻进,有大量的砂粒、岩消、岩粉排出,因此,选择好泥浆类型,调整好其性能,方可保证钻进及成井安全。 1、泥浆的选用 (1)冲积层段泥浆类型及性能 冲积层段钻进速度快,由于该孔高膨胀粘土层有较强的遇水膨胀现象,在施工中要严格控制泥浆的粘度、比重、失水量、含沙量,在泥浆的调配中要适量加入部分降失水剂和稀释剂,以确保施工的顺利进行和下套管的一次性成功。表土层泥浆配方材料膨润土(Kg)CMC(kg)PHP(ppm)Na2CO3(Kg)加量502.510-154-6 (2)基岩段钻进和扩孔的泥浆类型和性能 基岩一般选用双聚低固相泥浆,具有除砂好,流变性好,配制简单的特点,可
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