王慧林 王金國(guó) 張大明
(1.中煤陜西榆林能源化工有限公司,陜西 榆林 719000;2.延安市禾草溝煤業(yè)有限公司,陜西 延安 717300;3.遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院,遼寧 阜新 123000)
禾草溝井田位于延長(zhǎng)油田股份有限公司子長(zhǎng)采油廠和瓦窯堡采油廠的新莊油區(qū)與羊馬河油區(qū),面積83.7093km2。井田范圍內(nèi)分布著各類油氣井總計(jì)1005口,其中,廢棄油井71口,這些廢棄油氣井不僅造成了煤炭損失嚴(yán)重,遺留煤柱后期無(wú)法再布置工作面進(jìn)行開(kāi)采,給國(guó)家造成巨大的資源浪費(fèi),而且面臨著在油氣井附近開(kāi)采危險(xiǎn)性大和搬家倒面頻繁的問(wèn)題[1]。因此,采煤工作面如何安全快速地過(guò)油氣井是亟待解決的問(wèn)題。
為了解決煤礦安全生產(chǎn)中廢棄油氣井重大安全隱患和解放預(yù)留安全煤柱,經(jīng)過(guò)初步討論和方案比選,制定了“地面施工作業(yè)井下三段封堵”的技術(shù)工藝辦法,設(shè)計(jì)出對(duì)該井工藝技術(shù)采取“初步調(diào)研分析診斷、表套固化、專業(yè)通井、鉆頭調(diào)配、井筒檢測(cè)、分段封堵和施壓驗(yàn)收(簡(jiǎn)稱:7S)”等7個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)工藝路線,完成封堵治理全過(guò)程,用“3G7S工藝”(group3section7)表示[2]。
在已收集資料和現(xiàn)場(chǎng)踏勘的基礎(chǔ)上,結(jié)合油田地質(zhì)條件和裸眼井的特性,進(jìn)行初步分析診斷,提出地面作業(yè),井下三段式封堵工藝[3];為進(jìn)一步搞清井下結(jié)構(gòu)和油氣水狀況,必須進(jìn)行專業(yè)通井和井筒檢測(cè)后,根據(jù)與掌握資料偏差,修訂完善封堵方案。
在擬定的采用3G7S工藝方案進(jìn)行三段封堵方案中,設(shè)計(jì)采取第一段注入1.5m3濃度為10%的軟密封特種材料;第二段注入大約為25m3的油井水泥砂漿;最后第三段灌注大約5m3的油井水泥沙漿,并做好井口封堵。3G7S方案的具體設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 5-14井施工參數(shù)設(shè)計(jì)
禾草溝煤礦三口廢棄油井均采用三段式封堵后,如圖1所示,在原油井井筒位置形成水泥柱,硬度明顯大于煤層,井下采煤工作面通過(guò)該位置時(shí),有可能對(duì)采煤機(jī)造成一定的影響[4]。
50104工作面回采過(guò)程中,當(dāng)工作面推到1520m附近將會(huì)揭露已經(jīng)報(bào)廢的油井,如圖2所示。
圖2 油井位置圖
(1)在采煤工作面距廢棄油井5m距離之前,事先安裝好排水泵和排水管,同時(shí)在采煤工作面附近備足防火器材。
(2)在50104工作面接近每個(gè)油井設(shè)計(jì)位置5.0m時(shí),在油井設(shè)計(jì)位置上下各5.0m范圍內(nèi),使用風(fēng)煤鉆打水平鉆孔,鉆孔孔深不小于5.0m,孔間距為0.1m,采煤機(jī)截割累計(jì)深度不得大于4.8m,探孔工作直至揭露此油井時(shí)停止。在鉆井過(guò)程中,應(yīng)密切注意鉆進(jìn)過(guò)程中的異?,F(xiàn)象,找出異常點(diǎn),并進(jìn)行鉆孔加密直至套管揭露。
(3)在準(zhǔn)備揭露的某個(gè)油井的前后左右10m范圍內(nèi),三班煤機(jī)割煤時(shí),必須將煤機(jī)割煤速度降至1~2m/min。在施工探孔過(guò)程中,或是采煤機(jī)割煤過(guò)程中,如果發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象,如截割時(shí)或打探孔時(shí)有異常響聲、煤壁松軟片幫等現(xiàn)象,立即停止截割或鉆孔,查明原因后進(jìn)行處理。
(4)在確定油井位置后,經(jīng)瓦檢員檢測(cè)有害氣體不超標(biāo)、無(wú)油涌出、無(wú)水害發(fā)生后,采用手鎬或風(fēng)鎬的方式揭露油井。
(5)在采煤工作面的膠帶運(yùn)輸巷內(nèi)的適當(dāng)位置開(kāi)挖一個(gè)臨時(shí)水倉(cāng),并安裝好水泵和排水管路,如有積水涌出,可以及時(shí)將水排出采煤工作面。
(1)過(guò)油井之前,必須備足封堵油井材料及相關(guān)施工工具。對(duì)于已經(jīng)安全揭露的油井,使用電動(dòng)角磨機(jī)配合鋸弓進(jìn)行切管。切管時(shí)必須兩人一起操作,1人切割,1人向切割口澆水。使用角磨機(jī)切割鋼管時(shí),必須量好切割深度,不可一次割透??焱笗r(shí)須使用鋸弓或錘子鐵釘慢慢穿透,打開(kāi)一小口,此時(shí)進(jìn)行管內(nèi)油、氣體、水等情況檢測(cè)。
(2)如發(fā)現(xiàn)管內(nèi)有氣體、油、水、泥漿等涌出,必須停止切割,且不得將切割工具拿開(kāi),待查明管內(nèi)油、氣、水、泥漿等情況后,在確保作業(yè)場(chǎng)所無(wú)危險(xiǎn)時(shí),先割開(kāi)一個(gè)小口釋放油、氣、水等壓力,當(dāng)管內(nèi)有大量水涌出時(shí),利用事先準(zhǔn)備好的排水設(shè)施進(jìn)行排水;當(dāng)管內(nèi)有氣體涌出時(shí),采用壓風(fēng)管對(duì)著切口吹風(fēng)排除套管內(nèi)氣體。
(3)當(dāng)套管內(nèi)沒(méi)有氣體、油、水等涌出時(shí),可以直接使用氧氣焊割的方法沿著頂板切割掉油管;在底板處油管周圍開(kāi)挖直徑大于0.6m、深度大于0.6m深坑,然后對(duì)油管進(jìn)行切割,切割深度低于底板0.2m,最后用混凝土澆灌底板套管和深坑進(jìn)行封堵。在油管切割完成后,油管頂板口可使用高分子充填材料及加固材料,利用油管與井壁之間的間隙進(jìn)行封堵,其封堵高度不小于60m,待高分子材料等凝固達(dá)到一定強(qiáng)度后,方可允許工作面恢復(fù)生產(chǎn)。
(4)在通過(guò)油井過(guò)程中,需加強(qiáng)液壓支架支護(hù)強(qiáng)度,保證初撐力達(dá)到規(guī)定值,每班由支架工負(fù)責(zé)調(diào)整支架狀態(tài),確保每架接頂嚴(yán)實(shí),起到更好的支撐作用,從而減小油井周圍圍巖變形,避免油井涌出大量有害氣體。
(5)經(jīng)檢查油管周圍瓦斯?jié)舛鹊陀?.5%,方可實(shí)施電氣焊,將油管割掉。瓦斯員隨時(shí)檢查油井設(shè)計(jì)位置下風(fēng)側(cè)20m范圍內(nèi)的瓦斯?jié)舛?。?dāng)油井下風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)0.5%時(shí),立即停止煤機(jī)運(yùn)行,落下煤機(jī)搖臂,切斷煤機(jī)供電電源,將油井周圍支護(hù)牢固,同時(shí)切斷油井下風(fēng)側(cè)工作面及回風(fēng)巷道所有供電電源。
(6)如果油井瓦斯涌出導(dǎo)致回風(fēng)巷道中瓦斯?jié)舛瘸^(guò)規(guī)定且暫時(shí)無(wú)法處理時(shí),由現(xiàn)場(chǎng)安檢員或跟班隊(duì)長(zhǎng)組織專人負(fù)責(zé)撤出回風(fēng)巷作業(yè)人員,并在回風(fēng)巷道通道上設(shè)置專人警戒,將沿途所有人員撤離到進(jìn)風(fēng)側(cè)區(qū)域內(nèi)待命。嚴(yán)禁人員進(jìn)入瓦斯流經(jīng)巷道,避免油井涌出的高濃度瓦斯引發(fā)瓦斯事故。
油氣資源遺留下的廢棄井嚴(yán)重地影響了資源重疊區(qū)范圍內(nèi)的煤炭資源安全開(kāi)采,國(guó)內(nèi)外關(guān)于煤礦與油氣井協(xié)調(diào)、安全的開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)報(bào)道很少。因此,本文提出了廢棄油氣井的治理方案,同時(shí)著重對(duì)采煤工作面過(guò)廢棄油井時(shí)的施工方案和切割油井套管安全技術(shù)措施進(jìn)行了研究。通過(guò)以上技術(shù)方案的實(shí)施,禾草溝煤礦成功地實(shí)現(xiàn)了井下工作面安全快速回采工作。