книги из ГПНТБ / Горбаткин Б.И. Проходчик механизированного забоя при проходке вертикальных стволов специальными способами

Начальный диаметр скважины определяется диаметром обсадной трубы и принимается от 100 до 200 мм, а конечный — в пределах 75— 100 мм.

Скважины для тампонажа бурят отдель­ ными участками-заходками, величина которых составляет 5—20 м.

Скважины бурят в такой последовательно­ сти: вначале бурят две диаметрально противо­ положные скважины, затем две другие, рас­ положенные на диаметре, перпендикулярном первому. Последующие скважины бурят в промежутках между первыми двумя парами и располагают на концах диаметров.

При бурении скважин с промывкой в набу­ хающих породах необходимо применять спе­ циальные реагенты, препятствующие набуха­ нию пород, например, раствор жидкого стекла, сульфитно-спиртовой барды, насыщенный солью и др.

Если скважины бурят в неустойчивых по­ родах, то при наличии опасности обрушения бурение приостанавливают, скважину промы­ вают, тампонируют и после определенного времени выдерживания вновь разбуривают.

Оборудование скважин. Устья пробуренных скважин закрепляют обсадными трубами на глубину неустойчивых пород с заглублением на 1— 1,5 м в тампонируемую породу. Внутрен­ ний диаметр обсадных труб (кондукторов) на 10—20 мм больше диаметра скважин.

Верхний конец кондуктора должен высту­ пать из скважины на 0,2—0,4 м. Затем во из­ бежание поступления тампонажного раствора в контактные зоны кондуктор закрепляют це­ ментным раствором состава 1 : 0,5 (цемент :

вода).

Скважины оборудуют инъекторами, тип ко-

139

торых принимается в зависимости от преду­ смотренного проектом способа нагнетания рас­ твора. При зажимном способе нагнетания ус­ танавливают инъектор без циркуляции, при циркуляционном способе — инъектор с воз­ вратной циркуляцией.

Если тампонаж с поверхности производят на глубину 50—75 м, то тампонажный раствор нагнетают без инъектора. В этом случае к фланцу обсадной трубы присоединяют болта­ ми тройник, к патрубку которого привинчива­ ют шланг для нагнетания тампонажного рас­ твора.

Независимо от типа применяемого инъек­ тора каждую скважину оборудуют маномет­ ром. Манометр устанавливают:

при инъекторах с возвратной циркуляци­ ей — на возвратной трубе;

при инъекторах без циркуляции или там­ понаже без инъектора — на нагнетательной трубе или на насосе.

Материалы для тампонажных растворов и их приготовление. Для приготовления тампо­ нажных растворов применяют цемент, суглин­ ки, песок, химические реагенты и воду.

В обычных условиях и при наличии неаг­ рессивных вод рекомендуется применять порт­ ландцемента различных видов и шлакопортландцемент. При агрессивных подземных во­ дах следует применять специальные виды це­ ментов — сульфатостойкий портландцемент, сульфатостойкий пуццолановый портландце­ мент и др. При больших притоках подземных вод применяются тампонажные цементы.

В качестве химических реагентов для ус­ корения сроков схватывания и твердения рас­ творов рекомендуется применять хлорцстэдй

НО

кальций, жидкое стекло и др. в количестве от 2 до 5% к весу цемента.

Для повышения неразмываемости в раство­ ры необходимо вводить 2—3% высококоллондальных (бентонитовых) глии, 1—3% серни­ стого натрия или применять для затворения цемента 2—5%-ньш водный раствор алюмина­ та натрия. Количество вводимых добавок дол­ жно определяться лабораторным путем в за­ висимости от состава раствора.

Тампонажные растворы необходимо приго­ товлять после проверки готовности оборудо­ вания и всей растворопроводящей системы к тампонажным работам. Время приготовления раствора назначается в зависимости от приня­ того состава смеси с таким расчетом, чтобы успеть подать его в скважину до начала схва­ тывания.

Дозировка составляющих на каждый замес растворомешалки производится в соответст­ вии с предусмотренным составом смеси. Для обеспечения постоянного состава тампонаж­ ных растворов дозировка цемента ведется по весу, а заполнителей (суглинка, песка и др.) — по объему. Объем устанавливается как среднее из нескольких взвешиваний опреде­ ленного объема. При изменении влажности со­ ставляющих необходимо вносить соответству­ ющие поправки в дозировку.

Цементные растворы приготовляют следу­ ющим образом: в растворомешалку заливают заданное количество воды, а затем при непре­ рывном перемешивании небольшими порция­ ми загружают цемент.

При приготовлении смешанных растворов составляющие загружают в такой последова­ тельности: в растворомешалку заливают воду (половину объема), после пуска раствороме­

141

шаЛки загружают суглинок или глину, пред* варительно раздробленные на куски размером не более 5— 10 см, а затем заливают воду в таком количестве, чтобы она покрывала за ­ груженный материал. Цемент загружают не­ большими порциями после предварительного перемешивания суглинка (или глины) с водой. Одновременно добавляют воду в количестве, необходимом для получения раствора задан­ ной консистенции.

Приготовленный цементный раствор следу­ ет процедить сквозь сетку с отверстиями раз­ мером от 0,2X0,2 до 0,5 x 0 ,5 мм в зависимо­ сти от трещиноватости пород, а смешанные растворы — сквозь сетку с отверстиями раз­ мером не менее 2 x 2 и не более 4X4 мм.

Из каждого замеса растворомешалки от­ бирают пробу для определения в полевой ла­ боратории консистенции раствора н его объ­ емного веса.

Воду в растворомешалку подают насосом непосредственно из водопроводной сети или из запасного резервуара.

Нагнетание тампонажных растворов. До на­ чала нагнетания тампонажного раствора на участке, подлежащем тампонированию, сква­ жины тщательно промывают водой. Промывка продолжается до тех пор, пока из скважины не начнет выходить прозрачная промывочная вода. В случае полного поглощения скважиной воды промывка не производится.

Давление при промывке скважин не долж­ но нарушать тампонируемые породы, но вме­ сте с тем обеспечивать эффективную промыв­ ку. Наряду с этим оно должно превышать ве­ личину действующего напора воды или газов в тампонируемой зоне.

142

После промывки определяют удельное нодопоглощение скважин.

Тампонирование производят через отдель­ ные скважины или через группы скважин. Присоединение совместно тампонируемых скважин к насосу может быть параллель­ ным, последовательным или комбинирован­ ным. При параллельном присоединении сква­ жин к насосу необходимо применять распре­ делительный «паук».

Раствор следует нагнетать в скважины при минимальном давлении, постепенно повышая его до проектного. Давление нагнетания рас­ твора в скважины должно превышать на 1— 2 ати гидростатическое давление воды в там­ понируемых породах.

Раствор нагнетают в скважину до полного насыщения зоны пород, т. е. когда при мак­ симальном давлении прекращается поглоще­ ние раствора. Нагнетание при максимальном давлении должно производиться не менее 10— 15 мин.

Переход к максимальному давлению дол­ жен быть постепенным, по мере заполнения трещин и пустот раствором. В случае пре­ вышения допустимой величины снижать дав­ ление следует при помощи выпускного крана насоса.

В начальный период нагнетания применя­ ют растворы жидкой консистенции с расплывом 30—40 см. По мере насыщения пород по­ дается раствор с расплывом 25—30 см и окон­ чательная опрессовка производится раствора­ ми с расплывом 18—20 см. Если при этом не достигается насыщение трещин раствором, на­ гнетание следует прекратить на срок, необхо­ димый для затвердения раствора, после чего

143

скважину вновь разбурить* Промыть и про­ должать нагнетание раствора.

Разбуривание скважины в затампонированпой зоне для тампонажа нижележащей зоны производится после окончания схватывания тампонажного раствора, срок которого уста­ навливается полевой лабораторией. После разбуривания скважину промывают и опреде­ ляют ее водопоглощение. Если водопоглощение превышает 0,05 л1мин, необходимо произ­ вести повторное нагнетание раствора.

Скважины, сообщающиеся друг с другом, необходимо тампонировать одновременно. Ес­ ли скважины, в которые произошел прорыв рас­ твора, оказались незатампонированными, их следует разбурить, промыть, испытать и в случае наличия водопоглощения затампоннровать вновь.

После окончания тампонирования первой зоны приступают к тампонированию второй, затем третьей и всех остальных зон в анало­ гичной последовательности.

В такой же последовательности ведутся ра­ боты по всем группам скважин.

Все скважины, тампонирование через кото­ рые закончено, подлежат ликвидации путем заполнения их тампонажным раствором.

3. Производство и организация работ при тампонаже из забоя ствола

Тампонирование трещиноватых пород из забоя ствола применяется в тех случаях, когда тампонируемые породы залегают на значи­ тельной глубине или неглубоко от поверхно­ сти пластами небольшой мощности, чередую­ щимися с пластами водонепроницаемых пород.

144

тампонаже из забоя ствола предотвращение обратного выхода раствора или поступление напорных подземных вод в ствол достигается:

а )

Рис. 28. Тампонажные подушки

а — плоская: б — сферическая

|оставлением предохранительного целика из гводонепроницаемых или затампонированных

.пород; устройством бетонных тампонажных поду-

ппек.

Толщина предохранительного целика опре­ деляется расчетом.

Если толщина предохранительного целика, полученная по расчету, превышает 7 м, более экономично сооружать тампонажную по­

душку.

Подушки устраивают плоские или сфери­ ческие (рис. 28) в зависимости от прочности пород. В крепких породах устраивают плоские лодушки, а в слабых, сильно нарушенных — сферические.

Всухом забое ствола тампонажные подуш-

ки устраивают обычным способом. При налн-

чии притока воды из забоя ствола поддающе­ гося откачке насосами, тампонажную подуш­ ку укладывают следующим образом.

На забой ствола укладывают деревянный ящик размером l X l X l м с просверленными со всех сторон отверстиями диаметром 25— 30 мм. На дно ящика насыпают слой гравия или щебня крупностью 8— 10 см и устанавли­ вают дренажную трубу длиной 1,5—2 м и диа­ метром, превышающим диаметр трубопровода насоса. Пространство между стенками ящика и трубой также засыпают гравием или щеб­ нем. Затем на забой укладывают каптажный слон толщиной 0,5— 1 м. В дренажную тру­ бу опускают шланг для откачки воды.

При непрерывной откачке воды на дре­ нажный слой укладывают толь и покрывают его цементным раствором толщиной 100— 150 мм. До устройства дренажного слоя уста­ навливают направляющие кондукторы, а за­ тем укладывают бетон для устройства по­ душки.

Если средства водоотлива не позволяют осушить забой, тампонажную подушку соору­ жают под водой следующим образом.

На забое устанавливают несколько тру­ бопроводов для нагнетания раствора (от 2 до 4). Затем укладывают слой гравия или щебня на расчетную высоту. После укладки гравия нагнетают тампонажный раствор со­ става 1:0,4— 1:0,5 (цемент : вода). Для уско­ рения схватывания раствора используют до­ бавки хлористого кальция или жидкого стек­ ла в количестве 2—3% от веса цемента.

Бурение и оборудование скважин. Устья скважин располагают по окружности, диа­ метр которой на 0,5—1 м меньше диаметра

146

ствола. Расстояние Между скважинами

0,8— 1,5 м.

Диаметр скважин принимается 40—80 мм.

Скважины бурят вертикально или с накло­ ном. Направление скважин выбирается с та­ ким расчетом, чтобы они пересекали трещины под углом, близким к прямому. Если трещины крутопадающие (угол падения свыше 30°), скважины бурят с наклоном. Угол наклона принимается такой, чтобы основания скважин выходили за пределы контура ствола в про­ ходке на 1,5—2 м.

При наличии напорных вод бурение сква­ жины необходимо вести через сальники с об­ ратной промывкой изливающейся водой, для этого сальники должны быть снабжены шту­ церами с кранами.

Кондукторы для бурения тампонажных скважин устанавливают до начала возведе­ ния подушки.

Бурение скважин и их промывка, опреде­ ление удельного водопоглощения скважины и нагнетание раствора должны производиться в той же последовательности, что и при остав­ лении целика.

Очередность бурения скважин и тампона­ жа принимается в зависимости от их количе­ ства. Рационально бурить группами по 4 сква­ жины, расположенные попарно на концах вза­ имно-перпендикулярных диаметров. После

комплектом коронок для остальной части скважин диаметром 51—49 мм до проектной глубины.

Оборудование скважин, материалы для приготовления растворов и способ приготов­ ления тампонажных растворов аналогичны тем же при производстве тампонажных работ с поверхности земли.

Нагнетание раствора в скважины. Перед началом нагнетания раствора все скважины, подлежащие тампонированию, должны быть промыты водой.

Максимальная величина давления, при котором производится нагнетание раствора, устанавливается расчетом в зависимости от мощности оставляемых предохранительных целиков и прочности крепи. Начальное дав­ ление нагнетания растворов принимается на 1—2 ати больше гидростатического напора. Максимальное давление принимается по рас­ чету.

В постоянной крепи ствола на высоте 3—5 м от бетонной подушки или породного целика устанавливают трубки с кранами для выхода раствора. При появлении в кранах раствора, во избежание разрушения крепи, нагнетание тампонажного раствора следует прекратить. .

Остальные работы по нагнетанию раство­ ра в скважины производятся аналогично тем же работам при производстве тампонажных работ с поверхности земли.

Тампонажные работы следует прекращать при удельном водопоглощении тампонируе­ мых пород менее 0,01 л/мин на 1 м скважины при напоре 1 м вод. ст.

148