專利名稱：一種高壓氣地下儲氣井的施工方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高壓氣儲氣井的安裝.固定的施工方法。具體說是一種將儲 存高壓氣(液)的鋼制井筒豎直埋放于地下，并用水泥漿固定的方法及所使用 的專用裝置。
背景技術：
隨著對環(huán)境保護日趨嚴格，天燃氣的應用也日益廣泛。將高壓天燃氣用鋼制 井筒儲存于地下是一種占地面積又小又安全的方式。現(xiàn)在國內(nèi)建設的儲氣井多
為深井，井深已達100 200m。但是井筒直徑偏小，僅為小177.80 cl)273.10mm (數(shù)據(jù)見行業(yè)標準SY/T6535-2002)。小直徑的井筒如欲加大儲氣量只有拼命增 加深度。眾所周知圓柱容器的容積與其高度(即深度)成正比，與其直徑的平 方成正比。這就是說只要稍稍增加儲氣井筒的直徑就可以大大減少鉆孔的深度， 因為鉆一個100m 200m深的深孔實在不是一件容易做的事，所以我們有必要將 井深與井徑選配的更合理一些。
那么為什么迄今為止仍然一直采用小直徑深孔的方案？這是因為我們一直 沿用石油鉆探的方法建造儲氣井。這種方法除了成本高，速度慢還有-一個問題 就是對鋼制井筒的防腐處理很不可靠。發(fā)明專利ZL01108413 8提出了一種方 法也是目前正在廣泛采用的方法采用地質(zhì)鉆探的常規(guī)方法泥漿循環(huán)鉆出深孔， 下鋼制井筒于其中，再將一根水泥漿小管下到孔底注入水泥漿，用水泥漿置換 出鉆孔時所用的泥漿從而保護鋼制的井筒。如果真能用水泥漿完全徹底置換出 孔中全部泥漿當然很理想，問題在于如何確保小管出口端真正下到了一.二百米
深的孔底而沒有停在或斷在中途的某處？此外，與其先將鋼制井筒浸入泥漿再 用水泥漿置換何如直接將其浸入水泥漿對其鋼鐵外壁保護得更可靠？以上問題 都值得我們對現(xiàn)有的建井方法做出改進。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所需要解決的技術問題是用一種更簡單.方便.迅速的方法鉆孔并將 直徑長度比例合理的鋼制井筒直接壓入已充滿水泥槳的孔中，確保鋼制井筒外 壁與鉆孔之間充滿足夠厚度的水泥漿保護層。
本發(fā)明解決上述技術問題的方案是采用長螺旋鉆機鉆孔，鉆至預定深度后 通過鉆桿芯管中的壓漿管從鉆頭下的出漿口自鉆孔孔底開始壓注水泥漿，壓漿 的同時提鉆，使孔中漿面保持在易塌孔位置以上，然后使用專用設備"壓筒器" 將鋼制井筒豎直壓入并固定在鉆孔中直至水泥漿凝固。被井筒擠出鉆孔外的多 余水泥漿可回收再利用，如果孔中護壁水泥漿較少則另行補充。
采用長螺旋鉆機鉆孔并使鉆孔中注滿水泥漿是我們已經(jīng)應用20多年的成熟 技術，因此本發(fā)明的技術關鍵是如何將一個整體的鋼制井筒壓入已經(jīng)注有水泥 漿的孔中擠出多余的水泥漿并將井筒固定。為此，本發(fā)明設計了---種專用設備 "壓筒器"。其結(jié)構(gòu)特征與工作原理我們通過附圖來說明。
圖1是本發(fā)明的工藝過程示意圖。分四步(a)鉆孔，(b)壓漿，(c)壓入井筒 回收多余水泥漿，(d)固井
圖2是本發(fā)明壓筒器的加壓巻揚機和提升巻揚機的鋼絲繩繞繩線路圖。 圖3是本發(fā)明的專用裝置"壓筒器"結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1.加壓巻揚機，2.加壓動滑輪組，3.加壓梁，4.龍門架頂部連接梁，
5.轉(zhuǎn)向滑輪，6.提升巻揚機，7.龍門架滑道，8.加壓梁滑瓦，9.井筒壓蓋， 10.儲氣井筒，11.配重，12.底架平臺，13.鉆孔中水泥漿，14.孔口定位圈， 15.井筒護圈。
具體實施例方式
本發(fā)明施工過程分四步，如圖1所示
(a) :采用長螺旋鉆機鉆孔?？讖奖蠕撝凭餐鈴酱?00mm以保證井筒外水 泥保持層厚度為50mm?？咨罡鶕?jù)井筒長度及固井要求確定。
(b) :壓漿。鉆至預定深度后開始壓注水泥漿同時提鉆，使?jié){面保持在易塌孔 位置以上。
(C):壓入井筒回收多余水泥漿。采用專用設備"壓筒器"(結(jié)構(gòu)見圖3)將
整體井筒一次壓入已注有水泥漿的鉆孔中，溢出的水泥漿導入儲漿池備用。(除 非漿面位置很低一般都有溢出)
(d):待水泥漿凝固(終凝)后，撤去壓筒器，完成固井其他工作。
上述過程中，最關鍵的也是獨特的一步是將整體鋼制井筒一次壓入已注有水 泥衆(zhòng)的鉆孔中，為此我們采用了一個專用設備"壓筒器"。其結(jié)構(gòu)和工作原理見
圖3和圖2。
圖3是壓筒器結(jié)構(gòu)示意圖。它主要有三部分組成
其一是底架平臺12。是由槽鋼焊成的兩條縱梁與若干橫梁連接而成。其上 安裝一臺加壓巻揚機l， 一臺提升巻揚機6，對稱的配重ll，中部對稱安裝兩列 三棱柱狀桁架組成的龍門架。
其二是龍門架。是由一根無縫鋼管(或槽鋼)作為滑道7與兩根長角鋼(或 鋼管)作棱，若干短角鋼(或鋼管)作斜撐焊成的三棱柱狀桁架，每節(jié)長6m或12m—節(jié)節(jié)連接起來對稱地安裝于底架平臺12上。最上端有龍門架頂部連接梁 4將其相連構(gòu)成門形。中間兩條滑道供加壓梁3上下移動。
第三是加壓梁。加壓梁3是一個由槽鋼焊成的，中間安裝有一對滑瓦8 (或 滾輪)的裝置。其兩端安裝有動滑輪組2，由加壓巻揚機1的鋼絲繩繞過動滑輪 組2使其沿滑道7向下移動，由提升巻揚機6的鋼絲繩繞過龍門架頂部連接梁 上的滑輪或滑輪組使其向上移動(實際上這鋼絲繩穿過龍門架桁架中間，為表 達清晰畫在外面。此處可用滑輪組加大提升力)加壓梁下面安裝有井筒壓蓋9， 井筒壓蓋9上有卡圈可以挾持鋼制井筒10的頂端筒口 。井筒壓蓋9有多種規(guī)格， 用于不同規(guī)格的井筒。
加壓巻揚機1和提升巻揚機6的鋼絲繩繞繩方式見圖2。加壓巻揚機1的鋼 絲繩繞過加壓梁3上的動滑輪組2和轉(zhuǎn)向滑輪5，轉(zhuǎn)向滑輪的作用是將鋼絲繩避 開中心安放鋼制井筒的位置。當然轉(zhuǎn)向問題也可在加壓梁上解決，這里只是說 明圖中的這種繞繩方法保證了加壓梁兩端受力大小相等并且同步。圖中為簡明 只畫了兩個動滑輪四倍率，實際上可根據(jù)需要增加滑輪數(shù)加大倍率， 一般不少 于8倍率，即加壓梁向下的壓力為加壓巻揚機單繩拉力的8倍(一些次要的滑 輪如排繩張緊輪等均未畫出)。
為安裝井筒方便，底架平臺中段及孔口定位圈14和井筒護圈15都可做成可 開合形式。井筒壓蓋9下也可安裝自動卡銷便于安裝井筒。
使用壓筒器時，在運至現(xiàn)場的底架平臺12上安裝龍門架時裝好加壓梁3并 提升至龍門架最上方，吊裝井筒10并將其上端在壓蓋9下夾好下端在井筒護圈 內(nèi)固定。用起重機將裝好井筒的加壓器安放在已注入水泥漿的鉆孔上，孔口固 定圈14插入鉆孔，再吊裝配重11安放在底架平臺12兩端，張緊加壓巻揚機1 的鋼絲繩開始工作，將井筒豎直壓入孔中。待孔中水泥漿凝固(終凝)后，先卸下重數(shù)十噸的配重，將加壓器吊運至新孔位，裝上新井筒再壓上配重，做新 鉆孔的井筒壓入固井工作。
本發(fā)明與現(xiàn)有建井技術相比，具有明顯的優(yōu)勢儲氣量大，建井速度快成本 低，井筒外壁防腐效果可靠.使用壽命長。
不妨以發(fā)明專利ZL01108413 8中所舉的實施例與本發(fā)明作一比較
發(fā)明專利ZL01108413 8中所舉的實施例為井筒直徑4)177.8mm (原文為cJ) 17.78mm，應系筆誤)井筒長120m。鉆孔直徑為4 215.9mm。工作壓力25Mpa， 我們不難算出井筒的容積是3.24m3。
本發(fā)明采用直徑為小820mm的高強度合金鋼無縫管作井筒，井筒長度取15m 時，容積為5.36m3 ;取20m時容積為7.15m3 ;取30m時容積為10.73m3 。鉆 孔直徑取4)950mm;鉆孔深度可比井筒長度多一米。
鉆一個4)950mm直徑，16m深的孔并注滿水泥漿，不超過半小時，再壓入 井筒一小時之內(nèi)結(jié)束全部工作。這與鉆一個4)215.9mm直徑120m深的孔，向孔 中下一個多次逐節(jié)相連總長120m直徑d> 177.8mm的井筒，再下120m長的水泥 漿小管，再用水泥漿置換孔中的循環(huán)泥漿，其所用的時間.所耗費的成本等等不 可同日而語。況且在小950mml6m深的孔中放置d)820的鋼制井筒，可以確保井 筒的鋼鐵筒壁外有不小于50mm的水泥保護層。而在4)215.9mm地孔中放置4> 177.8mm的120m長井筒，不能保證鋼鐵井筒的外壁有均勻的19mm的水泥保護 層。不僅如此，由于本發(fā)明所鉆的孔完全是在土層中鉆孔，(現(xiàn)有技術如 ZL01108413 * 8所鉆的百米以上深孔大部分卻是在巖石中鉆，難度大故孔徑只 能小)這樣本發(fā)明就有條件根據(jù)井筒直徑適當擴大鉆孔直徑，擴大到使鋼制井 筒能夠采用高強度鋼絲纏繞增強(或其他高強度纖維纏繞增強)等新技術，這 使井筒的耐壓強度得以大幅度提高。耐壓強度的提高，就意味著安全系數(shù)的提
高和使用壽命的延長，也為提高井筒工作壓力從而再增大容氣量創(chuàng)造了條件。
一個長達上百米的井筒，無法在地面上做成整體，檢驗后再下到深孔中，只 能在現(xiàn)場施工時下一段接一段因而有多個未檢驗接頭。接頭越多泄漏環(huán)節(jié)越多。 而已經(jīng)下到上百米深井中的井筒如果接頭處有泄漏則無法根治成為安全隱患。 本發(fā)明的井筒是一個整體，可以在地面上進行各種耐壓試驗泄漏檢驗等然后再 一次壓入地下鉆孔中，井筒泄漏的隱患得到徹底消除。
綜上所述，本發(fā)明提供了一種相對于現(xiàn)有技術非常簡單.施工速度非常的快， 建造成本又非常低，徹底消除了井筒泄漏的可能性的高壓氣地下儲氣井施工方 法。使其儲氣量.使用壽命都大大提高和延長。并為高強度鋼絲纏繞等技術大幅 度提高井筒耐壓強度和儲氣量創(chuàng)造了條件。
權(quán)利要求
1、一種高壓氣地下儲氣井的施工方法及裝置，其特征在于采用長螺旋鉆機鉆孔并向孔中壓注護壁水泥漿，通過壓筒器將整體式井筒壓入孔內(nèi)水泥漿中，壓筒器壓住井筒使其固定在水泥漿中直到水泥漿凝固。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種高壓氣儲氣井施工方法及裝置，其特征在于 所說的壓筒器是一龍門架形結(jié)構(gòu)，龍門架有兩條滑道中間裝有加壓梁，加壓 梁上裝有滑瓦或滾輪約束加壓梁在龍門架的滑道上垂直移動，加壓巻揚機的 鋼絲繩繞過加壓梁上的動滑輪組迫使加壓梁沿滑道下移對井筒施壓，提升巻 揚機的鋼絲繩繞過龍門架頂部連接梁上的滑輪或滑輪組牽引加壓梁沿滑道上 移復位。
3、 如權(quán)利要求所述的一種高壓氣儲氣井施工方法及裝置，其特征在于所 說的整體式井筒外壁有高強度鋼絲(或其他高強纖維)纏繞加強。
全文摘要
一種建造高壓氣地下儲氣井的新方法采用長螺旋鉆孔機鉆孔水泥漿護壁，使用專用壓筒器將整體式井筒壓入孔內(nèi)水泥漿中直到水泥漿凝固。壓筒器為龍門架形結(jié)構(gòu)，加壓梁裝在龍門架兩滑道中間，加壓卷揚機通過動滑輪組迫使加壓梁下移對井筒施壓，提升卷揚機提升加壓梁復位。本法合理的調(diào)整了井筒直徑與長度的比例加大了容積，將在基巖中鉆深孔的施工方法改為在土層中適當深度鉆孔，極大地降低了建井難度和成本。所用整體式井筒可在地面經(jīng)受各種檢測，消除了細長井筒多段連接多個接頭的泄漏環(huán)節(jié)。提高了井筒外壁水泥防腐層的可靠性，也便于采用高強度鋼絲(或其它高強纖維)對井筒纏繞加強從而提高耐壓強度增大儲氣量延長使用壽命。
文檔編號E21D5/11GK101196115SQ20061016716
公開日2008年6月11日 申請日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者石午江, 義 陶 申請人:石午江