專利名稱：整體井筒壓入式地下儲(chǔ)氣井的建井方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地下儲(chǔ)氣井的建井方法，具體說是一種將一個(gè)已經(jīng)過 耐壓與泄漏測(cè)試的整體井筒壓入地下鉆孔中用水泥漿固定的方法及所用的專用裝置。
背景技術(shù)：
將天然氣用鋼制井筒豎直埋入地下儲(chǔ)存既安全占地面積又小是個(gè)好辦法。目前國內(nèi)所建地下儲(chǔ)氣井多為深井，井深已達(dá)100-200m，井筒直徑為 (H77. 80-4>273. 10mm (見現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6535-2002)。顯然以上數(shù)據(jù) 提供的井筒直徑過于偏小。小直徑的井筒如欲加大儲(chǔ)氣量只能拼命鉆深， 上百米的深孔大部分就不是在土層中鉆而是在巖層中鉆，鉆孔的難度和成本必然居高不下。眾所周知圓柱形容器的容積與其長度成正比，與其直徑的平方成正比。這就是說稍稍增加儲(chǔ)氣井筒的直徑就可以大大減小井筒 的長度，從而降低鉆孔的難度與建井成本同時(shí)又?jǐn)U大儲(chǔ)氣容量?；谝陨峡紤]，發(fā)明專利申請(qǐng)"一種高壓氣地下儲(chǔ)氣井的施工方法及裝置"(申請(qǐng)?zhí)?006101671615)提出一項(xiàng)改進(jìn)方案采用長螺旋鉆機(jī)鉆孔， 水泥漿護(hù)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 漿凝固完成固井。這個(gè)方法使得井筒直徑得以突破4> 177. 80-4>273. 10mm的 限制，鉆孔始終在土層中進(jìn)行，鉆孔難度和成本均大幅度降低而儲(chǔ)氣量卻 大幅度增加。而且整體井筒可以在安放地下之前進(jìn)行耐壓檢測(cè)，徹底消除 泄漏環(huán)節(jié)o但此方法仍有不足之處采用長螺旋鉆機(jī)鉆孔提鉆的同時(shí)壓水泥漿護(hù) 壁，速度雖快但鉆孔的直徑深度都受到限制從目前工程實(shí)例看長螺旋鉆機(jī)鉆孔直徑很少超過小800mm;而鉆孔深度更是受限于鉆機(jī)立柱的高度很 難超過35m。井筒直徑如果超過lm就無法用長螺旋鉆機(jī)為其鉆孔。因此有 必要對(duì)現(xiàn)有的儲(chǔ)氣井建井技術(shù)繼續(xù)改進(jìn)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題是突破長螺旋鉆機(jī)鉆孔直徑與深度的 限制，為整體式大直徑長井筒解決建井時(shí)的鉆孔、整體井筒吊裝安放及水泥漿固井問題。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的方案是采用泥漿護(hù)壁向下垂直鉆孔，使 用壓筒器將整體井筒連同壓漿管一起壓入孔中，通過壓漿管從孔底壓注水 泥漿置換出孔中護(hù)壁泥漿后以此水泥漿凝固固井。具體進(jìn)行整體式大直徑長井筒的建井施工，必須解決兩個(gè)問題其一是鉆大直徑深孔。現(xiàn)在無論采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁使用旋挖鉆機(jī)鉆孔， 還是采用正、反循環(huán)的泥漿護(hù)壁使用工程鉆機(jī)鉆孔，其孔徑均已超過3m， 孔深也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過50m。以上鉆孔方法都突破了長螺旋鉆機(jī)的成孔范圍，完全 滿足大直徑長井筒對(duì)鉆孔的要求。其二是如何將又粗(直徑l-3m)又長(長到50m)的整體井筒放入已 充滿泥漿的鉆孔中，克服放入時(shí)井筒所受的可能大到數(shù)百噸的浮力。然后 再用水泥漿置換孔中殘存的護(hù)壁泥漿完成固井。、顯然，本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵就在于將巨大的井筒克服浮力壓入鉆孔。為 此本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種專用設(shè)備"壓筒器"。其結(jié)構(gòu)特征與使用方法通過附圖 說明。


圖1是本發(fā)明的工藝過程示意圖。分四步(a)泥漿護(hù)壁成孔，(b)壓入井筒，(c)壓注水泥漿置換孔中泥漿，(d)固井圖2是本發(fā)明的關(guān)鍵設(shè)備壓筒器上加壓巻揚(yáng)機(jī)和提升巻揚(yáng)機(jī)的鋼絲繩 纏繞線路圖。圖3是本發(fā)明的關(guān)鍵設(shè)備壓筒器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中l(wèi).加壓巻揚(yáng)機(jī)，2.加壓梁滑輪組，3.加壓梁，4.龍門架頂部橫梁，5.底架 平臺(tái)滑輪組，6.提升巻揚(yáng)機(jī)，7.龍門架滑道，8.加壓梁滑瓦，9.井筒壓蓋， IO.儲(chǔ)氣井筒，ll.配重，12.底架平臺(tái)，13.鉆孔中的護(hù)壁泥漿，14.孔口定 位圈，15.井筒護(hù)圈，16.壓漿管，17.水泥漿具體實(shí)施方式
我們?nèi)孕枰Y(jié)合

建井過程，如圖l、圖3所示(a) 泥衆(zhòng)護(hù)壁成孔。使用旋挖鉆機(jī)時(shí)采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁，使用工程鉆機(jī)時(shí) 采用正、反循環(huán)泥漿護(hù)壁(沒有地下水時(shí)旋挖鉆機(jī)千成孔)?？讖綉?yīng)該比井 筒的外徑至少大lOOmrn,保證井筒外水泥保護(hù)層厚度不小于50mm (如用水 泥砂漿固井時(shí)則應(yīng)更大些)。孔深則根據(jù)井筒長度及固井要求確定。(b) 壓入井筒。施工前將鋼制的整體井筒根據(jù)擬建儲(chǔ)氣井的壓力要求使用 高強(qiáng)度鋼絲或高強(qiáng)纖維纏繞增強(qiáng)并且經(jīng)過耐壓檢測(cè)。施工時(shí)將此井筒10水 平安裝在己經(jīng)水平放置在地面的壓筒器的兩條龍門架滑道7之間，其井筒 10上端井口處固定在井筒壓蓋9上，井筒10下端用可開合的井筒護(hù)圈15 夾住(井筒與護(hù)圈之間墊板保護(hù)，待壓井筒前將板撤去)。如井筒較長(例 如近50m)，可在井筒中部用幾道鋼絲繩將其捆在龍門架上并且將鋼絲繩張 緊。待壓筒器豎立后再放松張緊螺栓取下鋼絲繩。(龍門架是桁架結(jié)構(gòu)，取 繩操作由人工帶安全帶爬上去完成)如井筒剛度較好，則不必用鋼繩捆綁。井筒固定好后，用起重機(jī)將壓筒器連同井筒一起吊裝安置在己鉆成的 孔口上，使孔口定位圈14插入孔中，調(diào)整好壓筒器方位，用叉車在壓筒器 的底架平臺(tái)12上對(duì)稱放置配重11。壓筒器龍門架必須保持與地面垂直。逐 漸放松提升巻揚(yáng)機(jī)6，井筒自重即使其下部沉入孔中。起動(dòng)加壓巻揚(yáng)機(jī)1對(duì)井筒10施壓，將井筒繼續(xù)壓入孔中，擠出的護(hù)壁 泥漿流入蓄漿池備用，最后抽入運(yùn)漿槽車運(yùn)走處理。井筒壓至孔中預(yù)定位 置后停止加壓。以上過程中有一個(gè)問題井筒尺寸不大時(shí)(例如直徑在lm以內(nèi)長度50m 以內(nèi)，自重不到10t，所受浮力大約47t時(shí))，壓筒器不必加很重的配重就 能直接將井筒壓進(jìn)去。但當(dāng)井筒尺寸較大時(shí)(例如直徑3m，長度50m，此 時(shí)自重約有30t，壓入鉆孔后擠出泥漿體積約350m3。如果泥漿比重取1.2， 井筒所受浮力約有420t)，壓筒器的加壓梁就必須有數(shù)百噸的下壓力，配重 也將達(dá)數(shù)百噸。這樣的壓筒器實(shí)在太笨重。為此，我們可以在井筒下壓時(shí) 向井筒里灌注清水以增加其重量，邊壓邊灌而且注水的重量應(yīng)超過擠出泥 漿的重量。固井后再放入潛水泵將清水泵出取出潛水泵。殘存在井筒內(nèi)的 清水在儲(chǔ)氣井使用開始充氣時(shí)可被高壓氣由設(shè)置在井筒內(nèi)的排水管壓出 (儲(chǔ)氣井在使用中會(huì)產(chǎn)生積水，必須設(shè)置排水管)。井筒所受浮力與自重差 超過50t時(shí)就應(yīng)灌注清水增重。(c) 壓注水泥漿。本發(fā)明中所說的壓注水泥漿的壓槳管16是附著在井筒上的。應(yīng)設(shè)置多根并且使出漿口在井筒下周圈均布。壓入水泥漿后觀察孔 口泥漿顏色，直到孔內(nèi)全部泥漿都被水泥漿置換。也可以用水泥砂漿代替 水泥漿來置換護(hù)壁泥漿(壓漿管換為砂漿管)。(d)固井。待水泥漿凝固后，撤去壓筒器。(先撤配重，再撤龍門架和底 架用于下一個(gè)儲(chǔ)氣井。)使用水泥砂漿時(shí)，置換泥槳其效果比水泥漿好。但 砂漿管應(yīng)回收，而水泥漿管一般不回收。由以上過程可知本發(fā)明實(shí)施時(shí)必須先將數(shù)十噸重的井筒連同壓筒器 吊起來準(zhǔn)確放置在鉆孔孔口，才能用壓筒器向孔內(nèi)壓入井筒。應(yīng)該選擇什么設(shè)備才能完成這項(xiàng)起吊工作？ 一個(gè)直徑3m長50m的井筒自重約30t，連 同未加配重的壓筒器總重將近40t，重量不算很大但起吊高度超過50m。這 就不是通用的50t級(jí)的中型起重機(jī)所能勝任的了，只能使用上百噸級(jí)大型 起重機(jī)。通用型大型起重機(jī)是非常昂貴的設(shè)備，僅僅是上百噸機(jī)械轉(zhuǎn)移工 地的運(yùn)輸費(fèi)就很可觀。為了降低設(shè)備投資和建井成本，我們專門設(shè)計(jì)了一 種"電動(dòng)履帶起重機(jī)"(ZL2006201673480)，可按起吊高度確定其接地尺寸 以滿足吊裝井筒時(shí)的穩(wěn)定性?？梢詫ｉT按超過50m的起吊高度設(shè)計(jì)小噸位 的專用電動(dòng)履帶起重機(jī)。(實(shí)際操作中裝上井筒的壓筒器以底架平臺(tái)一側(cè) 接地，用電動(dòng)履帶起重機(jī)吊住頂部橫梁慢慢扶起來，起吊高度雖高卻不很 重)這種廉價(jià)的專用設(shè)備使本發(fā)明得以低成本實(shí)施。下面結(jié)合圖3介紹壓筒器的工作原理與結(jié)構(gòu)。壓筒器是一桁架式的龍 門架結(jié)構(gòu)，由三部分構(gòu)成其一是底架平臺(tái)部分。底架平臺(tái)12是由槽鋼焊成的兩條縱梁與若干橫 梁連接而成?？v梁較長時(shí)可分為可拆裝的幾段并在兩側(cè)加桁架增強(qiáng)剛度。 其上安裝一臺(tái)加壓巻揚(yáng)機(jī)l， 一臺(tái)提升巻揚(yáng)機(jī)6，對(duì)稱放置若干塊配重ll， 中部對(duì)稱安裝兩列三棱柱狀桁架和兩組底架平臺(tái)滑輪組5，中心部位安裝孔 口定位圈14。其二是龍門架部分。是兩列對(duì)稱的每一列由一根無縫鋼管(或槽鋼) 作為滑道7與兩根角鋼作棱，若干角鋼作斜撐焊成的三棱柱狀桁架。每節(jié) 長6m或12m， 一節(jié)節(jié)用螺栓連接起來對(duì)稱地安裝在底架平臺(tái)12上。最上端 用頂部橫梁4將兩列桁架連接構(gòu)成門形。龍門架滑道7位于龍門架內(nèi)側(cè)， 其間有加壓梁3在龍門架上垂直移動(dòng)。其三，加壓梁部分。由槽鋼焊成，安裝有可在滑道7上滑動(dòng)的滑瓦8。加壓梁的兩端裝有滑輪組2。加壓梁3的中心位置安裝有井筒壓蓋9。井筒 壓蓋9下安裝固定井筒10的卡圈(受圖幅面限制卡圈未畫出)。加壓巻揚(yáng)機(jī)1的鋼絲繩繞過底架平臺(tái)12上的滑輪組5和加壓梁3上兩 端滑輪組2迫使加壓梁3沿滑道7 F移對(duì)井筒施壓。提升巻揚(yáng)機(jī)6的鋼絲 繩繞過龍門架頂部橫梁4上的滑輪組牽引加壓梁3沿滑道7上移復(fù)位。壓筒器上的加壓巻揚(yáng)機(jī)可以采用5t巻揚(yáng)機(jī)，當(dāng)滑輪組采用10倍率時(shí) 能夠?qū)彩┘?0t壓力。提升巻揚(yáng)機(jī)可采用1.5t巻揚(yáng)機(jī)。這樣的壓筒器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本很低，但足夠完成對(duì)直徑lm長50m以內(nèi)的井筒直接施 壓的工作。如果與向井筒注清水增重的方法配合使用，也足夠勝任對(duì)直徑 3m長50m以內(nèi)的井筒施壓工作。綜上所述，本發(fā)明所建儲(chǔ)氣井其井筒直徑超過3m井筒長度達(dá)到50m。 與現(xiàn)有建井技術(shù)相比，將儲(chǔ)氣量增大了百倍不止。而且施工速度更快成本 更低。整體井.筒便于安裝前進(jìn)行耐壓檢測(cè)消除了多段井筒的泄漏環(huán)節(jié)，有 利于采用高強(qiáng)度鋼絲或高強(qiáng)纖維纏繞增強(qiáng)，進(jìn)一步提高井筒施壓強(qiáng)度增大 儲(chǔ)氣容量延長使用壽命。本發(fā)明是一項(xiàng)有實(shí)用價(jià)值的技術(shù)創(chuàng)新。
權(quán)利要求
1.一種整體井筒壓入式地下儲(chǔ)氣井的建井方法及裝置，其特征在于采用泥漿護(hù)壁向地下垂直鉆孔，使用壓筒器將整體井筒連同壓漿管一起壓入孔中，通過壓漿管從孔底壓注水泥漿(或水泥砂漿)置換出孔中護(hù)壁泥漿，以水泥漿(或水泥砂漿)凝固固井。
全文摘要
一種整體井筒壓入式地下儲(chǔ)氣井的建井方法及裝置。其方法是采用泥漿護(hù)壁向地下垂直鉆孔，使用專用壓筒器將整體井筒連同壓漿管一起壓入地下孔中，通過壓漿管從孔底壓注水泥漿置換孔中護(hù)壁泥漿，以水泥漿凝固固井。其壓筒器為龍門架形，整體井筒安裝于加壓梁下，加壓梁安裝在龍門架滑道之間，加壓卷揚(yáng)機(jī)的鋼絲繩通過加壓梁滑輪組迫使加壓梁下移對(duì)井筒向下施壓，提升卷揚(yáng)機(jī)的鋼絲繩通過龍門架頂部滑輪組提升加壓梁復(fù)位。本法所建儲(chǔ)氣井井筒直徑超過3m長度達(dá)50m，建井速度快成本低。整體井筒便于安裝前檢測(cè)避免了多段井筒多次連接多個(gè)接頭的泄漏環(huán)節(jié)，有利于采用高強(qiáng)度鋼絲或高強(qiáng)纖維纏繞加強(qiáng)，從而提高井筒耐壓強(qiáng)度增大儲(chǔ)氣量延長使用壽命。
文檔編號(hào)E21D5/11GK101225741SQ200810008670
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者石午江, 義 陶 申請(qǐng)人:石午江