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变害为宝典范——甘肃煤田地质局一四九队助力海石湾煤矿开展瓦斯发电纪实

时间:2024-01-30     作者:张立宽 等   阅读


本网记者 张立宽 通讯员 秦锦丽 王楹

兰州市红古区海石湾镇海拔近2000米的王家台山,山顶被推成半个篮球场大的塬面,一排简易房子里塞满办公物品,一组钻探设备刚结束施工,歇息在地。塬面中央,矗立着一根高5米多、直径800毫米的灰色井筒,在松软的黄土地上,显得格外强悍。这里山高水远飞鸟不达,如此强悍的“铁家伙”是干什么的?原来,这就是甘肃煤田地质局一四九队(以下简称一四九队)历时一年多,施工的全国同等井径井深最深、同等井深井径最大、下植套管规格最大重量最重的地面超大口径瓦斯排放井。井筒高出地面5米多,插入地下849米深,真正的“底气十足”。2023年11月29日,窑街煤电集团及海石湾煤矿组织验收时,验收组给予一致好评,予以通过。


一朝结缘 两代努力

  这里是甘肃窑街煤电集团有限公司海石湾煤矿一采区的地盘。深埋地下的含煤地层比较复杂,存在煤层气和油气共生的特殊现象,且煤层厚、瓦斯含量高、透气性差,导致煤矿瓦斯治理的任务重、效果不理想,严重影响“保、抽、掘、采”平衡和生产接替。据悉,近年来海石湾煤矿通过大量实施井上井下立体抽采措施,形成了以抽采为主、风排为辅的瓦斯治理格局,解决了煤与瓦斯突出问题,取得了较好的安全成效。

  为落实国家碳达峰、碳中和战略部署,也为了达到更好的瓦斯防治效果,增加企业经济增长点,海石湾煤矿科学调研后,做出一个前瞻性计划——将井下抽采的瓦斯(煤层气)集中后,通过大口径瓦斯排放井排至地面进行发电利用。

  废气利用,变废为宝,集中抽采,保障安全。到底可行不可行,海石湾煤矿想到老朋友——一四九队。

  一四九队是一支有着65年历史的优秀煤勘队伍,技术力量雄厚,勘查成果突出。曾于1981年至1988年通过7年努力勘探发现了海石湾井田,为窑街矿区开发建设作出了重大贡献,成为“六五”期间的一个突出成就被写入史册。该队所提交的《甘肃省兰州市窑街矿区海石湾井田煤炭勘探报告》,共获煤炭储量2.9亿吨,荣获煤炭部地质局第六届优质地质报告奖和新资源发现奖。自此,海石湾井田被列入国家计划开发建设。

  2021年12月,一四九队受海石湾煤矿委托,论证实施地面超大口径超深钻孔的可行性。队上组织技术人员多次实地踏勘、多处收集资料,结合矿方实际需求,提交了地面瓦斯排放钻孔设计方案,矿方经请专家论证通过后同意实施。

  时隔43年,一四九队第二代地质人再上海石湾。


敢为人先 力创第一

  地面瓦斯排放井工程绝非一般,井径超大、井深超深。工程设计终孔裸眼孔径1250毫米,孔深849米,需安装的直径820毫米生产套管一共72根,单根套管长12米、重6吨,72根总长度864米、总重量432吨。整个钻孔分两开钻进,一开钻进深度102米,安装直径1300毫米表层套管102米。二开钻进747米,分五级扩孔钻进,孔内直径分别从222毫米到311毫米、580毫米、800毫米、1000毫米和1250毫米。

  且不说施工过程,光看井径1500毫米、1250毫米之宽,套管432吨之重、864米之长,就可想工程之艰巨。

  中标后,一四九队非常重视,时任甘肃煤田地质局党委委员、纪委书记、一四九队队长武永青,党委书记冀永顺将此作为重点项目主抓,委任队资源勘查工程公司负责项目实施。

  2022年5月初,技术人员先期进入工区,踏勘现场、布局场地,经过一番精心准备和严格组织,钻井工程于2022年5月19日开钻。

  “施工过程可谓一波三折。开始以孔径222毫米的导正孔钻进,钻至十几米、几十米时,随钻测斜仪器显示钻斜了,只能一会儿放慢速度一会儿提钻纠偏。一开钻进黄土地层时,地层大裂缝导致泥浆漏失,第三天就出现孔漏现象,大家先是就地取材团泥球堵漏。堵不住,又把包谷杆泡湿塞进去堵,还不行,就赶紧开车去镇上买来十几块棉絮塞堵。”个头不高、清瘦精干、快言快语的技术骨干李玉斌,回忆起施工过程,仍是一副紧张状态。

  他说,去年5月27日眼瞅着堵不住了,便禀告了队领导。28号分管副队长赶到现场,眼看无法采用正循环回旋钻进,现场办公立即调整施工工艺,采用冲击钻进场施工。施工的头几天,队领导、项目负责人等都守在井口,大家的心提着,有时彻夜守着,清晨7点下班,休息四五个小时后,再接班。

  施工中,所经泥岩地层很多,二开扩孔和多级扩孔钻进过程中,多次出现严重的泥包钻头现象,导致进尺极度缓慢,施工队伍及时调整泥浆性能,有效地预防了塌孔和钻孔缩径。二开1250扩孔时随着孔深增加扭矩不断增大,出现8次钻杆脱扣,每次处理事故至少都得48小时。偏偏去年7月份、10月份兰州两次因疫情封城,钻头牙轮掌等原材料无法进货,反复修理旧牙轮掌支撑使用,导致进尺缓慢。正常钻进一天16米,疫情期间一天只能钻进4米。

  钻至102米时,进行二开扩孔。专程从张掖购进10万元红胶泥,对102米深的井臂四周裂缝进行填充。王家台山上,车水马龙,驻守孤山的施工人员眼里,那不是热闹,是紧张。李玉斌内心的压力不言而喻。今年5月26日固井那天,雇了32辆大卡车从红古区往山上拉水泥和水,单向道行进,平日沉寂的山路上,卡车鱼贯而行,颇为壮观。从早晨7点到晚上9点,500吨水泥和400立方水全部上山。

  是夜,海拔1988米的王家台山灯火通明,人影匆匆。22时起,开始水泥浆固井。调整泥浆性能,下入钻杆后安装孔口帽及固井管路、阀门和各类仪表,调试合适后开动两台固井车,先注入10立方米的前置液,随后开始水泥浆注入,计算好的水泥浆全部注入后,向钻杆内注入8立方米顶替液,向钻杆和套管环空内注入10立方米顶替液,以憋压侯凝……

  每道工序都得滴水不漏。凌晨2点固井结束,高度紧张的施工人员个个像泄了气的皮球,啪嗒、啪嗒,四脚朝天躺在地上,想一觉睡到大天亮。


精益求精  大功告成

  施工如此大口径排气井,一四九队、整个甘肃煤田地质局都是大姑娘坐轿——头一回。局、队领导及窑街煤电集团有关领导多次深入现场调研指导。项目团队以平均年龄37岁的青春无畏,不仅攻克了施工难点,同时也拿下了施工重点内容,即导向孔施工过程中钻孔偏斜率的控制和生产套管焊接安装工作。

  这一工程的全部生产套管都为焊接连接,一个接头从焊接到冷却约3小时,冷却后进行无损伤检测合格后,方可下管。72根套管连续下了14天。若在下管过程中发生停电或设备故障等情况导致套管长时间停滞孔内,则会引起粘附卡钻,那将是无法补救的灾难性事故。

  为保证套管的顺利安装下植,一四九队引进全国首台650吨专业套管安装设备前来协助,将传统的浮塞提吊式下管法更换为专业下管装置下管。即在钻井工作完成后,将原有钻机、钻塔及底座等拆除,安装650吨下管装置的液压站、底座、绞车及提升塔。

  由于套管直径大、焊缝长,套管壁厚、焊接遍数多,套管总重量大,致使二氧化碳气体保护焊受环境影响大,提升和临时固定难度大,技术人员在套管安装前对所有套管作了防腐蚀工作,使用新材料有效解决了焊接时高温对防腐层的破坏。地面孔口装置使用大直径法兰及阀门。

  “对正!”“起吊!”并不宽敞的施工场地,一辆80吨的吊车与一台650吨的下管装置密切配合,两台经纬仪跟踪检查对正情况。57名项目人员各就其位,看泵的、电焊的、测损伤的、总指挥的、看经纬仪的,各种操作声混响如雷,3米之外无法交谈,4对对讲机一刻不停,400瓦的发电机组随时待命。

  全神贯注,高度紧张,紧密协作,14天后大功告成。

  “实施这个项目,不仅能够有效治理瓦斯灾害,保障矿井安全生产,而且集中抽出的煤层气资源将被海石湾煤矿用于发电等有效开发利用,对矿山企业可持续、高质量发展具有重大意义。”一四九队总工程师马代兵说。

  一四九队党委书记、队长徐洋踌躇满志。他说:“本项目的成功实施,标志着我队正式向特种钻井和大口径钻井领域迈进,使我队业务范围得到了进一步扩展,发展空间得到了进一步提升,我们有信心成为我省服务矿山的排头兵。”



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