川南煤田鉆進(jìn)快速堵漏方法探索

陳保忠，黃 冰

（1．遼寧省核工業(yè)地質(zhì)局二四一大隊(duì)，遼寧 鳳城118100；2．福建華榮橋地質(zhì)裝備科技有限公司，福建 福州350008）

1 川南煤田的地層特性

川南煤田賦礦層位為二疊系龍?zhí)督M，為一套海陸交互相陸源碎屑含煤巖系，含煤20余層，主要可采煤層為4～7層，煤系地層水敏性強(qiáng)，施工難度大，煤系地層真厚120m左右，假厚受巖層傾角不同達(dá)120～300m不等。煤系地層上覆長(zhǎng)興組及下伏茅口組頂部巖性均為燧石結(jié)核灰?guī)r，巖石硬度達(dá)到Ⅷ級(jí)以上。上覆嘉陵江灰?guī)r及長(zhǎng)興灰?guī)r地層巖溶裂隙發(fā)育，漏涌頻繁。鉆孔深度根據(jù)地表出露不同一般為300～1300m。

礦區(qū)地質(zhì)情況自上而下綜述如下（表1）：

表1 川南煤田鉆孔穿遇地層巖性綜合表

三疊系下統(tǒng)嘉陵江組上段（T1j2）淺灰－灰色灰?guī)r，生物碎屑灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r，與下覆地層整合接觸。平均鉆厚度約202m，巖溶裂隙發(fā)育，漏失嚴(yán)重。

三疊系下統(tǒng)嘉陵江組下段（T1j1）上部深灰色灰?guī)r，底部灰色泥灰?guī)r，與下覆地層整合接觸。平均鉆厚度約173m，巖溶裂隙發(fā)育，漏失嚴(yán)重。

三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組上段（T1f2）紫紅色薄層狀泥巖夾薄層粉砂巖，與下覆地層整合接觸。平均鉆厚度約402m。。

三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組下段（T1f1），頂部：灰色鮞狀灰?guī)r。中下部：灰色砂巖與泥灰?guī)r互層。底部：淡黃色薄層狀泥巖，即沙堡灣泥巖層，與下覆地層整合接觸。平均鉆厚度約155m。

二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組（P3c）深灰－灰黑色含遂石條帶灰?guī)r，與下覆地層整合接觸。平均鉆厚度約69m，裂隙發(fā)育，涌漏同層。

二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）由灰白色粘土巖、灰－灰黑色、黑色泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤及含黃鐵礦粘土巖等組成的一套含煤巖系。平均鉆厚度約169m，屬水敏性地層，遇水易塌塌、縮徑，屬鉆進(jìn)重點(diǎn)防護(hù)層，必須用優(yōu)質(zhì)鉆井液鉆進(jìn)。

二疊系下統(tǒng)茅口組（P2m）灰?guī)r夾生物碎屑灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r，偶夾燧石團(tuán)塊，鉆遇厚度在10～75m、平均鉆厚度約20m。視地質(zhì)設(shè)計(jì)要求不同而不同。

2 鉆井工藝及堵漏止涌方法選擇

礦區(qū)主要采用S76金鋼石繩索取心鉆進(jìn)。由于煤系地層的特殊性必須使用優(yōu)質(zhì)鉆井液鉆進(jìn)，因此必須將上部漏失或涌水堅(jiān)決止住。較大漏失造成泥漿材料大量消耗，成本增加。大量現(xiàn)配泥漿質(zhì)量不易保證，不能有效護(hù)壁，易造成煤系坍塌，不能保證順利鉆進(jìn)。對(duì)于涌水或滲水地層則直接破壞鉆井液性能，也不能有效護(hù)壁，因此對(duì)于涌水層也必須堅(jiān)決止住。對(duì)于小漏失，一般采用惰性材料堵漏，淺部漏失用套管堵漏；深部大漏失（或涌水）用水泥、快干水泥或化學(xué)漿液堵漏止涌。

3 常規(guī)堵漏止涌方法

（1）惰性材料堵漏：適用于鉆孔小漏失或者深部大漏失，材料用鋸末、棉籽殼、花生殼、爛麻繩、海帶等。一般性漏失，可將鋸末、谷（麥）殼、CMC、PAM等與黃泥做成球丸，井口投入后下擂孔鉆具將其擠壓進(jìn)漏失通道處理。

使用時(shí)把上述兩種或者多種材料混合用鉆具送到漏失部位或者直接從井口投入。從井口投放時(shí)應(yīng)將大塊的惰性材料切成條狀，且必須從井口邊注水邊投放，直至返水為止。投放惰性材料后，需停鉆8小時(shí)左右再鉆進(jìn)。惰性材料用量需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。

（2）套管堵漏：井深在500m以內(nèi)的嚴(yán)重漏失、涌水、孔壁坍塌掉塊等復(fù)雜問(wèn)題，首選套管作技術(shù)處理。下管前應(yīng)在復(fù)雜井段底界以下3～5m架橋，用相應(yīng)口徑單管鉆具擴(kuò)孔至橋面，投入3～5m高度的泥球或乳化瀝青止水后，經(jīng)搗實(shí)再下入套管于橋面。

（3）水泥漿堵漏

一般至中等漏失，可用水泥固結(jié)處理，其配方為：水泥漿（水灰比0．5）適量加入 NaCl、CaCl2、三乙醇胺等速凝劑。投送方法可根據(jù)漏失點(diǎn)的深淺采用孔口投送或鉆桿泵送的方法。

4 特殊地層堵漏方法

對(duì)于一般情況，以上常規(guī)堵漏方法和措施均很有效，能有效保證順利鉆進(jìn)。對(duì)于有些開放性漏失和涌水，用以上常規(guī)方法毫無(wú)效果。由于涌漏層較深，常見于600～1100m，用套管封隔較為困難。特別是深部的涌漏同層，用普通水泥漿加速凝劑很難有效，水泥漿被地下水沖跑。有些涌漏層多次下水泥均不見效，除浪費(fèi)大量水泥還耽誤大量候凝時(shí)間。為此、我們通過(guò)摸索和實(shí)踐，探索出了兩種行之有效的方法，在多礦區(qū)、多鉆孔使用效果很好，有效的解決了生產(chǎn)中的涌漏難題。具體方法如下：

4．1 準(zhǔn)確掌握涌漏深度的特點(diǎn)

要想快速堵漏止涌，必須首先把涌漏特點(diǎn)搞清楚，具體必須掌握以下情況：

（1）涌漏失點(diǎn)的準(zhǔn)確深度；

（2）涌漏量的大小；

（3）孔內(nèi)的穩(wěn)定水位，是否是完全干孔；

（4）漏失層是否有地下活動(dòng)水；

（5）涌漏裂隙的大??；

以上情況的準(zhǔn)確掌握對(duì)能否快速有效堵漏止涌至關(guān)重要。

4．2 根據(jù)涌漏特點(diǎn)確定堵漏止涌方法

（1）常規(guī)堵漏

在準(zhǔn)確掌握漏失點(diǎn)的特點(diǎn)后對(duì)于無(wú)地下活動(dòng)水的漏失層首先采用常規(guī)方法堵漏。

（2）特制快干水泥堵漏

在常規(guī)方法堵漏無(wú)效的情況下用特制的快干水泥堵漏。我們選用水泥、CaCl2、熟石膏粉、交聯(lián)劑（CMC、PAM、或植物膠）通過(guò)正交試驗(yàn)法做了數(shù)百個(gè)試驗(yàn)，選擇了初凝時(shí)間從10分鐘至100分鐘的近50組快干水泥配方，該快干水泥由于有交聯(lián)劑的作用能抵御一般地下活動(dòng)水、滲透水的沖蝕。由于初凝時(shí)間選擇準(zhǔn)確，當(dāng)水泥漿到達(dá)漏失層并且頂替水泵送完畢即開始凝固。初凝時(shí)間的選擇依據(jù)孔深、水泥拌制時(shí)間、泵送時(shí)間、頂替水時(shí)間等多種因素來(lái)確定。初凝時(shí)間選擇過(guò)小則易造成在頂替水未泵送完畢即開始凝固，使鉆桿被凝固在孔內(nèi)，造成新的事故。初凝時(shí)間選擇過(guò)長(zhǎng)則水泥漿易被地下水沖蝕，達(dá)不到堵漏效果。

（3）化學(xué)漿液堵漏

在特制快干水泥堵漏無(wú)效的情況下選用化學(xué)漿液堵漏。由于現(xiàn)在普遍采用繩索取心鉆進(jìn)，口徑小，過(guò)去常使用的脲醛樹脂、氰凝漿液、丙凝漿液、301聚脂、水玻璃現(xiàn)在市面上不是難買就是操作麻煩，特別是小口徑很難實(shí)現(xiàn)雙液注漿。結(jié)合現(xiàn)在職工的特點(diǎn)，我們現(xiàn)在選擇了現(xiàn)在市面上很易購(gòu)買、單組份、用水作為催化介質(zhì)并且很易操作的聚胺脂溶液，分別進(jìn)行了地面和孔內(nèi)試驗(yàn)。該聚脂液在水的作用下很快發(fā)泡、體積澎脹、快速凝固。對(duì)于有活動(dòng)地下水或滲透水的漏失層，通過(guò)簡(jiǎn)單的單向注射器將聚脂液注射到漏失層，在地下水的混合催化下體積迅續(xù)膨脹并開始固化，膨脹的混合體迅續(xù)擠進(jìn)、充填地層裂隙和空洞區(qū)，達(dá)到堵漏目的。該方法簡(jiǎn)單、易操作，注射完畢馬上檢查堵漏效果。如漏失通道大，孔內(nèi)還有漏失則按以上方法再注射一次，如此很快達(dá)到堵漏效果，堵漏完畢馬上可轉(zhuǎn)入鉆進(jìn)。此方法相比水泥堵漏節(jié)省了較長(zhǎng)候凝時(shí)間，并且當(dāng)場(chǎng)檢查堵漏效果，易操作，不易將鉆具凝固在孔內(nèi)，很受一線工人歡迎。

對(duì)于干孔漏失層在注射前應(yīng)提前在孔口灌水，判斷水確實(shí)到達(dá)漏失層后才開始注射聚脂液。

（4）止涌

對(duì)于一般性的滲水或小量涌水采用平衡鉆進(jìn)原理通過(guò)調(diào)整鉆井液密度來(lái)實(shí)現(xiàn)止涌。

對(duì)于相對(duì)涌水量較大涌水層，在準(zhǔn)確掌握涌水層位置后采用上述化學(xué)漿液堵漏的方法進(jìn)行止涌。聚酯漿液的注射量要根據(jù)涌水層的大小來(lái)確定，一次性不能注的太多，可采用少量多次的辦法注射，以避免因涌水壓力大推高聚酯漿液從而將注射器凝固在孔內(nèi)。對(duì)于涌水量特大、水壓較高的鉆孔則采用其他特殊方法處理。

5 結(jié)語(yǔ)

采用以上方法在川南煤田多年的鉆探生產(chǎn)中使用效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著，為確保鉆探質(zhì)量起到了重要保障作用。

附：?jiǎn)蜗蜃⑸淦骱?jiǎn)介

單向注射器就是利用繩取鉆桿本身作為聚酯漿液的儲(chǔ)漿筒，在鉆桿底部連接一個(gè)單向閥，儲(chǔ)漿筒裝上聚酯漿液后在漿液上部裝一個(gè)尼龍棒柱塞，柱塞上車3～5個(gè)凹槽套上Ο型密封圈起到與鉆桿內(nèi)壁的密封作用。單向閥只能讓聚酯漿液排出而不能讓外環(huán)的進(jìn)入，單向閥底部密封，側(cè)面鉆眼，以便聚酯漿液直接被射入裂隙和空洞區(qū)以期能達(dá)到最佳封堵效果。將裝上單向閥、聚酯漿液、尼龍棒柱塞的注射器通過(guò)鉆桿下放到涌漏層后即可合上主動(dòng)鉆桿啟動(dòng)泥漿泵小排量推送，泵壓表明顯升高即注射完畢，馬上即可檢查注射效果。