擬流場測漏在測定不同含水層之間水力聯(lián)系的應用

羅江發(fā)

摘要：擬流場測漏技術，具有對含水構造、含水巖體有良好的反映，可以分析判明構造帶、巖體是否含水，以及含水層間的水力聯(lián)系。本次應用是為了探測潘北礦區(qū)煤系地層與太原組灰?guī)r是否存在水力聯(lián)系，指導井下安全掘進和開采。通過鉆孔十西C3I-2、十西C3I-1之間不同深度處電流場的分布特征來判斷各層位之間的水力聯(lián)系，為評價底板巖溶含水層與周邊煤系地層水力聯(lián)系程度提供依據(jù)。

關鍵詞：測漏；鉆孔；含水層；水力聯(lián)系；

中圖分類號：TD82文獻標識碼：A文章編號：1674-3520（2014）-06-00285-02一、不同鉆孔間擬流場測漏工作原理及工作布置

擬流場測漏法的基本原理：由于水流場與電流場的勢場分布具有相似性，而且描述兩者的數(shù)學物理方程在形勢上也是一致的，加之導水通道具有良好的導電性，所以通過測量電流以及電位差在井間的分布規(guī)律反推不同層位地下水的連通性，為評價煤炭安全開采提供科學依據(jù)。該方法在水利工程中已得到成功應用。

基于上述探測原理，在潘北礦十西C3I-2與十西C3I-1鉆孔之間進行擬流法測漏工作。主要測試十西C3I-2孔太灰地層與十西C3I-1孔太灰地層的連通性。

井1中放置供電電極A，井2中放置供電電極B。

首先固定電極B不動，由絞車1控制電極AMN由上而下或者由下而上進行連續(xù)測量，可以測出井1中不同深度AB之間的電流值。

然后將B固定在不同的位置，由絞車1控制電極AMN由上而下或者由下而上進行連續(xù)測量。

重復上面的步驟。直到井2中不同層位均參與了測量。

在兩孔間進行測量時，首先確定一個孔況較好的鉆孔放置AMN作連續(xù)測量，另一孔則放置B電極。并根據(jù)兩孔的柱狀圖初步確定B極測點間隔約30m～50m，在測量前，根據(jù)鉆孔施工情況（如漏水位置）及測量過程中的測量結果對電極B進行加密，其中漏水部位加密3個測點以上。

圖1鉆孔平面示意圖

（一）第一次工作從2010年2月20日——2月22日進行了一輪擬流場測漏工作。完成工作量見表1。

表1 第一次擬流場測漏B極布置深度表

（二）第二次工作從2010年3月14日——3月16日進行了一輪擬流場測漏工作，完成工作量見表2。

表2 第二次擬流場測漏B極布置深度表

二、現(xiàn)場情況及保障措施

（一）現(xiàn)場測試時，各鉆孔現(xiàn)狀如下：

1、十西C3I-1孔現(xiàn)狀：

截至2月20日鉆進深度達到約628m處，新生界地層已經(jīng)下套管，煤系地層為裸井，深度在409m-628m為主要施測段。

截至3月14日鉆進深度達到約674m處，新生界地層和煤系地層已經(jīng)下套管，太灰層位為裸井，深度在640m-675m。

2、十西C3I-2孔現(xiàn)狀：

截至2月20日鉆進深度達到約770m處，新生界地層和煤系地層已經(jīng)下套管，太灰層位為裸井，深度在740m-770m。

截至3月14日鉆進深度達到約780m處，新生界地層和煤系地層已經(jīng)下套管，太灰層位為裸井，深度在740m-780m為主要施測段。

（二）保障措施：

1、測試安排：測量時電極必須由下而上進行測試。

2、工程措施：

（1）掃孔：保證電極能順利放入井中。在測試期間若發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，對鉆孔進行掃孔。

（2）若夜間停止測試，將電極提升出孔口，第二天測試時，先下電極，若電極遇阻，則進行掃孔。

（3）掃孔時加強泥漿管理，提高泥漿濃度。

三、數(shù)據(jù)分析與解釋

（一）第一次測試分析

通過對鉆孔十西C3I-2灰?guī)r地層與十西C3I-1煤系地層（前一個為B極孔，后一個為測量孔）之間的測試，得到擬流場電流曲線共3條（見圖3），通過分析得到如下解釋：

十西C3I-1孔作測量孔，十西C3I-2放置供電B極，每次移動10m，從740m-770m，-765m、-755m和-745m處時得到3條電流場曲線（圖3）。

分析十西C3I-1孔擬流暢測漏的曲線特征。從圖2中可以看出2孔灰?guī)r層對1孔煤系地層分層明顯，煤層總體表現(xiàn)為電流下降的趨勢。

綜上，在煤系地層，電流值會以明顯的低電流值出現(xiàn)，電流最低可以達到90mA，而在某些煤系地層則會出現(xiàn)電流的抖動，在泥巖、砂巖層處電流值一般呈現(xiàn)較大數(shù)值，在130mA左右。

圖2 十西C3I-1孔電流曲線分析

圖3十西C3I-1與十西C3I-2電流曲線

（二）第一次測漏鉆孔十西C3I-1與十西C3I-2層位對比分析

對比分析鉆孔十西C3I-1和十西C3I-2孔：由測漏電流曲線得出以下三點認識：

1、所有曲線電流值界于90～140mA之間，說明兩孔地層差異性較大，如巖層破碎、不密實、含水少等。

2、巖心顯示兩口井煤系地層層位差異大，說明有斷層經(jīng)過或沉積環(huán)境不同，需要綜合分析。

（三）第二次測試分析

通過對鉆孔十西C3I-1灰?guī)r地層與十西C3I-2灰?guī)r地層（前一個為B極孔，后一個為測量孔）之間的測試，得到擬流場電流曲線共4條（見圖7），通過分析得到如下解釋：

十西C3I-2孔作測量孔，十西C3I-1放置供電B極，每次移動10m，從-674m-645m，-674m、-664m、-654m和-644m處時得到4條電流場曲線（圖5）。

分析十西C3I-2孔擬流暢測漏的曲線特征。從圖4中可以看出2孔灰?guī)r層對1孔灰?guī)r層對分層明顯，太灰地層總體表現(xiàn)為電流下降的趨勢，即水力聯(lián)系較差，但個別薄層位有較高的電流值，表明其導電性較好，即兩層灰?guī)r之間的夾層為泥質砂巖、泥巖或炭質泥巖，與水有聯(lián)系，一般為隔水層。

整體上來看當遇到灰?guī)r時，電流值會明顯的降低，分層明顯。細節(jié)上來看，太灰?guī)r地層上有明顯的低電流值特征，各灰?guī)r成層非常分明，與其他巖性導電性差別明顯，表明灰?guī)r致密，導電性差，與水聯(lián)系也差。

綜上所述，在致密灰?guī)r，電流值會以明顯的低電流值出現(xiàn)，電流值最低為80mA，而在破碎灰?guī)r處則會出現(xiàn)電流的抖動，在泥巖、砂巖層處電流值一般呈現(xiàn)較大數(shù)值，在130mA左右。

圖4十西C3I-2孔電流曲線分析

圖5十西C3I-1～十西C3I-2電流曲線

（四）第二次鉆孔十西C3I-2—十西C3I-1層位對比分析

對比分析鉆孔十西C3I-2和十西C3I-2孔：由測漏電流曲線得出以下三點認識：

1、所有曲線電流值界于75～145mA之間，說明地層電性差異較大，如泥巖層、砂巖層和灰?guī)r層都表現(xiàn)出不同的特征。

2、巖心顯示兩口井煤系地層層位差異大，說明有斷層經(jīng)過或沉積環(huán)境不同，需要綜合分析。

3、十西C3I-2孔灰?guī)r地層與十西C3I-1灰?guī)r地層存在弱水力聯(lián)系，各灰?guī)r層之間存在層間裂隙水，顯示較大的電流值，灰?guī)r地層有溶蝕發(fā)育。尤其十西C3I-2孔C33灰?guī)r與十西C3I-1孔灰?guī)r可能存在較弱水力聯(lián)系。

五、結論

通過在十西C3I-1與十西C3I-2孔之間進行擬流場測漏表明：十西C3I-1孔煤系地層與十西C3I-2灰?guī)r地層之間無水力聯(lián)系；兩孔同一組灰?guī)r地層水力聯(lián)系弱，說明該區(qū)域巖溶水的流動性與滲透性差,后經(jīng)過十西C3I-1孔C3I組灰?guī)r含水層抽水實驗，觀測十西C3I-2孔水位變化情況，由于十西C3I-1孔C3I組灰?guī)r含水層水量很小，十西C3I-2孔水位基本無變化，與測試結果基本吻合。

由于煤層之間有泥頁巖存在，其間含有束縛水等因素也表現(xiàn)為高電流值特征，給測試數(shù)據(jù)分析造成一定的干擾，且處在野外工作條件下，不可避免會存在干擾，所以還需要綜合分析。