川南煤田鉆進快速堵漏方法探索

陳保忠，黃 冰

（1．遼寧省核工業地質局二四一大隊，遼寧 鳳城118100；2．福建華榮橋地質裝備科技有限公司，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潭組，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，施工難度大，煤系地層真厚120m左右，假厚受巖層傾角不同達120～300m不等。煤系地層上覆長興組及下伏茅口組頂部巖性均為燧石結核灰巖，巖石硬度達到Ⅷ級以上。上覆嘉陵江灰巖及長興灰巖地層巖溶裂隙發育，漏涌頻繁。鉆孔深度根據地表出露不同一般為300～1300m。

礦區地質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

三疊系下統嘉陵江組上段（T1j2）淺灰－灰色灰巖，生物碎屑灰巖夾白云質灰巖，與下覆地層整合接觸。平均鉆厚度約202m，巖溶裂隙發育，漏失嚴重。

三疊系下統嘉陵江組下段（T1j1）上部深灰色灰巖，底部灰色泥灰巖，與下覆地層整合接觸。平均鉆厚度約173m，巖溶裂隙發育，漏失嚴重。

三疊系下統飛仙關組上段（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。。

三疊系下統飛仙關組下段（T1f1），頂部：灰色鮞狀灰巖。中下部：灰色砂巖與泥灰巖互層。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。

二疊系上統長興組（P3c）深灰－灰黑色含遂石條帶灰巖，與下覆地層整合接觸。平均鉆厚度約69m，裂隙發育，涌漏同層。

二疊系上統龍潭組（P3l）由灰白色粘土巖、灰－灰黑色、黑色泥巖、粉砂巖、細砂巖、粉砂質泥巖、炭質泥巖、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，屬鉆進重點防護層，必須用優質鉆井液鉆進。

二疊系下統茅口組（P2m）灰巖夾生物碎屑灰巖、硅質灰巖，偶夾燧石團塊，鉆遇厚度在10～75m、平均鉆厚度約20m。視地質設計要求不同而不同。

2 鉆井工藝及堵漏止涌方法選擇

礦區主要采用S76金鋼石繩索取心鉆進。由于煤系地層的特殊性必須使用優質鉆井液鉆進，因此必須將上部漏失或涌水堅決止住。較大漏失造成泥漿材料大量消耗，成本增加。大量現配泥漿質量不易保證，不能有效護壁，易造成煤系坍塌，不能保證順利鉆進。對于涌水或滲水地層則直接破壞鉆井液性能，也不能有效護壁，因此對于涌水層也必須堅決止住。對于小漏失，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、快干水泥或化學漿液堵漏止涌。

3 常規堵漏止涌方法

（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漏失通道處理。

使用時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。從井口投放時應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小時左右再鉆進。惰性材料用量需根據現場實際情況確定。

（2）套管堵漏：井深在500m以內的嚴重漏失、涌水、孔壁坍塌掉塊等復雜問題，首選套管作技術處理。下管前應在復雜井段底界以下3～5m架橋，用相應口徑單管鉆具擴孔至橋面，投入3～5m高度的泥球或乳化瀝青止水后，經搗實再下入套管于橋面。

（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。投送方法可根據漏失點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

對于一般情況，以上常規堵漏方法和措施均很有效，能有效保證順利鉆進。對于有些開放性漏失和涌水，用以上常規方法毫無效果。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，除浪費大量水泥還耽誤大量候凝時間。為此、我們通過摸索和實踐，探索出了兩種行之有效的方法，在多礦區、多鉆孔使用效果很好，有效的解決了生產中的涌漏難題。具體方法如下：

4．1 準確掌握涌漏深度的特點

要想快速堵漏止涌，必須首先把涌漏特點搞清楚，具體必須掌握以下情況：

（1）涌漏失點的準確深度；

（2）涌漏量的大小；

（3）孔內的穩定水位，是否是完全干孔；

（4）漏失層是否有地下活動水；

（5）涌漏裂隙的大小；

以上情況的準確掌握對能否快速有效堵漏止涌至關重要。

4．2 根據涌漏特點確定堵漏止涌方法

（1）常規堵漏

在準確掌握漏失點的特點后對于無地下活動水的漏失層首先采用常規方法堵漏。

（2）特制快干水泥堵漏

在常規方法堵漏無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、交聯劑（CMC、PAM、或植物膠）通過正交試驗法做了數百個試驗，選擇了初凝時間從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劑的作用能抵御一般地下活動水、滲透水的沖蝕。由于初凝時間選擇準確，當水泥漿到達漏失層并且頂替水泵送完畢即開始凝固。初凝時間的選擇依據孔深、水泥拌制時間、泵送時間、頂替水時間等多種因素來確定。初凝時間選擇過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，造成新的事故。初凝時間選擇過長則水泥漿易被地下水沖蝕，達不到堵漏效果。

（3）化學漿液堵漏

在特制快干水泥堵漏無效的情況下選用化學漿液堵漏。由于現在普遍采用繩索取心鉆進，口徑小，過去常使用的脲醛樹脂、氰凝漿液、丙凝漿液、301聚脂、水玻璃現在市面上不是難買就是操作麻煩，特別是小口徑很難實現雙液注漿。結合現在職工的特點，我們現在選擇了現在市面上很易購買、單組份、用水作為催化介質并且很易操作的聚胺脂溶液，分別進行了地面和孔內試驗。該聚脂液在水的作用下很快發泡、體積澎脹、快速凝固。對于有活動地下水或滲透水的漏失層，通過簡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膨脹并開始固化，膨脹的混合體迅續擠進、充填地層裂隙和空洞區，達到堵漏目的。該方法簡單、易操作，注射完畢馬上檢查堵漏效果。如漏失通道大，孔內還有漏失則按以上方法再注射一次，如此很快達到堵漏效果，堵漏完畢馬上可轉入鉆進。此方法相比水泥堵漏節省了較長候凝時間，并且當場檢查堵漏效果，易操作，不易將鉆具凝固在孔內，很受一線工人歡迎。

對于干孔漏失層在注射前應提前在孔口灌水，判斷水確實到達漏失層后才開始注射聚脂液。

（4）止涌

對于一般性的滲水或小量涌水采用平衡鉆進原理通過調整鉆井液密度來實現止涌。

對于相對涌水量較大涌水層，在準確掌握涌水層位置后采用上述化學漿液堵漏的方法進行止涌。聚酯漿液的注射量要根據涌水層的大小來確定，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。對于涌水量特大、水壓較高的鉆孔則采用其他特殊方法處理。

5 結語

采用以上方法在川南煤田多年的鉆探生產中使用效果明顯，經濟效益顯著，為確保鉆探質量起到了重要保障作用。

附：單向注射器簡介

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