煤層采空區的水井施工

武利興（河北省煤田地質局物測地質隊，河北　　邢臺　054000）

煤層采空區的水井施工

武利興
（河北省煤田地質局物測地質隊，河北邢臺054000）

摘要：本文介紹了用多重套管技術及優質泥漿穿越復雜煤層采空區的工程實例。對小煤窯采空區的水井施工具有借鑒意義。

關鍵詞：多重套管技術；優質泥漿；采空區；水井施工

一、工程概況

為滿足村民生活用水，臨城趙莊需打一口深水井。井位選定在小煤礦采空區。設計井深400m。下泵段孔徑293mm，水泵揚程120m，終孔層位為奧陶灰巖。地層從上至下0～45m是新生界第四系，45m～365m為煤系地層（二疊系下石盒子組、山西組，石炭系太原組、本溪組），365m～400m為奧陶系。本區新生界上部含有大量礫石，242m～245m附近為采空區。

二、技術分析及應對預案

該區的難點：

1上部的卵礫石層較厚且密度較大，全孔用回轉鉆進的方法較為困難。

2采空區地層結構松散、裂隙發育，鉆井液易漏失，孔壁不穩。易產生掉塊造成卡鉆、埋鉆等事故。

采取的對策：

1針對不同的地層采用不同的鉆進方法，本孔上部采用沖擊方法鉆至基巖面，下入φ450套管護壁，然后采用回轉鉆進的方法施工。

2用多重套管技術穿過采空區，在設計井徑時給此段留出可供選擇的孔徑及配套的套管。

3優化泥漿參數，調整好泥漿性能，備好堵漏材料。備好處理事故的常用工具，避免事故擴大和復雜化。

三、設備選擇

設備選擇見表1。

表1

四、鉆孔結構

0m～45m，采用沖擊鉆進，φ500孔徑，下入φ450套管。45m以下采用回轉鉆進，45m～150m，φ377孔徑，下入φ325套管。150m～235m，φ273孔徑，下入φ219套管。235m～245m，φ194孔徑，下入φ168套管。245m～365m孔徑φ142，下入φ127套管。365m～400m孔徑φ110裸孔。（井徑結構示意圖如圖1所示）。

圖1　井徑結構示意圖

五、煤系地層泥漿的使用與管理

煤系地層屬松散的軟地層，在鉆進中易坍塌、縮徑、掉塊，要在快速鉆進過程中使井壁能泥皮護住，同時把產生的鉆屑及時的攜帶出地面，這就要求泥漿具有攜帶能力強、造壁性能好、失水量小等特點。本區采用聚丙烯酰銨－聚丙烯腈泥漿。

1雙聚泥漿的組成

水解聚丙烯腈銨鹽（NPAN或NH4-HPAN）是聚丙烯腈加氫氧化銨在高溫、高壓條件下水解的產物，起到降失水作用，其使用濃度一般為0.3%～0.4%。

部分水解聚丙烯酰胺（PAM）分子量在250萬以上，水解度30%左右，起選擇性絮凝作用，一般加量0.05%～0.15%。

防坍潤滑劑，主要由腐楂酸鉀等組成。具有良好的防坍性能和對鉆具的潤滑性能。一般加量1%～3%。

另外可加適量的膨潤土。

2鉆井液的性能

漏斗粘度23～30s，密度1.08～1.25，失水量10～15mL/30min，泥皮厚度＜0.7mm，含砂量＜0.4%，pH值為7～9。

3泥漿的管理

按技術要求配制鉆井液，并根據地層變化隨時調整鉆井液的性能。機臺設立專職泥漿員，配備泥漿測試儀器，負責鉆井液性能的測試與調配，使鉆井液始終保持良好的性能。該雙聚泥漿失水量低，有較好的護壁除砂效果，潤滑性能好，完全能滿足鉆進工藝的需要。

4堵漏劑的應用

在施工中遇到了地層漏失，消耗泥漿的現象。我們采用了改性石棉顆粒進行堵漏，取得良好效果。

改性石棉主要成份是溫石棉，分子式：3MgO.2SiO2.2H2O和一部分聚合物加工制成改性石棉顆粒。

五、止水工作

本井是長期引用供水井，需做永久止水，我們采用了水泥止水。由于采用多重套管技術，要求下層套管高出變徑處一米左右，泵入的水泥漿大于理論計算量，經檢查止水效果良好。

六、幾點體會

1采空區的施工一定要廣泛的搜集資料，確保資料的準確性，用于指導我們的設計和施工。

2做好鉆井的設計工作，井徑設計時，一定給采空破碎區留出孔徑變化的余量。在必要的時候通過變化孔徑運用多重套管技術穿過復雜層。

3調整好泥漿性能，多備堵漏材料，采空區上部地層由于應力的變化會加劇裂隙的發育，更容易產生漏失。

4接近采空區時，最好用巖心管鉆進，這樣既可以了解地層又對孔壁有一定的保護作用，當遇到鉆探事故時比牙輪鉆頭較容易處理。

5對這種復雜區可能出現的事故（卡鉆、埋鉆、鉆井液全孔漏失）要有充足的思想準備，備好反絲鉆桿、公錐、母錐等打撈工具，使事故能得到快速處理。

參考文獻

[1]李世忠．鉆探工藝學[M]．北京：地質出版社，1989．

中圖分類號：P631

文獻標識碼：A