顾北矿地面区域探查治理 S2-4孔全漏失分析及处理措施

顾北矿地面区域探查治理 S2-4孔全漏失分析及处理措施

黄慧贤

淮浙煤电有限责任公司顾北煤矿 安徽淮南 232000

摘要： 通过施工地面定向近水平顺层分支钻孔群，最大限度的揭露预治理区域内可能的导水构造及灰岩含水层，并通过注水泥浆拦截下部奥灰水对上部太灰含水层的补给通道，消除奥灰水对A组煤开采水害威胁。地面区域探查治理工程S2-4分支孔钻进至1317.50m~1322.65m时泥浆失返，最大漏失量71.92m³/h，经分析漏失原因为钻遇太原组9灰垂向向下裂隙造成，通过采取面砂充填裂隙方案，在裂隙中搭建“骨架”封堵裂隙通道等措施，有效封堵了该处下部奥灰水对上部太灰含水层的补给通道。

关键词：面砂;封堵;补给通道;奥灰水

1引言：

顾北煤矿地面区域探查治理工程通过施工地面定向近水平顺层分支钻孔群，最大限度的揭露预治理区域内可能的导水构造及灰岩含水层，并通过注水泥浆拦截下部奥灰水对上部太灰含水层的补给通道，消除奥灰水对A组煤开采水害威胁。

S2-4分支孔采用Φ152.4mmPDC钻头，用MWD+Gamma无线随钻测量技术，在太原组9灰层位进行水平段钻进，三开水平段总进尺583.00m（947.00m-1530m），全孔段钻进采用无固相冲洗液。

S2-4孔在钻进至1317.50m-1322.65m时出现泥浆液漏失失返，最大漏失量71.92m³/h。

2 S2-4孔钻遇漏失时过程：

2018年12月18日6:50钻进至孔深1317.50m处时，泵排量68m³/h，孔口开始不返浆，泵压无明显变化，钻时无明显变化，无掉钻现象；为防止卡钻上提钻具，上提钻具过程中扭矩无异常，无上提困难现象，下放钻具至井底继续水平段钻进至1322.65m(单根结束)，钻进期间孔口持续不返浆，钻具无落空现象，泵压无明显变化，钻时无明显变化。7:10泥浆池水位由1.56m降至1.05m,下降0.51m,漏失量21.42 m³，7:20泥浆池水位下降至0.80m,下降0.25m, 漏失量10.50 m3，7:20-7:50开始补浆约40m³,6:50-7:50总消耗量71.92m3。钻孔最大漏失量71.92m³/h。

3 严重漏失原因分析

3.1层位分析

根据岩屑录井及伽马曲线资料分析，S2-4孔水平段钻进大部分跟灰岩层位钻进，为验证钻孔轨迹位于太原组9灰层位内，根据岩性组合特征，使钻孔偶进该灰岩顶、底板，钻进过程中未发现层位错断，漏失点附近全部跟灰岩层位施工。实钻S2-4灰岩顶板至1煤底板之间层间距为76米。该区域地面勘探钻孔钻至太原组九灰层位以下的钻孔为水13，水19，水33钻孔，水13，水19，水33钻孔太原组9灰顶板到1煤底板之间层间距为72-78米，S2-4孔所跟灰岩层位，与周边勘探钻孔太原组9灰层间距相吻合。

根据地面勘探钻孔成果资料分析，太原组9灰顶板为砂质泥岩岩性，九灰底板一层薄煤线，煤线下为砂岩岩性。S2-4孔实钻层位为灰岩岩性，其顶板为砂质泥岩岩性，底板有一层薄煤线，煤线下为砂岩岩性。与相邻地面勘探孔9灰顶底板岩性匹配。S2主孔实钻太原组9灰顶、底板岩性柱状图。

层位分析结论：根据地面勘探孔成果资料、S2主孔1煤层至太原组9灰岩性柱状图、S2-4孔水平段岩屑录井、伽马曲线分析，钻孔漏失点（孔深1317.50m处）所在层位为太原组9灰，且层位未错断，无较大断层发育。

3.2物探异常区分析

根据顾北煤矿南一1煤采区水文地质补充勘探地面物探报告，结合1煤底板下40米视电阻率顺层切片图，综合分析并确定太原组C₃³灰岩段富水异常区分布图，共圈定富水异常区11个，失返漏点距最近异常区，平面距离90m，剖面最近距离137米。

结合1煤底板下110米视电阻率顺层切片图，综合分析并确定太原组C₃¹¹灰岩段富水异常区分布图，共圈定富水异常区11个，失返漏点距最近异常区平面距离60m，剖面最近距离74米。

漏失点与异常区距离较近，存在裂隙较为发育的可能。

3.3三维地震解释

三维地震解释该漏失区域内无异常显示、无较大断层及陷落柱发育。

3.4漏失水平方向扩散分析

S2-4分支孔漏失点位于S2-3分支孔和S3-5分支孔之间，如图1。S2-3分支孔和S3-5分支孔已完成施工，达到注浆结束标准，S2-3孔注浆终压达到9.1Mpa，累计注水泥量达到7847吨；S3-5孔注浆终压达到10.5Mpa，累计注水泥量达到4413吨。S2-4分支孔漏失点位置附近水平方向上的裂隙及其通道通过相邻的S2-3、S3-5孔注水泥浆已被堵住，且S2-3、S3-5孔钻进过程中无明显漏失现象，排除漏失区域裂隙向水平方向发育可能性。

3.5结论

依据上述分析，S2-4分支孔钻孔漏失点（孔深1317.50m处）所在层位为太原组9灰；钻进过程中泵压无明显变化，钻时无明显变化，无掉钻现象；且层位未错断，无较大断层发育，无陷落柱发育；与T1-1灰岩长探孔无直接联系；接近物探异常区，裂隙较为发育；裂隙没有向水平方向发育可能性。由此分析S2-4分支孔1317.50m-1322.65m失返原因为钻遇太原组9灰垂向裂隙，通过裂隙将钻井液导入奥灰含水层造成。

4处理S2-4孔严重漏失措施

2018年12月19日开始注水泥浆（水泥浆液密度1.4~1.5g/cm³,注浆泵量842L/min），截止21日,共注入水泥461.38t，孔口压力一直为0MPa，未起压。由此分析该垂向裂隙向下导向奥灰层位，如果一直注水泥浆，水泥浆液将一直扩散到下部奥灰层位，造成水泥浪费。由此，采取骨料充填裂隙方案，在裂隙中搭建“骨架”封堵裂隙通道。

处理太原组9灰垂向裂隙造成S2-4孔严重漏失遵循的基本原则是用骨料充填裂隙，在裂隙中搭建“骨架”。由于面砂颗粒度大，易于在裂隙中堆积形成“骨架”，为此选取面砂做为骨料。具体处理措施如下：

在观测完水位后采取填充面，所注面砂需用清水携带，具体注面砂步骤为：

（1）前期水量50m³/h，面砂1m³/h，水砂体积比50:1，为防止前期骨料注入过多阻塞裂隙通道，用清水带面砂先采取小比例注砂，逐渐增大注面砂量，观察孔口压力；

（2）在井口不起压情况下，逐渐增加注面砂量，直至水、骨料体积比例增大到10:1后。

（3）在注入骨料的过程中，如果出现孔口压力上升过快现象，则立即压入清水，压入清水量不低于井眼体积的2倍，若压入清水后孔口压力下降则继续注入骨料，孔口压力升至8MPa后结束注骨料，然后开始下钻扫孔。

2018年12月21日开始清水携带骨料面砂充填裂隙，在裂隙中成功搭建“骨架”， 2019年1月1日孔口终压达9MPa,共注入面沙1119.50t ，面砂体积约867m³，有效封堵了裂隙通道，共历时12天。

5 经验

4.1 S2-4孔严重漏失时，充分利用现有地质资料，通过层位分析、连通试验分析、物探异常区分析、三维地震解释、漏失水平方向扩散分析等多种手段，有力分析解释了S2-4孔严重漏失原因为钻遇太原组9灰垂向裂隙，由此采取针对性的堵漏措施，有效封堵了裂隙通道。

4.2 S2-4孔严重漏失堵漏成功的经验表明通过选取面砂做为骨料，能有效封堵太原组9灰垂向向下导向奥灰层位的裂隙通道。

4.3 水泥浆液易于从太原组9灰垂向向下裂隙通道扩散到下部奥灰层位，对治理太原组9灰垂向向下导向奥灰层位的裂隙通道治理效果不佳。易形成无效水泥浆液，造成浆液浪费。

4.4 由于面砂颗粒比水泥颗粒大，更有利于在裂隙中搭建“骨架”，且比水泥更经济， 既有利于高效堵漏，也节省了堵漏成本。