吾切曲果煤炭预查中钻孔第四系涌水及其治理

2022-09-10

青海省木里煤田吾切曲果煤炭预查是依据青海省国土资源厅《关于报送2011年青海省地质勘查基金项目立项建议书的通知》青国土资矿[2010]332号文, 青海省第四地质矿产勘查院及时组织人员进行资料收集及综合研究, 在此基础上编制“青海省木里煤田吾切曲果煤炭预查立项申请书”于2011年2月青海省第四地质矿产勘查院组织技术人员编制了《青海省木里煤田吾切曲果煤炭预查设计书》。受青海省第四地质矿产勘查院委托, 我队承担“青海省木里煤田吾切曲果煤炭预查”项目钻探工作。

我队于2012-2013两年在吾切曲果矿区进行煤炭预查施工。两年内完成近两万米任务。其中涌水严重, 对施工造成严重困难的分别有2012年的zk2404、zk1603以及2013年的zk2002、zk2402四个钻孔, 占总工作量的20%。

涌水情况主要表现为涌水层位浅、 (涌水层多在第四系, 自60m到130m不等;) 水量大。经过两年的施工, 我们针对钻孔涌水问题提出了加重泥浆成孔法、多重套管分水成孔法和高强水泥封闭成孔法三种解决方案。

一、加重泥浆成孔法

用加重泥桨压涌的方法, 收到了很好的效果, 做法如下:

记录涌水孔深L, 侧量涌水量Q, 水头高度h。计算所需加重泥桨的密度 (P重, ) , 重晶石加量 (W)

式中:p—水的密度;p原—原桨密度;p石—重晶石密度;;-

.V原—原浆体积;K—系数。在开始压涌时亢取1.30一1.5 0, 若孔深超50 0m, K值应大一些。压涌成功后, 降低泥浆密度, 使K为1.10左右则可正常钻进。

以zk2404孔为例;采用粘土粉、CMC、纯碱、重晶石粉、腐植酸钾和水配制泥浆, 其体积比例为:重晶石粉:黄土:水:CMC:纯碱:腐植酸钾= (100~200) :500:1000:5:3:6泥浆性能:比重为1.40~1.65g/cm3;粘度为35~45s;失水量为5~10mL/30min;含砂量<7.5

注意事项:

1. 保证机械的正常运行, 避免涌水层钻进故障停机

机械正常运行, 同样是能否解决涌水的一项技术措施, 在含水层钻进, 如果停机超过3h, 地下水就会涌出孔口, 主要原因是冲洗液受地下侵蚀造成固相沉淀, 密度降低, 柱压减小。因此要求钻进过程中消除故障停机, 方能保证冲洗液正常循环, 有足够柱压力。

2. 减少辅助时间

涌水层钻进必须配备1~2套备用钻具, 回次终了, 钻具提出后, 立即下入备用钻具实施钻进, 防止时间过长, 冲洗液被稀释、沉淀, 造成涌水。地面退取心工作须在回次钻进时间内完成, 尽可能缩短钻具退心工作的辅助时间。

3. 泥浆的添加及调整

在非涌水层钻进, 可按正常方法添加, 更换冲洗液, 在进入隔水层之前, 冲洗液密度必须达到1.45~1.50g/cm3, 钻进涌水层段冲洗液密度必须达到1.60g/cm3, 在此期间禁止更换冲洗液或清除岩屑工作, 防止冲洗液密度减少造成涌水。

4. 冲洗液存储

在涌水地层钻进, 泥浆的存储量必须加大, 一般储备6m3以上, 一池储备, 另一池为正常钻进使用, 储备量为3m3左右, 密度为1.60g/cm3, 备作急用。

加重泥浆成孔法对泥浆要求较高, 若钻孔为超千米深孔, 长期使用加重泥浆很难控制成本, 所以只建议浅孔钻进时采取。

二、多重套管分水成孔法

多重套管:为方便施工, 开孔口径应尽量大, 例如zk1603孔;开孔采用直径为215mm钻头开孔, 然后逐步缩小口径, 根据钻孔深度最后一径不宜低于127mm, 防止后期施工由于长期钻具击打造成套管折断;直至通过第四系。

分水:为防止上涌水流入泥浆循环系统对泥浆造成破坏, 在套管口设置导流装置将水排出井场。

具体实施方法以zk1603钻孔为例:

开孔采用215mm直径钻头开孔, 下入直径为194mm套管作为表层套管;继续钻进采用170mm直径钻头钻进至涌水出现位置, 下入直径为168mm套管;继续钻进采用152mm钻头钻进至涌水层底部, 下入直径为146mm套管;然后在涌水层底部进用地勘水泥行封闭, 隔离上部涌水, 迫使孔内涌水从146mm套管与168mm套管之间流出地表, 使用168mm套管接头加工成压盖形的分水接头连接在168mm套管上部, 水便从出水管流到井场外部;最后采用常规方式继续钻进。

多重套管分水成孔法只适用于第四系等浅层涌水, 若为深部涌水因成本大幅度增加而不宜采用, 同时多层套管分水成孔使钻孔结构较复杂化, 同时出现套管起拔困难, 矿层段矿芯采取率无法保证。