高家堡项目15-1号涌水钻孔封孔探讨.pdf

姚兴柏晏成立高家堡项目1 51 号涌水钻孔封孔探讨 2 0 0 9拄 高家堡项 目 1 51 号涌水钻孔封孔探讨 姚 兴柏 ， 晏成立 陕西省煤田地质局--J k 六队， 陕西 西安7 1 0 0 5 4 摘要 介绍了深部涌水钻孔的一种全孔水泥浆封孔的办法， 分析了涌水孔水泥浆封孔成功与否的 原因， 在处理类似钻孔时需要注意的事项， 以及涌水钻孔在封孔过程中的安全问题。 关键 词 涌水 ； 封孔 ； 地层 承压 水 ； 水 灰 比； 压 力平衡 中图分类号 P 6 3 4 ． 4 1 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 7 4 9 X 2 0 0 9 0 40 0 4 0 0 2 0 引言 涌水钻孔一般采用下塞子等办法对涌水层段进 行封堵 ， 但深部涌水钻孔由于深度大 ， 以及孑 L 内涌水 压力大等原因， 塞子下不到指定的位置 ， 即使封住了 上部 ， 井 12 1 不向外涌水 ， 但是下部高压涌水层段和矿 层相互串通 ， 将会给今后的采矿作业构成重大安全 隐患， 地下各含水层的相互 串通还会造成地下水质 和水位发生变化 ， 也对地下水安全会造成一定的危 害。为了彻底阻断各含水层的联系通道， 保证采矿 安全和地下水的安全， 宜采用全孔水泥浆封孔 的办 法。高家堡项 目 1 51是个深部涌水孔 ， 该孔采用 了全孔水泥浆封闭的办法 ， 并取得了圆满的成功。 出现大的变化 ， 结合水质分析， 可以基本断定涌水部 位在 8 8 0 m处 ， 属延 安组粗砂岩地层承压水 。当时 也试着增大泥浆的密度来压住涌水进行后期施工 ， 但 由于涌水流量和压力太大而未成功。在这种情况 下 ， 施工队伍通过精心施工 ， 终于在 9 4 09 5 5 m处 取上了十几米厚的主煤层。该孔于 9 7 0 m主煤以下 1 5 m顺利终孔。终孔层位为三叠 系地层。 1 ． 2 面临的问题 该孔井 口涌水达 6 5 m ／ h ， 井 E l 静水压力达 2 MP a ， 水泥浆泵人孔 内会立 即被稀释而冲出 L g i- ， 造 成封孔失败 。如何能安全圆满完成封孔任务是摆在 施工队伍面前的一个难题 ， 业主也派人现场监督 ， 并 强调必须保证封孔一次性成功。 1 1 51号孑 L 的基本情况 2 封孔方案 1 ． 1 钻孔基本情况 陕西黄陇侏罗纪煤层高家堡勘探项目位于长武 县城西北部 ， 部分钻孑 L 位于泾河河滩地。1 51号 钻孔是个普通探煤孔 ， 该孔靠近泾河河滩 ， 设计孔深 9 7 0 m， 当钻至 8 8 0 m， 进入煤系延安组粗砂岩地层 时， 钻孔发生了达 6 5 m ／ h的涌水。井 1 5能闻到水 中散发出来的硫化氢气味， 项 目部水文技术人员进 行了简易水文观测 ， 对水质、 流量和井 口压力进行了 测定 ， 证实该水质属煤系地层延安组水质 ， 由于在 8 8 0 m之前钻孔 内并没有出现异常现象 ， 泥浆也没 收稿 日期 2 0 0 9 0 21 2 作者简介 姚兴柏 1 9 7 2一 ， 男， 湖南邵阳人 ， 1 9 9 5年毕业 于中国矿 业大学煤田地质系探矿工程专业， 工程师， 在陕西省煤田地质局--A 六队从事煤 田勘探工作。 经研究分析， 初步制定了一套完善的封孔方案 整个封孔分 为两个 阶段 ， 第 一 阶段 为涌水 层下段 9 7 0～ 8 8 0 m的封闭； 第二阶段为涌水层上部 0 8 8 0 m的封闭。因煤层在下部 ， 因此封好下部是关键 ， 但 封好上部是难点 ， 上部封不成功 ， 整个封孑 L 工作同样 失败。 2 ． 1 涌水段下部的处理 下部封孔段距 为 9 0 m， 孔径 9 8 m m， 水泥浆水 灰定为 0 ． 5 ， 每米需水泥 1 8 k g ， 9 0 m孔深需 1 ． 6 2 t 。 为确保封井质量 ， 适 当增大水泥用量 ， 取 2 t 。 2 ． 2 涌水段上部的处理 0～ 8 8 0 m在第一阶段封孔 4 8 h后 ， 进行第二阶 段封孔。①该方案的理论依据。经测试， 井口出水 压力为 2 ． 2 MP a 。8 8 0 m处的压力为 2 ． 28 8 01 0 第4期 姚兴柏晏成立高家堡项 目1 51 号涌水钻孔封孔探讨 4 1 X 1 X 1 0 X 1 0 ～ 1 1 M P a 。若将孔内8 8 0 m高密度 为 1的水换成密度为 P的水泥浆 ， 要达 1 1 MP a的压 力 ， 孔内水泥浆保持压力平衡而不外溢， 水泥浆的密 度应为 P1 0 X 8 8 0 X 1 0～1 1 ； p1 ． 2 5 X 1 0 k g ／ m 。理论上 ， 只要 孔 内液体密度达到该值 时， 孔 内 将保持压力平衡而保持一种稳定状态， 待水泥浆凝 固后， 达到了封孔的目的； ②水泥用量的计算。经分 析水泥用量应包括孔内水泥浆 、 从井 口流出损耗量 、 进入孔 内裂隙， 以及地面损耗。水泥用量具体计算 如下 孔深 8 8 0 m， 孔径 9 8 m m， 孔内总体积 9 ． 9 5 m ； 密度取 1 ． 8 4 t ／ m ， 所需 水泥浆重量 1 8 ． 3 1 t ； 由 于水灰 比为 0 ． 5 水 水泥 1 2 ， 需水泥量 1 2 ． 2 0 t 。前面所提到的各种损耗量按 3 t 计算 ， 第二 阶段 的水泥用量为 1 5 ． 2 t 。 2 ． 3 水泥总量的计算 根据前面计算 ， 第一阶段和第二 阶段水泥共计 用量为 1 7 ． 2 t ， 考虑到其它不确定 因素， 为确保万无 一 失 ， 现场准备了 1 8 t 水泥。 3 现场操作 3 ． 1 第一阶段的操作 封 8 8 0～ 9 7 0 m段距 将钻具下至 9 6 5 m处时 距孔底约 5 m左右 ， 开动泥浆泵用 清水 冲孔 2 O～3 0 m i n ， 然后用 2 t 水 泥 ， 1 t 水搅成水灰 比为 0 ． 5的水泥浆 ， 用泥浆泵泵 人孔 内， 并不断活动钻具 ， 水泥浆泵完后 ， 用清水顶 替 5 m i n后上钻。 3 ． 2 第二阶段的操作 封 0～8 8 0 m段距 准备工作 第二阶段应在第一 阶段完成约 4 8 h 后进行 ， 在操作前应作 到材料到位 包括水泥 、 水 、 设备 ； 人员到位 ； 设备进行 调试 ， 所有设备都处 于 良好状态 ； 辅助设施应齐备。 具体步骤 ①搅拌水泥浆， 可利用泥浆搅拌设备 为主， 人工配合搅拌， 争取在 1 h内将水泥浆准备 好； ②将钻具下人孔内， 探明第一次的水泥面， 在泵 入水泥时 ， 钻具应停 留在 8 7 0 r n左 右 涌水部 位以 上 1 0 m左右 。在水泥浆搅拌好之前应适 当提 前 下钻； ③在泵入水泥浆的过程中， 应注意观察泵压 表， 防止水泥管路阻塞而影响泵量 ； ④在泵入水泥浆 的同时， 可将钻具适当在孔 内上下活动 ， 也可用管钳 慢拧钻具 ， 如果钻具拧不动 ， 或需要很大的力量才能 转动钻具 ， 应立即关泵 ， 上钻 ， 将钻具提上来 5个大 根后 ， 继续泵入水泥浆。上钻要尽可能的快， 以防止 泵入 的水泥浆被水稀释 冲出孔外而造成封孔失败 ； ⑤注意观察井 口涌水 的变化 ， 水变浑浊是被水稀释 的水泥浆， 水量在减少是因为孔内液体的密度在逐 步增大， 而使得孔内液体压力在逐步增大， 最后直到 压力平衡 ， 将涌水彻底封堵 ； ⑥上钻， 并注意观察井 口， 如果井液面下降， 或仍有少量水泥浆溢出， 应停 止上钻 ， 继续泵入水泥浆 ， 直到井 口不再有水泥浆外 溢后， 再上钻； ⑦钻具提出孔外后， 泥浆泵和钻具及 时清洗干净。 操作过程需要注意的事项 ①在泵人水泥浆时， 应不断活动钻具 ， 以防止钻具被埋而造成孔内事故； ②尽可能提高泵量， 以缩短孔内液体密度上升的时 间 ， 减少水泥浆从 井 口的流失量 ， 以保证封孔 的成 功 ； ③适当掌握从孔 内提 出钻具的长度 的次数。保 证安全的同时保证封孑 L 的成功； ④一次搅拌近 1 6 t 的水泥浆 ， 是一个高强度的工作 ， 只有通过泥浆泵的 三通的喷枪进行搅拌水泥浆 ， 同时， 尽量缩短水泥搅 拌的时间的同时， 保证水泥浆数量和质量。 4 结语 1 51 号钻孔的封孔虽然取得 了成功 ， 但仍 有 些问题 ①水泥的用量， 尤其是水泥的损耗， 是不是 能通过更加精确的计算得出结论， 以减少不必要的 损耗； ②上述该操作方案的成功与否应该是由多种 因素决定的， 除了与涌水层的水压 、 水量和涌水位置 有关以外， 还和注浆设备泥浆泵的泵量、 泵压有关， 低泵量可能会造成孔 内水泥浆被稀释而 冲出孔外 ， 孔内液体密度无法提高而造成封孑 L 的失败， 因此， 理 论上讲 ， 存在一个 最低 的泵量 ， 低于该泵量， 封堵 涌 水层段就不会成功 ， 这个泵量应该 和涌水量有着一 定的关系。以上几方面问题 ， 值得探讨。 参考文献 [ 1 ] 煤 田勘探规程[ M] ． 北京 中国统配煤矿总公司， 1 9 9 1 ． [ 2 ] 王殿琦 ， 李云飞． 固体矿产钻探工[ M] ． 北京 地 质出版社 ， 1 9 9 9 ．