井下长期观测孔套管断裂漏水封堵技术研究

论文导读：03.韩再生，张桐义，曹焕光，王国丙，李福山.注汽井口扶正器.中国专利:CN2143671，1993-10-13.
摘要：古11号孔是L8灰岩长期观测孔，位于15采区车场与东疏水巷交叉口附近，因钻孔附近构造集中加之受采动影响，底鼓出水，通过采用泄压孔泄压、导水、注浆封堵等施工工艺，成功封堵了钻孔漏水，杜绝了灾害扩大并改善了生产环境。
关键词：水文观测孔 L8灰岩 泄压孔 注浆封堵
1 概况
古11号孔为井下长期水文观测孔，观测层位为L8灰岩，位于15采区车场与东疏水巷交叉口附近，孔口标高-450m，钻孔结构：Φ146mm套管长16.5m，Φ127mm套管长43m，以下为裸孔，48m见L8灰岩，孔深53.5m。该孔附近断裂构造集中、裂隙发育加之收到采动影响，导致钻孔下部套管断裂，钻孔孔内塌孔堵塞套管，钻孔周围底板底鼓突水，水量达到360m3/h，水压3.8MPa。因距15采区下车场较近，给15采区生产和运输造成较大压力。经采用泄压孔泄压、导水，采取泄压孔注浆封堵等治水方案，成功封堵钻孔漏水。
2 地质及水文地质条件
古11孔位于古生代二叠纪山西组煤系地层，所处围岩岩性都是深灰色～深灰黑色泥岩、砂质泥岩，层面含有植物化石及轮木化石碎片。泥岩中有膨胀性矿物，一层厚度大致为3dm炭质泥岩，夹数层1～2mm极薄煤线，呈片状结构，质软，硬度低。岩层产状:走向N55°E，倾向SE，倾角15°，滑动构造较为发育，岩石硬度系数f=4～3， 岩体有滴、淋水。孔口距二1煤层顶板1

5.8m左右， 距下伏源于：论文格式怎么写www.7ctime.com

L8石灰岩约31.5m。
3 治理方案
由于钻孔涌水量较大、钻孔周围巷道底鼓严重，首先在钻孔周围打了4个泄压孔，掘进了巷道继续底鼓、变形问题。
根据钻孔涌水及围岩情况我矿制定了如下两套方案：
方案一：直接对漏水钻孔做工作，采用小钻头在套管变形处，慢慢扫进，后面用扶正器扶正，以保证钻头不偏离原孔，待钻头扫入原孔后，换用较大规格的钻头进行扩孔，下入Ф89mm的套管进行固管，待套管试验合格后，在套管上安装阀门进行注浆封堵。此方案操作简单，实行较易，可大大缩短施工时间。
方案二：在漏水钻孔周围布设钻孔，实施帷幕注浆，切断漏水钻孔的补给水源，根据以往经验，此方案把握性较大，但施工时间长，施工成本较高。
综合以上两套施工方案，优先采取方案

一、如果方案一不能成功，再采取方案二。

4 施工工艺简述
第一阶段：套管的断裂原因主要是由于巷道底鼓严重变形，但是实际上我们对套管的断裂情况还是不够清楚。所以，我们通过运用套管扶正器探查观测孔探查后，可知套管在12CM的地方出现了断裂，因为巷道底鼓发生了比较厉害的变形，使套管发生断裂，但套管断裂情况还比较模糊，首先利用套管扶正器对观测孔进行探查，发现套管在12m的地方发生了错动断裂，之后提钻进入，最深到达原孔62cm处，并没有发现水量有明显增加。
然后开始往钻孔内注浆，一共注入了20吨的水泥单液浆，压力为

4.5Mpa。在这一期间并没有出现返浆。

经过大家的分析，决定在原孔的旁边再施工一个钻井，但是施工环境有所限制，决定在原孔套管断裂处进行偏孔施工，钻孔终孔深80m。孔深64.5m时注入水泥约60吨，底板水略显减小未见返浆现象。复孔后钻进至65m时水量不足2m3/h，继续向下延伸至孔深80m后钻孔涌水量未见增大。
第二阶段：对周围泄压钻孔注浆阶段。因为原孔与底板水连通性较差，所以对周围的泄压孔注浆，通过泄压孔注浆截断L8灰岩水，谓之“堵源”。
第

一、首先对紧挨着的4个泄压孔做好压水试验，尽量了解泄4孔与古11孔连通性。

第

二、对泄4孔进行注浆作业。

由于第一次进行注浆导致了严重的返浆情况，因此这回运用的间歇注浆的方法，间歇注浆凝固需要一天一夜的时间。因为水量大，水压高，水流的速度快，所以水泥浆的结石率并不是很高，间歇注浆的方法达到了预期的目的，之后一边注浆，一边加入到锯末，海带等骨料，这样做是为了能够让那些大的缝隙和空间都被填充好，使水流速度变小，这样更有利于水泥沉淀结石，但是稀释水泥浆的作用并没有减弱。最后选择C—S双液浆进行压注，从现场注浆状况来看，及时调整双液对比度，保持最合适的调配比例，把握好凝固时间。在多次的反复压注之后，随着注浆的反复进行底板水量逐渐变小，从之前的每小时360m3慢慢降至每小时0.3m3，这样就能够封堵好钻孔周围的裂隙。
第三，注浆加固阶段。古11孔周围共施工4个泄压孔，由于其余三孔注浆量小，为杜绝它们成为导水通道隐患，在井下用纯水泥浆将其封死。
5 注浆设备、注浆材料及配比
注浆采用2T GZ-60/210型双液调速调压注浆泵，施工泄压孔采用ZDY-1900钻机。
注浆材料采用水泥—水玻璃双液浆。水泥用425#新鲜普通硅酸盐水泥，水玻璃模数2.4～3.2，浓度35～45Be。为保障管路不受堵塞，先采用水灰比为2:1的稀浆，逐渐增加浓度使其达到1：1水泥浆，水玻璃体积比为1：0.4～1：0.6。单液水泥浆水灰比为0.75:1～1:1，保证注浆效果。
6 施工总结及评价
施工用时43天，完成钻探进尺208余米，注入水泥290吨，玻璃水300公斤，锯末500公斤，海带80公斤，海绵35公斤，成功的封堵了古11孔及附近底板裂隙漏水现象，水量从原来的360m3/h缩减至0.3m3/h，堵水率达100％，不仅改善了该地点的生产环境条件，还创造了良好的经济效益，年节约排水费450万元，达到了施工目的和设计要求。
通过钻孔处理过程可知：①底鼓后钻孔套管的扭曲错动主要是在浅部产生的；②底鼓后含水层通过岩层错动裂隙进入巷道，我们要想很好的处理钻孔处，最好采用“堵源”，即封堵含水层及钻孔周边的裂隙通道。
在今后的钻孔施工过程中，要严把质量关，保证下套管的长度和固管质量，杜绝此类钻孔事故的发生。
参考文献：
郝明圈，谭宏强，吴寅生.一种井口套管滑动联结装置[P].中国专利:CN2660094，2004-12-01.
陈鹏，樊立忠，杜娟，熊杰，李耀春，贺兆滨.井口油层套管扶正装置[P].中国专利:CN201915863U，2011-08-03.
[3]韩再生，张桐义，曹焕光，王国丙，李福山.注汽井口扶正器 [P].中国专利:CN2143671，1993-10-13.