煤层采空区的水井施工

武利兴（河北省煤田地质局物测地质队，河北　　邢台　054000）

煤层采空区的水井施工

武利兴
（河北省煤田地质局物测地质队，河北邢台054000）

摘要：本文介绍了用多重套管技术及优质泥浆穿越复杂煤层采空区的工程实例。对小煤窑采空区的水井施工具有借鉴意义。

关键词：多重套管技术；优质泥浆；采空区；水井施工

一、工程概况

为满足村民生活用水，临城赵庄需打一口深水井。井位选定在小煤矿采空区。设计井深400m。下泵段孔径293mm，水泵扬程120m，终孔层位为奥陶灰岩。地层从上至下0～45m是新生界第四系，45m～365m为煤系地层（二叠系下石盒子组、山西组，石炭系太原组、本溪组），365m～400m为奥陶系。本区新生界上部含有大量砾石，242m～245m附近为采空区。

二、技术分析及应对预案

该区的难点：

1上部的卵砾石层较厚且密度较大，全孔用回转钻进的方法较为困难。

2采空区地层结构松散、裂隙发育，钻井液易漏失，孔壁不稳。易产生掉块造成卡钻、埋钻等事故。

采取的对策：

1针对不同的地层采用不同的钻进方法，本孔上部采用冲击方法钻至基岩面，下入φ450套管护壁，然后采用回转钻进的方法施工。

2用多重套管技术穿过采空区，在设计井径时给此段留出可供选择的孔径及配套的套管。

3优化泥浆参数，调整好泥浆性能，备好堵漏材料。备好处理事故的常用工具，避免事故扩大和复杂化。

三、设备选择

设备选择见表1。

表1

四、钻孔结构

0m～45m，采用冲击钻进，φ500孔径，下入φ450套管。45m以下采用回转钻进，45m～150m，φ377孔径，下入φ325套管。150m～235m，φ273孔径，下入φ219套管。235m～245m，φ194孔径，下入φ168套管。245m～365m孔径φ142，下入φ127套管。365m～400m孔径φ110裸孔。（井径结构示意图如图1所示）。

图1　井径结构示意图

五、煤系地层泥浆的使用与管理

煤系地层属松散的软地层，在钻进中易坍塌、缩径、掉块，要在快速钻进过程中使井壁能泥皮护住，同时把产生的钻屑及时的携带出地面，这就要求泥浆具有携带能力强、造壁性能好、失水量小等特点。本区采用聚丙烯酰铵－聚丙烯腈泥浆。

1双聚泥浆的组成

水解聚丙烯腈铵盐（NPAN或NH4-HPAN）是聚丙烯腈加氢氧化铵在高温、高压条件下水解的产物，起到降失水作用，其使用浓度一般为0.3%～0.4%。

部分水解聚丙烯酰胺（PAM）分子量在250万以上，水解度30%左右，起选择性絮凝作用，一般加量0.05%～0.15%。

防坍润滑剂，主要由腐楂酸钾等组成。具有良好的防坍性能和对钻具的润滑性能。一般加量1%～3%。

另外可加适量的膨润土。

2钻井液的性能

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值为7～9。

3泥浆的管理

按技术要求配制钻井液，并根据地层变化随时调整钻井液的性能。机台设立专职泥浆员，配备泥浆测试仪器，负责钻井液性能的测试与调配，使钻井液始终保持良好的性能。该双聚泥浆失水量低，有较好的护壁除砂效果，润滑性能好，完全能满足钻进工艺的需要。

4堵漏剂的应用

在施工中遇到了地层漏失，消耗泥浆的现象。我们采用了改性石棉颗粒进行堵漏，取得良好效果。

改性石棉主要成份是温石棉，分子式：3MgO.2SiO2.2H2O和一部分聚合物加工制成改性石棉颗粒。

五、止水工作

本井是长期引用供水井，需做永久止水，我们采用了水泥止水。由于采用多重套管技术，要求下层套管高出变径处一米左右，泵入的水泥浆大于理论计算量，经检查止水效果良好。

六、几点体会

1采空区的施工一定要广泛的搜集资料，确保资料的准确性，用于指导我们的设计和施工。

2做好钻井的设计工作，井径设计时，一定给采空破碎区留出孔径变化的余量。在必要的时候通过变化孔径运用多重套管技术穿过复杂层。

3调整好泥浆性能，多备堵漏材料，采空区上部地层由于应力的变化会加剧裂隙的发育，更容易产生漏失。

4接近采空区时，最好用岩心管钻进，这样既可以了解地层又对孔壁有一定的保护作用，当遇到钻探事故时比牙轮钻头较容易处理。

5对这种复杂区可能出现的事故（卡钻、埋钻、钻井液全孔漏失）要有充足的思想准备，备好反丝钻杆、公锥、母锥等打捞工具，使事故能得到快速处理。

参考文献

[1]李世忠．钻探工艺学[M]．北京：地质出版社，1989．

中图分类号：P631

文献标识码：A