擬流場測漏在測定不同含水層之間水力聯系的應用

羅江發

摘要：擬流場測漏技術，具有對含水構造、含水巖體有良好的反映，可以分析判明構造帶、巖體是否含水，以及含水層間的水力聯系。本次應用是為了探測潘北礦區煤系地層與太原組灰巖是否存在水力聯系，指導井下安全掘進和開采。通過鉆孔十西C3I-2、十西C3I-1之間不同深度處電流場的分布特征來判斷各層位之間的水力聯系，為評價底板巖溶含水層與周邊煤系地層水力聯系程度提供依據。

關鍵詞：測漏；鉆孔；含水層；水力聯系；

中圖分類號：TD82文獻標識碼：A文章編號：1674-3520（2014）-06-00285-02一、不同鉆孔間擬流場測漏工作原理及工作布置

擬流場測漏法的基本原理：由于水流場與電流場的勢場分布具有相似性，而且描述兩者的數學物理方程在形勢上也是一致的，加之導水通道具有良好的導電性，所以通過測量電流以及電位差在井間的分布規律反推不同層位地下水的連通性，為評價煤炭安全開采提供科學依據。該方法在水利工程中已得到成功應用。

基于上述探測原理，在潘北礦十西C3I-2與十西C3I-1鉆孔之間進行擬流法測漏工作。主要測試十西C3I-2孔太灰地層與十西C3I-1孔太灰地層的連通性。

井1中放置供電電極A，井2中放置供電電極B。

首先固定電極B不動，由絞車1控制電極AMN由上而下或者由下而上進行連續測量，可以測出井1中不同深度AB之間的電流值。

然后將B固定在不同的位置，由絞車1控制電極AMN由上而下或者由下而上進行連續測量。

重復上面的步驟。直到井2中不同層位均參與了測量。

在兩孔間進行測量時，首先確定一個孔況較好的鉆孔放置AMN作連續測量，另一孔則放置B電極。并根據兩孔的柱狀圖初步確定B極測點間隔約30m～50m，在測量前，根據鉆孔施工情況（如漏水位置）及測量過程中的測量結果對電極B進行加密，其中漏水部位加密3個測點以上。

圖1鉆孔平面示意圖

（一）第一次工作從2010年2月20日——2月22日進行了一輪擬流場測漏工作。完成工作量見表1。

表1 第一次擬流場測漏B極布置深度表

（二）第二次工作從2010年3月14日——3月16日進行了一輪擬流場測漏工作，完成工作量見表2。

表2 第二次擬流場測漏B極布置深度表

二、現場情況及保障措施

（一）現場測試時，各鉆孔現狀如下：

1、十西C3I-1孔現狀：

截至2月20日鉆進深度達到約628m處，新生界地層已經下套管，煤系地層為裸井，深度在409m-628m為主要施測段。

截至3月14日鉆進深度達到約674m處，新生界地層和煤系地層已經下套管，太灰層位為裸井，深度在640m-675m。

2、十西C3I-2孔現狀：

截至2月20日鉆進深度達到約770m處，新生界地層和煤系地層已經下套管，太灰層位為裸井，深度在740m-770m。

截至3月14日鉆進深度達到約780m處，新生界地層和煤系地層已經下套管，太灰層位為裸井，深度在740m-780m為主要施測段。

（二）保障措施：

1、測試安排：測量時電極必須由下而上進行測試。

2、工程措施：

（1）掃孔：保證電極能順利放入井中。在測試期間若發現異常現象，對鉆孔進行掃孔。

（2）若夜間停止測試，將電極提升出孔口，第二天測試時，先下電極，若電極遇阻，則進行掃孔。

（3）掃孔時加強泥漿管理，提高泥漿濃度。

三、數據分析與解釋

（一）第一次測試分析

通過對鉆孔十西C3I-2灰巖地層與十西C3I-1煤系地層（前一個為B極孔，后一個為測量孔）之間的測試，得到擬流場電流曲線共3條（見圖3），通過分析得到如下解釋：

十西C3I-1孔作測量孔，十西C3I-2放置供電B極，每次移動10m，從740m-770m，-765m、-755m和-745m處時得到3條電流場曲線（圖3）。

分析十西C3I-1孔擬流暢測漏的曲線特征。從圖2中可以看出2孔灰巖層對1孔煤系地層分層明顯，煤層總體表現為電流下降的趨勢。

綜上，在煤系地層，電流值會以明顯的低電流值出現，電流最低可以達到90mA，而在某些煤系地層則會出現電流的抖動，在泥巖、砂巖層處電流值一般呈現較大數值，在130mA左右。

圖2 十西C3I-1孔電流曲線分析

圖3十西C3I-1與十西C3I-2電流曲線

（二）第一次測漏鉆孔十西C3I-1與十西C3I-2層位對比分析

對比分析鉆孔十西C3I-1和十西C3I-2孔：由測漏電流曲線得出以下三點認識：

1、所有曲線電流值界于90～140mA之間，說明兩孔地層差異性較大，如巖層破碎、不密實、含水少等。

2、巖心顯示兩口井煤系地層層位差異大，說明有斷層經過或沉積環境不同，需要綜合分析。

（三）第二次測試分析

通過對鉆孔十西C3I-1灰巖地層與十西C3I-2灰巖地層（前一個為B極孔，后一個為測量孔）之間的測試，得到擬流場電流曲線共4條（見圖7），通過分析得到如下解釋：

十西C3I-2孔作測量孔，十西C3I-1放置供電B極，每次移動10m，從-674m-645m，-674m、-664m、-654m和-644m處時得到4條電流場曲線（圖5）。

分析十西C3I-2孔擬流暢測漏的曲線特征。從圖4中可以看出2孔灰巖層對1孔灰巖層對分層明顯，太灰地層總體表現為電流下降的趨勢，即水力聯系較差，但個別薄層位有較高的電流值，表明其導電性較好，即兩層灰巖之間的夾層為泥質砂巖、泥巖或炭質泥巖，與水有聯系，一般為隔水層。

整體上來看當遇到灰巖時，電流值會明顯的降低，分層明顯。細節上來看，太灰巖地層上有明顯的低電流值特征，各灰巖成層非常分明，與其他巖性導電性差別明顯，表明灰巖致密，導電性差，與水聯系也差。

綜上所述，在致密灰巖，電流值會以明顯的低電流值出現，電流值最低為80mA，而在破碎灰巖處則會出現電流的抖動，在泥巖、砂巖層處電流值一般呈現較大數值，在130mA左右。

圖4十西C3I-2孔電流曲線分析

圖5十西C3I-1～十西C3I-2電流曲線

（四）第二次鉆孔十西C3I-2—十西C3I-1層位對比分析

對比分析鉆孔十西C3I-2和十西C3I-2孔：由測漏電流曲線得出以下三點認識：

1、所有曲線電流值界于75～145mA之間，說明地層電性差異較大，如泥巖層、砂巖層和灰巖層都表現出不同的特征。

2、巖心顯示兩口井煤系地層層位差異大，說明有斷層經過或沉積環境不同，需要綜合分析。

3、十西C3I-2孔灰巖地層與十西C3I-1灰巖地層存在弱水力聯系，各灰巖層之間存在層間裂隙水，顯示較大的電流值，灰巖地層有溶蝕發育。尤其十西C3I-2孔C33灰巖與十西C3I-1孔灰巖可能存在較弱水力聯系。

五、結論

通過在十西C3I-1與十西C3I-2孔之間進行擬流場測漏表明：十西C3I-1孔煤系地層與十西C3I-2灰巖地層之間無水力聯系；兩孔同一組灰巖地層水力聯系弱，說明該區域巖溶水的流動性與滲透性差,后經過十西C3I-1孔C3I組灰巖含水層抽水實驗，觀測十西C3I-2孔水位變化情況，由于十西C3I-1孔C3I組灰巖含水層水量很小，十西C3I-2孔水位基本無變化，與測試結果基本吻合。

由于煤層之間有泥頁巖存在，其間含有束縛水等因素也表現為高電流值特征，給測試數據分析造成一定的干擾，且處在野外工作條件下，不可避免會存在干擾，所以還需要綜合分析。