飛管隔離采空區(qū)技術(shù)在鉆井工藝中應(yīng)用

苗利偉，李訓(xùn)魁，王月國(guó)

（中國(guó)煤炭地質(zhì)總局 第二水文地質(zhì)隊(duì)，河北 邢臺(tái) 054000）

1 概況

郭二莊礦隸屬于冀中能源股份有限公司邯鄲礦業(yè)集團(tuán)，位于武安市西北約13 km 處，分一坑和二坑2 個(gè)坑口。一坑主采2 號(hào)煤，經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)采，一坑2 號(hào)煤資源漸趨枯竭，需開(kāi)采9 號(hào)煤延長(zhǎng)礦井開(kāi)采年限。開(kāi)采9 號(hào)煤需對(duì)奧灰導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行探查注漿治理，為此布置注1、注2 鉆孔進(jìn)行探查注漿工作。注2 孔在直井段，和2-1 分支分別鉆遇2 號(hào)和9 號(hào)煤兩層采空區(qū)，2 號(hào)煤埋藏較淺，根據(jù)已有資料在施工之初設(shè)計(jì)采用φ273 mm×8 mm 套管進(jìn)行了隔離。隔離后鉆進(jìn)至9 號(hào)煤層位發(fā)生漏失、進(jìn)尺快等現(xiàn)象，判斷此處為小煤窯采空區(qū)。采用注漿、填礫法對(duì)此段先后進(jìn)行了22 次封堵，持續(xù)近2 個(gè)月時(shí)間。封堵后每次掃孔仍發(fā)生漏失、塌孔現(xiàn)象，封堵效果較差。

已知在本區(qū)穿2 號(hào)煤采空區(qū)鉆孔有11 眼，只有1406 鉆孔通過(guò)封堵方式穿過(guò)采空區(qū)，云補(bǔ)1 鉆孔采用封堵的方式施工2 個(gè)月，未能成功封堵采空區(qū)，最終通過(guò)下管方式隔離采空區(qū)，其他鉆孔均采用頂漏鉆進(jìn)至煤層穩(wěn)定底板后下入套管隔離。為此，2-1 分支決定采用套管隔離技術(shù)來(lái)隔離采空區(qū)。在全孔下入套管需用φ219 mm 套管312 m，本孔為水平分支孔，2-1 分支施工結(jié)束后需自孔深185 m 處再次側(cè)鉆，必須將下入的φ219 mm 套管拔出才能施工其他分支孔，全孔下入套管影響后續(xù)施工。為此決定僅在采空區(qū)破碎帶下入部分φ219 mm 套管（即飛管）來(lái)隔離采空區(qū)，達(dá)到減少后續(xù)拔管和節(jié)約套管的目的。

2 工程情況

注2 孔位于郭二莊礦區(qū)西南部，2-1 分支在直井段的基礎(chǔ)上自小煤窯橫穿F4斷層進(jìn)入治理區(qū)域，鉆遇地層為第四系（Q）、二疊系上石盒子組（P2s）（下石盒子斷失）、山西組（P1s）、石炭系太原組（C3t）、本溪組（C2b）、奧陶系峰峰組。已知本區(qū)有山西組2 號(hào)煤采空區(qū)，太原組9 號(hào)煤采空區(qū)情況不詳。鉆孔設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)鉆孔結(jié)構(gòu)Table 1 Design drilling hole structure

3 鉆遇9 號(hào)煤采空區(qū)情況

2-1 分支自孔深182.67 m 開(kāi)始側(cè)鉆，采用φ245 mm 鉆頭定向鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至283.37 m 發(fā)生全漏失，水位埋深276 m。頂漏鉆進(jìn)至295.23 m，其中290～295 m 進(jìn)尺較快，地層硬度較軟，預(yù)想地層為9 號(hào)煤。經(jīng)井下電視觀(guān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，下部水質(zhì)清澈，水在流動(dòng)，周?chē)鸀檩^大孔洞，判斷為9 號(hào)煤采空區(qū)。采用注漿、填礫法準(zhǔn)備對(duì)此段進(jìn)行封堵，累計(jì)封堵22 次，持續(xù)時(shí)間近2 個(gè)月，注入水泥290 t，礫石8.6 m3，速凝劑0.4 t，鋸末0.55 t，候凝后下鉆具進(jìn)行探查，水泥面均在283.37 m 以上，掃孔至290 m 后均再次發(fā)生全漏失，效果較差。為盡快穿過(guò)采空區(qū)，準(zhǔn)備頂漏鉆進(jìn)9 號(hào)煤穩(wěn)定底板，采用飛管來(lái)隔離采空區(qū)。

4 飛管隔離采空區(qū)方案

4.1 鉆前準(zhǔn)備工作

（1）準(zhǔn)備漏失點(diǎn)以上15 m 至9 號(hào)煤穩(wěn)定底板長(zhǎng)度的套管，本孔準(zhǔn)備φ219 mm 套管52.26 m。

（2）加工1 個(gè)反扣套管頭來(lái)連接套管和鉆具，用鉆具將套管送至9 號(hào)煤穩(wěn)定底板，通過(guò)反轉(zhuǎn)鉆具將套管與鉆具分離。

（3）準(zhǔn)備海帶條3 組分纏繞在套管下深280 m 處（漏失點(diǎn)以上3 m 左右），為保證海帶不脫落，在套管上間隔50 cm 焊接卡箍，海帶用細(xì)鐵絲固定，海帶纏繞厚度為套管與孔壁間距的1/2，本孔為6 mm，如圖1 所示。

圖1 纏繞海帶示意Fig.1 Winding ribbons schematic

（4）準(zhǔn)備φ63.5 mm 鉆桿1 根，長(zhǎng)度1.8 m，在鉆桿頂部安裝分水接頭，水泥漿自此處流出。

（5）加工“棗核”狀中空木塞，木塞長(zhǎng)度1.5 m，木塞下端φ150 mm，上端φ180 mm，直徑最大處位于距頂端1/3 處，為220 mm，木塞中間穿過(guò)φ63.5 mm 鉆桿，木塞底端用φ140 mm 圓形鐵質(zhì)托盤(pán)穩(wěn)固，鉆桿與圓形托盤(pán)焊接形成一體，如圖2 所示。

圖2 木塞示意Fig.2 Wood stopper schematic

（6）配置足量的稠泥漿液，以懸浮沉沙為主。

（7）采用“穿鞋帶帽”法分2 次固井。“穿鞋”封閉采空區(qū)以下套管，受采空區(qū)積水流動(dòng)影響，只能封閉9 號(hào)煤底板至套管底部，封閉深度295～311.99 m，孔壁擴(kuò)大系數(shù)為1.1，采用管內(nèi)外均衡法固井，管內(nèi)外水泥高度相同，管壁體積忽略不計(jì)，需要水泥漿體積V穿鞋=0.785 4×（311.99-295）×（0.245×1.1）2=0.97 m3。

“帶帽”封閉深度280 m 至套管頂部的環(huán)狀間隙。封閉段長(zhǎng)度280-261.73=18.27 m，需要水泥漿體積V帶帽=0.785 4×18.27×（（0.245×1.1）2-0.2192）=0.36 m3。

4.2 施工過(guò)程

（1）下鉆至孔底，采用φ245 mm 鉆頭大泵量頂漏鉆進(jìn)至9 號(hào)煤采空區(qū)穩(wěn)定底板后繼續(xù)鉆進(jìn)5～10 m 沉沙段，鉆進(jìn)至316.16 m 鉆具旋轉(zhuǎn)阻力增大，起鉆至260 m 停泵30 min 穩(wěn)定孔內(nèi)漿液，再下鉆探查沉沙砂面，鉆具順利下至孔底，孔內(nèi)無(wú)沉沙。若孔內(nèi)有沉沙，則通過(guò)稠泥漿沖掃鉆孔將大顆粒排至采空區(qū)內(nèi)，小顆粒通過(guò)泥漿懸浮。

（2）按表2 順序連接套管，連接反扣螺絲頭、正絲鉆具，下送套管至9 號(hào)煤穩(wěn)定底板311.99 m，311.99 m 以下為沉沙，套管不能再下入。

表2 套管下入明細(xì)Table 2 The casing pipe running details

（3）配置比重1.7～1.8 g/cm3的水泥漿液，通過(guò)泥漿泵輸送1 m3水泥漿至套管底部進(jìn)行“穿鞋”作業(yè)，候凝12 h 探水泥面，孔內(nèi)無(wú)水泥繼采用此法續(xù)注水泥，直至孔內(nèi)有水泥后開(kāi)始“帶帽”作業(yè)。

（4）將木塞與鉆具連接后下送至套管頂面，將木塞緩慢塞入φ219 mm 套管中，按照“穿鞋”設(shè)計(jì)2 倍漿液，通過(guò)分水接頭將漿液緩慢注入孔內(nèi)，通過(guò)水泥緩慢下沉進(jìn)入套管與孔壁之間，穩(wěn)定2 h 后，拔出木塞。

（5）候凝48 h 后孔內(nèi)注滿(mǎn)清水，采用壓差法檢驗(yàn)止水效果，若水位下降不滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)，按照步驟4 再次注漿直至止水效果合格。

5 結(jié)論

（1）通過(guò)封堵采空區(qū)耗時(shí)長(zhǎng)，費(fèi)用高，無(wú)效果或效果差。

（2）通過(guò)2-1 分支施工驗(yàn)證，“飛管”隔離采空區(qū)工藝較采用填料堵漏效果好，時(shí)間成本較低，能夠快速封堵采空區(qū)，且能夠節(jié)約套管，方法切實(shí)可行，在以后的工作中可以推廣。