关键词：地面钻探；治理；断层带
1概况
某矿按照施工要求要过F1断层带，根据F1断层含导水性探查成果报告以及其它综合资料，F1断层带岩性成分复杂，构造破坏严重，主要岩性为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩及中砂岩等。岩芯多破碎严重，多呈糜棱状，泥岩揉搓现象明显，胶结性差，见较多裂隙，局部裂隙被方解石脉充填，反映了断层形成时的压剪性质。
据以往钻孔资料，F1断层破碎带无漏水现象，泥浆消耗量在0.5m3/h以下。三次F1断层带抽水试验单位涌水量q=0.00024～0.0039L/（s.m），F1断层带在潘北井田区的煤系层段含、富水性总体较弱。恢复水位较抽水前静止水位低且恢复很慢，表明在煤系层段导水性差，但在灰岩层段导水性可能有所增强。
2主要任务
勘探工程处按照要求进行地面钻探及注浆等任务，同时兼顾断层导水性探查，首先我们完成F1断层地面注浆治理技术方案和施工组织设计审查。根据要求，勘探工程处认真组织编写了地面注浆治理技术方案施工组织设计，并组织了审查批复。工程设计主孔3个、注浆分支孔16个、勘探分支孔1个（控制各煤层层位的非注浆孔），共20个孔。设计总钻探工程量为5433m，设计总注浆量为1.8万m3,水泥量1.15万t，预计总工期180天。
3 钻探施工
3.1 工程范围及工程量
3.1.1 工程范围
按照要求在大巷上80m、下50m，两巷道水平外延50m范围内，以及两巷道过F1断层带边缘往北东沿巷道外延80m、往西南方向沿巷道外延50m范围内，治理范围为长约186m、宽约145m、高约183m的立体注浆区域。
3.1.2 钻探工程量
完成地面主孔3个，注浆分支孔8个，勘探分支孔1个，钻探总进尺4109.23m，其中直孔段2142.9m，造斜段1966.33m。设3.1.2开完工日期、终孔深度、层位
3.2钻探施工工艺
3.2.1钻井结构
3个主孔均为二开结构，一开孔径Φ245mm，0~520m下Φ177.8×9.19mm石油套管；二开孔径Φ152mm，裸孔；分支孔结构为孔径Φ152mm，裸孔。
3.2.2泥浆工艺
本次施工钻孔泥浆配制以防塌、防漏为目的，使用优质化学泥浆，以保证正常钻进，提高钻效。
配浆材料：膨润土、碱粉、纤维素、腐植酸钾。
性能指标：密度1.06～1.1g/cm3 ，漏斗粘度22～28s ，失水量＜10ml/30min，含砂量小于0.4％，PH值8～9。
泥浆性能维护：固相清理采用机械净化、人工捞砂和长槽沉淀三种方法同步进行，其中以机械除砂为主，人工捞砂和长槽沉淀为辅，保持和稳定泥浆的性能，达到良性循环。不在易垮塌井段循环处理钻井液，控制起下钻速度，防止因压力波动造成井壁失稳。
钻进期间孔壁稳定无坍塌缩径现象，无井漏现象，确保了钻孔质量。
3.2.3钻进参数
直井段采用典型的“钟摆钻具组合”和轻压吊打的钻进方式，防斜打直，为后期施工奠定良好基础。定向施工采用随钻测斜的方式控制井眼轨迹，根据施工情况及时调整钻进参数，满足设计要求，钻孔质量合格。
3.3 分支孔定向钻进工艺
8个注浆分支孔、1个勘探分支孔均采用定向技术钻进，采用随钻测斜仪控制井斜及方位，严格按照井眼设计轨迹施工，定向钻进过程中，及时进行轨迹的更改、预测，确保了孔斜数据的准确性。
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3.3.1 定向施工
在钻进过程中，通过随时注意观察扭矩、泵压的变化，发现问题及时分析、解决；变换钻压来调整钻具受力情况；每钻进完单根划眼1～2次，以保证井眼平滑、及时清除井底岩屑；定期进行短起下钻、通井等措施，保证斜井段的顺利钻进，各分支孔实际靶点与设计靶点平距差均在设计范围内，定向施工满足设计要求。
3.3.2 定向工艺
1）造斜段工艺
造斜段分为两段：第一段为侧钻阶段，侧钻采用“控时控压”的方式，侧钻前期控制在1h/m，后期根据捞砂结果逐渐提速。第二段为侧钻成功后的增斜井段，增斜段前期采用多定向少复合的方式，待井斜增至6°以后逐渐加大钻压，根据定向设计快速增斜。
2）降斜段工艺
降斜段原考虑通过调整钻具组合增加扶正器的方式来自然降斜，但根据现场钻机能力和钻进过程中需要穿过煤层、断层等复杂情况，最后选用了常规定向降斜的钻具组合，通过降低斜率来保证孔内安全。
3.4钻孔测井
3.4.1测井方法
采用PSJ型数字测井仪进行常规数字测井（视电阻率、自然伽马、人工放射性）以及井径测井，测井曲线清晰，无畸变，解释成果可靠。
直孔采用JJX-3DA测斜仪进行测斜，分支孔采用郑州士奇MWD无线随钻测斜仪跟踪测斜，终孔后部分分支孔采用JJX-3DA测斜仪进行孔斜验证。
3.4.2测井工程量
除注2-1分支孔外，其它钻孔（11个）共完成了常规数字测井14次，累计工程量为3870m；3个主孔及2个分支孔共完成测斜工程量为2707m；3个主孔完成井径曲线测井工程量为2132m；9个分支孔随钻测斜。
3.5地质及水文地质工作
3.5.1简易水文观测
3个主孔及其分支孔施工均采用泥浆钻进，未发生漏失现象。其中注2孔组自第五次注浆（2019年8月16日）后一直有涌水现象，水量0.03m3/h～0.8m3/h。
3.5.2抽水试验
为验证该区域注浆效果，对本工程最后施工的注2-5分支孔进行了1次最大降程的简易抽水试验，设备采用100QJ2-230/45深井泵，抽水目的层段孔深520～730m，层厚210m，Φ152mm孔径。
静止水位观测：从10月7日13:00～17:00观测静止水位，洗井后孔口一直涌水，采用压力表观测水位，压力表压力稳定在0.8MPa，孔口至压力表高度1.5m，推算静止水位埋深为-81.5m，标高为+103.689m。
抽水时间历时45个小时，获得水量、水位、水温、气温观测数据计254个，其中水量25个、水位180个、水温37个、气温12个。
根据抽水试验数据计算获得单位涌水量（q）4.76×10-4L/(s.m)，利用稳定流裘布依公式计算获得的渗透系数（K）1.65×10-4m/d、影响半径R=30.006m作为评价该区内富水性判断的依据。
抽水试验证明，注该区域浆加固后，注浆层段水量较少，注浆加固效果明显，达到设计目的。
3.6固管及注浆孔终孔封闭
3.6.1固管
3个主孔一开孔深0~520m，Φ245mm孔径，均下置Φ177.8×9.19mmN80石油套管，套管与孔壁间环形间隙采用32.5矿渣硅酸盐水泥23t进行固井，水泥浆密度1.6g/cm3，孔口返出水泥浆，固井结束。固井严格按设计要求施工，孔口返浆正常，水泥浆密度控制均匀，固井质量满足注浆施工要求。
3.6.2 终孔封闭
3个钻孔的最后1个分支孔注浆结束后，注浆水泥浆灌满至孔口，视为对主孔进行了全封闭工作，故不再进行封孔施工。
4 结束语
地面钻探施工钻孔并进行注浆是治理井下大断层尤其是大断层群的有效手段，钻探技术是做好这些工作的基础，因此，必须加强对钻探技术的总结与研究，为以后的类似工作提供参考和依据。
论文作者:周永引
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第19期
论文发表时间:2020/3/16
标签：断层论文; 分支论文; 注浆论文; 钻孔论文; 泥浆论文; 水位论文; 地面论文; 《科学与技术》2019年第19期论文;