福建煤田復雜鉆孔漏失治理的實踐與探討

李 宏

(福建省第二地質勘探大隊，福建 永安366000)

“十一五”以來，我隊在“攻深找盲、探邊摸底”的武夷山成礦帶深部找礦工作中，依靠探礦科技進步，通過持續(xù)開展鉆探科研與技術攻關，不斷解決鉆遇難題，先后承擔了煤田勘探鉆探工作量130697.12 m，其中孔深＞800 m的鉆孔59個，進尺55854.87 m，保證了地質找礦任務的實現。筆者根據長期的煤田鉆探實踐，在回顧、總結福建煤田鉆孔漏失治理情況的基礎上，探討進一步解決復雜鉆孔漏失治理難題的思路與對策。

1 福建煤田地層及其鉆探特性

福建煤田地層的沉積環(huán)境由于多次遭受構造運動破壞，巖層變換頻繁、煤層薄而多，斷層、褶皺發(fā)育，致使煤系地層巖石的完整性、穩(wěn)定性差。主要鉆探技術難題是:上部松軟巖層、斷層破碎帶、童子巖組煤系地層等復雜孔段的孔壁穩(wěn)定性維護，各巖組地層斷層接觸帶、地層裂隙發(fā)育段(梨山組、翠屏山組和童子巖組等)等鉆孔漏失治理，翠屏山組底部存在約40 m厚的硅質石英砂巖鉆效低等(見表1)。

表1 福建煤田主要地層及其鉆探特性(以漳平市東山岐－赤洋埔礦區(qū)為例)

2 福建煤田鉆孔漏失的危害

在福建煤田鉆探工程實踐中，鉆孔漏失常常導致鉆進工作無法安全、順利開展。鉆孔漏失對鉆探生產帶來的主要危害是:孔內不穩(wěn)定層失去泥漿護壁而引起的坍塌、掉塊，嚴重者釀成孔內卡鉆、埋鉆事故，甚至鉆孔報廢;漏失層上部孔段鉆桿柱得不到有效潤滑，磨損加劇，阻力增大，影響鉆進規(guī)程的發(fā)揮;泥漿性能難以保證，孔內巖粉不易排除，泥漿成本高，鉆進效率低等。表2是存在復雜漏失層鉆孔的主要鉆探技術經濟指標，從表2看出，存在復雜漏失層鉆孔的鉆探技術經濟指標很不理想。

表2 復雜漏失層鉆孔的主要鉆探技術經濟指標

3 典型鉆孔復雜漏失層的堵漏實踐

我隊經過多年的研究與試驗，基本上形成了煤系地層泥漿體系:相對比較完整、穩(wěn)定地層采用PHP無固相沖洗液，并加入適量高效潤滑劑(2～2.5 kg/m3);復雜地層使用低固相泥漿(優(yōu)質粘土、PHP、CMC)，漏失地層添加堵漏劑。只要沒有鉆孔漏失的存在，或鉆孔漏失的問題可以得到有效的解決，多數復雜地層均可采用泥漿維護鉆孔孔壁穩(wěn)定，保證鉆進順利進行。同時，通過開展鉆頭、鉆進參數、工藝措施等技術優(yōu)化組合研究，也有效地解決了硅質石英砂巖鉆效低的問題。

3.1 大田石獅崎ZK1402孔漏失治理

3.1.1 童子巖組(225～770 m)漏失層治理

2008年7月17日開孔，鉆至341 m孔內出現全漏失，頂漏鉆進至348.15 m，使用水泥(150 kg)堵漏，返水正常。繼續(xù)鉆進至390.52 m地層破碎，再次漏失，采用灌水泥漿堵漏無效后，頂漏鉆進至394.79 m(水位在49.1 m)，于2008年9月18日灌水泥(200 kg)漿堵漏。由于灌注工藝不當，發(fā)生鉆桿與89 mm套管擠粘并把89 mm套管帶起的事故。事故處理后，再灌水泥150 kg+木屑3 kg+少量麻絲漿液，掃水泥至364.10 m時發(fā)生卡鉆事故，采用反、頂、滅等方法處理無效，于2008年11月30日移孔重新施工。

2009年2月24日重新施工至392.30 m孔內出現漏失，水位超100 m。先后使用3 kg 803堵漏劑+木屑、水泥200 kg+木屑6 kg等材料堵漏無效，頂漏鉆進至399.92 m，連續(xù)幾次灌注水泥(400 kg)漿堵漏。通過在水泥漿中添加木屑10 kg+麻袋2只(斷成寸長)，最后在380.26 m處遇水泥面，水位升至8.10 m。

鉆至434.03 m取上的巖心有裂隙，439.10 m再次漏失，水位降至125.50 m。每班2～3次使用803堵漏劑+木屑隨鉆堵漏、頂漏鉆進至518.65 m后，使用水泥150 kg+木屑2 kg+麻袋0.5只(斷成寸長)漿液堵漏，孔內返水正常。

3.1.2 童子巖組與棲霞組接觸帶漏失治理

孔深573.45 m時，鉆遇裂隙全漏失，投803堵漏劑+木屑+PHP干粉堵漏，返漿正常，順利施工至802.24 m終孔。

3.2 大田桃舟南礦區(qū)鉆孔漏失治理

礦區(qū)0～740 m巖性以泥巖、細粉砂巖、砂質泥巖、細砂巖為主，含較多星散狀菱鐵質鮞粒;740～940 m巖性以泥巖、砂質泥巖為主，含少量菱鐵質結核及化石;940～1011.77 m巖性為灰?guī)r。主要斷層有 F2、F1、F1'裂隙發(fā)育漏失。

3.2.1 大田桃舟南ZK3203孔

3.2.1.1 淺部漏失治理

54.75～66.37 m，裂隙漏失量約 40 L/min，150 kg+木屑5 kg漿液堵漏，返水正常。

74.9 ～90.96 m，小裂隙、漏失量約20 L/min，使用803堵漏劑+木屑等堵漏，返水正常。

3.2.1.2 中部長孔段漏失治理

218.74～220.06 m，砂巖，地層破碎，裂隙較大，不返水，水位從12 m降至180 m。第一次使用水泥150 kg，無效;第二次使用水泥150 kg+木屑5 kg+少量河沙漿液，無效;第三次使用水泥100 kg+木屑5 kg+少量河沙+麻袋一個(斷成30 mm左右)，做成水泥球后送入孔內，下鉆擠壓、搗實，返水1/3，漏失量約40 L/min，水位升至26 m。

225.83～230.5 m地層破碎，漏失、水位降至180 m。頂漏鉆進至230.5 m開始采用水泥球堵漏，使用材料與效果:第一次水泥100 kg+木屑5 kg+少量河沙+麻袋一個(斷成30 mm左右)，無效;第二、第三次水泥150 kg+纖維，均無效。自2009年7月14～24日多次使用水泥150 kg+水泥袋30個+木屑5 kg+海帶6 kg+少量河沙做成水泥球后送入孔內，下鉆擠壓、搗實，最后又使用水泥(250 kg)漿加固，水位升至12 m。

257.8 m砂巖，地層破碎，裂隙較大，不返水，水位90 m，使用803堵漏劑+木屑+水泥袋等惰性材料堵漏，少量返水。

264.42～266.14 m，孔內不返水，水位110 m。采用水泥250 kg+木屑5 kg漿液堵漏，返水到孔口，補灌150 kg水泥漿。

286.22～309.53 m，砂巖，裂隙發(fā)育，全漏失，用803堵漏劑+木屑+水泥袋等惰性材料堵漏，少量返水。鉆至303.10 m，不返水、水位140 m，使用水泥300 kg+木屑6 kg+麻袋一個(斷成30 mm左右)漿液堵漏、水泵憋壓，水位升至60 m。

310.65～331.17 m，間斷返水，多次使用803堵漏劑+木屑水泥袋+麻袋+海帶等惰性材料堵漏，少量返水;鉆至331 m，孔內不返水，水位降至120 m，使用803堵漏劑+木屑+麻袋+海帶等惰性材料堵漏，水位升至17 m。繼續(xù)鉆進至437.75～454.73 m，漏失量從80 L/min到全泵漏失，水位降至120 m，分析判斷為上部331 m處漏失，頂漏鉆進至461.65 m，在340 m架橋，灌水泥(300 kg)漿堵漏，水位升至16 m。

3.2.1.3 深部漏失治理

503.40～975.56 m裂隙、漏失量約110 L/min，使用803堵漏劑+木屑+麻袋等惰性材料堵漏，無效。自506.26 m起，反復多次使用803堵漏劑、水泥+木屑+麻袋+海帶等惰性材料堵漏，控制水位在45～75 m之間，使用泥漿頂漏鉆進。由于水源水不夠，等水現象嚴重，每天僅施工2～3回次，多數進尺不足5 m。

975.56 m孔內不返水，水位降至97 m，頂漏鉆進至1011.77 m終孔。

3.2.2 大田桃舟南ZK3001孔

3.2.2.1 淺部砂巖破碎帶(74.77 ～97.37 m)漏失擴孔下套管隔離

鉆至74.77 m遇砂巖破碎地層，水位從9.5 m降為25.5 m，不返水。頂漏鉆進至83.84 m，先后二次用S71鉆桿做導管灌水泥(用量250、200 kg)漿堵漏，掃水泥后孔內全漏失，頂漏鉆進至86.15 m，擴孔重新下89 mm套管85.09 m。由于套管沒有全部隔離漏失層，依然全漏失，頂漏鉆進至97.37 m，再用S71鉆桿做導管灌150 kg水泥漿堵漏無效后，采取投100 kg水泥球擠壓+100 kg水泥漿堵漏。掃水泥至87.40 m，返水量開始減少，89.60 m全漏失，頂漏掃水泥至97.37 m，再次擴孔下89 mm套管至92.52 m隔離漏失層位，返水正常。

3.2.2.2 中部砂巖破碎、裂隙發(fā)育地層(217.50～245 m)漏失治理

217.50～218.3 m返水逐漸變小，225.30 m不返水，水位從24 m降為55 m，用S71鉆桿做導管灌注植物膠(液體)10 kg+木屑2 kg堵漏，返水正常;鉆至240.64 m，再遇孔內漏失，采用上述方法堵漏?？咨?76.31 m時，217.50～245 m重新出現漏失，在246 m處架橋，灌入水泥(200 kg)漿堵漏，返水50%。

3.2.2.3 中深部漏失層治理

(1)285～547.60 m孔段，巖性以細粉砂巖、砂質泥巖為主，地層破碎、長孔段裂隙發(fā)育，返水很小，采用803堵漏劑+木屑+海帶等惰性材料隨鉆堵漏(用S71鉆桿做導管，把攪拌均勻的漿液從鉆桿口倒入，泵送替漿到位后，靜置20～30 min;補灌803堵漏劑，送水循環(huán)，正常后開始鉆進)，每班進行2～3次。

(2)鉆至547.60 m，全漏失，頂漏鉆進至561.04 m，灌水泥(300 kg)漿堵漏無效后，補灌水泥(300 kg)漿，水位升至20.1 m，并順利施工至950.88 m終孔。

3.3 永安張家山ZK001孔

3.3.1 261.69 ～339.21 m 漏失孔段治理

巖心有小裂隙，沖洗液消耗約70 L/min，采用803堵漏劑+木屑漿液堵漏，沖洗液消耗量降至20～50 L/min。鉆至340 m，全泵漏失，灌水泥(100 kg)漿堵漏，下鉆掃孔在330 m遇水泥液面，返水正常。

3.3.2 468.75 ～496.97 m 漏失孔段治理

巖心破碎，小～中等裂隙發(fā)育:468.75 m漏失量40～90 L/min;475.85 m開始全漏失，水位22.90 m，孔口可清晰聽到水流聲音;475.85～490.01 m，巖心非常松散破碎，呈松散顆粒狀，為斷層充填物。先后采取以下堵漏措施(見表3)無法解決漏失問題，采用低固相泥漿(使用2臺泥漿攪拌機配漿)頂漏鉆進至900.32 m終孔，總計消耗粘土92 t。

3.4 其它典型鉆孔漏失治理

3.4.1 安溪舉口ZK1501孔

(1)304.52～319.4 m，灰?guī)r，小裂隙，全漏失。灌水泥(150 kg)漿堵漏無效;鉆至319.40 m再灌水泥300 kg+木屑2 kg漿液堵漏，返水正常。

(2)843.70～875.80 m，砂巖，小 ～中裂隙發(fā)育，全漏失。采用水泥200 kg+木屑3 kg漿液堵漏，少量返水;使用803堵漏劑+木屑堵漏，效果不明顯;鉆至875.80 m灌注水泥250 kg+木屑3 kg+麻袋0.5只(斷成寸長)漿液沒有堵住后，改用“LHDLX堵漏王”堵漏，水位由37.8 m升至10.8 m。

(3)1177.61 m，棲霞組灰?guī)r，20 cm空洞，全孔漏失?？紤]上部地層完整、孔深、堵漏有難度，且臨近終孔，采用頂漏鉆進方法，施工至孔深1217.10 m終孔。

3.4.2 清流白塔ZK3601孔

鉆至364.48 m，地層破碎，裂隙漏失，不返水，水位28.3 m。使用803堵漏劑+PHP+木屑等惰性材料堵漏，不返水;頂漏鉆進至396.27 m，使用803堵漏劑+木屑+云母片等惰性材料堵漏，水位升至1.5 m，返水正常，采用泥漿順利施工至終孔。

3.4.3 大田華溪西ZK1602孔

139.5 m開始漏水，水位85 m，頂漏鉆進至144.37 m，用 S71鉆桿做導管灌100 kg水泥漿堵漏，返水正常，水位升為9.3 m。

202.26～211.55 m，地層破碎，裂隙發(fā)育，使用803堵漏劑+PHP+木屑等惰性材料隨鉆堵漏，無效。頂漏鉆進211.55 m，全漏失，水位降為79.20 m，用S71鉆桿做導管灌水泥(100 kg)漿堵漏，掃孔到底，不返水;再灌水泥150 kg+木屑2 kg漿液堵漏，返水正常，水位升為14.15 m。

251 m～終孔長漏失段治理。鉆至251 m發(fā)生全漏失(水位53.20 m)，于孔深253.18 m灌水泥150 kg+木屑2 kg漿液堵漏，返水50%;253.18～761.98 m長孔段裂隙發(fā)育，多處發(fā)生不同程度的漏失，使用803堵漏劑 +PHP+木屑等隨鉆堵漏;761.98 m開始全漏失(水位106.95 m)，頂漏鉆進至766.54 m，用S71鉆桿做導管灌水泥(150 kg)漿堵漏，在723 m遇水泥液面，掃孔到底返水60%(水位升至68.30 m)，繼續(xù)使用803堵漏劑+木屑等隨鉆堵漏至833.20 m終孔。

3.4.4 漳平赤洋埔ZK6401孔

該孔鉆遇88.26～886.73 m長孔段破碎、裂隙地層漏失，漏失量中等～大。88.26～118.88 m，水位48.30 m，采用灌水泥(150 kg)漿堵漏后，返水正常，水位升為22.05 m;118.88～886.73 m，地層比較破碎復雜，使用803堵漏劑、木屑、云母片、棉花殼、麻絲等材料隨鉆堵漏，每班2～3次，保證了鉆孔的正常施工。

4 福建煤田鉆孔漏失治理的探討

綜上所述，鉆孔漏失治理是福建煤田深孔鉆探關鍵性技術難題，能否快速、有效地解決這一難題，直接關系到地質找礦成果的實現和效益。

4.1 福建煤田漏失層的主要特征

(1)具有多孔隙、高滲透性的風化帶、破碎帶和具有天然裂隙的斷層、節(jié)理等是2種主要的漏失地層。地層的破碎程度、孔段長度、孔(裂)隙的大小與開放情況、地下水的活動等決定了應選擇的堵漏方法與工藝，也反映了漏失層治理的難易程度。

(2)部分深孔在淺～中部孔段鉆遇洞穴、巖溶地層，坑道老窖、礦渣堆等嚴重漏失層。這類地層的漏失采用常規(guī)的堵漏方法與工藝(如灌注水泥漿、惰性材料充填等)往往是無效的，通常需下套管隔離。

(3)目前，繩索取心鉆進是我隊煤田勘探的主要工藝，較小的鉆桿柱與孔壁環(huán)狀間隙形成人工機械壓裂作用產生的地層裂隙在所難免，其漏失基本為滲漏～微漏，不必專項治理。

(4)由于福建煤田勘探主要位于山區(qū)，地形高差變化較大，普遍存在地下水徑流。較強的地下徑流增加了鉆孔漏失治理的難度。

4.2 復雜鉆孔漏失治理效果不佳的原因

總結福建煤田鉆孔堵漏的實踐，一次性采取措施解決鉆孔漏失的案例不多，常常是通過堵漏措施保證孔內水位達到泥漿護壁需求后采取“頂漏鉆進”，并存在堵漏工藝措施不當造成嚴重孔內事故的現象。主要原因如下。

(1)沒有認真調查、分析漏失層的特征，盲目選擇堵漏方法與工藝。具體表現是:

①堵漏材料顆粒太大或太小，無法進入或充填裂隙、孔隙、孔洞等漏失通道，如圖1所示為纖維材料過大;

圖1 漳平東山崎礦區(qū)ZK7001孔258～267 m孔段堵漏水泥心(問題:纖維材料過于粗大，混合不均)

②地層破碎，堵漏材料進入、填充漏失通道形成的堵漏隔離層薄或強度低，在外力作用下堵漏隔離層遭受破壞重新引發(fā)漏失;

③架橋填塞法堵漏的多種堵漏材料級配不合理，無法實現“塞得進、填得實、封得密”的要求;

④水泥漿等充填固結法堵漏，采用的機具不當、壓漿水過多或不足等致使堵漏材料不能在漏失孔段留置、進入漏失通道或凝結固化。

(2)堵漏水平低、經驗不足，對堵漏新技術、新材料(如803堵漏劑、LHDLX堵漏王等)的特性與使用方法沒有足夠的了解與掌握。

(3)后續(xù)操作失誤，致使堵漏成果遭受破壞，甚至引發(fā)嚴重的孔內事故，如掃水泥下鉆過快、清渣不足等造成的卡、埋鉆事故屢見不鮮。

(4)鉆孔結構設計不合理，套管下入深度不夠，鉆遇洞穴、巖溶地層，坑道老窖等嚴重漏失層時重新提套管擴孔或花費大量時間護壁堵漏，嚴重影響施工效率，如大田桃舟南ZK3001孔。

4.3 提高漏失層治理效果的思路與對策

針對福建煤田漏失層的主要特征，結合具體的堵漏經驗，筆者認為提高漏失層治理效果的思路是:防止堵漏材料被地下水沖走或稀釋，有效填塞、封閉漏失通道?；緦Σ?不必過多關注漏失量的大小，關鍵要注意漏失層的地層特征及地下徑流情況。

4.3.1 架橋填塞法堵漏

架橋填塞法堵漏其實是“大顆粒架橋、小顆粒填縫、泥皮封塞”的過程，要求堵漏材料“塞得進、填得實、封得密”。因此，架橋材料要具有廣泛顆粒尺寸的混合料，并合理確定各種不同材料(纖維狀、薄片狀、顆粒狀)的比例。為增加堵漏效果，灌注堵漏材料后宜進行壓力密實。

4.3.2 充填固結法(如灌注的水泥漿)

為了有效封堵漏失層中的裂隙、孔隙等鉆孔與地層之間的漏失通道，必須在預定深度范圍內形成具有一定半徑、較高強度的阻水帶。實現條件為:

(1)應采取有效措施使?jié){液進入、滲透或擠入裂隙、孔隙等通道一定的距離并填充密實，如對裂隙、孔隙小的漏失層采用封閉孔段、壓力注漿;

(2)應使?jié){液能在漏失層的裂隙、孔隙中停留和不被地下水稀釋，如對裂隙、孔隙大漏失層的對策:采用平衡或增阻(增加漿液流動阻力)灌漿，在漿液中摻入砂、惰性材料、纖維材料等使漏失通道由大變小、由小變微，有地下徑流存在時采用速凝漿液等;

(3)保證漿液與裂隙、孔隙等漏失通道圍巖膠結成具有一定強度、穩(wěn)定性好的整體，這不僅要合理控制水灰比，也要有效防止堵漏過程中漿液遭受稀釋、破壞;

(4)無法用泵送的堵漏材料漿液，可采用繩索取心鉆桿為灌注工具:堵漏漿液倒入鉆桿內后，再用泵壓送替漿水。投送水泥球一般采用繩索取心鉆桿。

5 結語

通過回顧與總結我隊主要鉆孔漏失治理的情況，我們深感鉆孔漏失是嚴重影響福建煤田勘查鉆探效率、效益與質量的關鍵性技術難題。為更好地解決這一難題，我們期望通過不斷學習、吸收兄弟單位的先進經驗，結合實際情況持續(xù)開展科研與攻關，有效引進新技術、用好新材料。

本文僅結合鉆探實踐，粗略探討了提高漏失層治理效果的思路與對策，不妥之處，敬請同行指正。

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