内蒙古伊敏煤田大地构造条件及含煤地层特征

内蒙古伊敏煤田大地构造条件及含煤地层特征

伊敏矿区位于内蒙古内蒙古伊敏市。伊敏市位于伊敏市。地理坐标:东经:119°39′02″~119°45′52″;北纬:48°32′19″~48°38′43″。煤田露天区呈一半封闭型的盆地,东西两侧均为低山、丘陵,南部为台地,地势总趋向呈NNE—SSW展布;属伊敏向斜的东翼,因NNE向断裂构造的作用和分割,使整个露天区的煤系地层呈南高北低的阶梯式断块构造,地层走向与煤田总体走向基本一致,呈45°~70°NE,局部为东西向,倾向NW,倾角一般为6°~10°。1含水层地质特征该区的含煤地层为侏罗系上统的伊敏组和大磨拐河组,伊敏煤田露天区主采煤层为伊敏组的15、16号煤层,煤层倾角平缓,一般在3°~10°之间。煤系地层中,岩石以砂岩、粉砂岩和泥岩为主。由于地层的成岩程度低,煤层的裂隙发育,因而其水文地质、工程地质条件十分复杂,是国内著名的大水矿床之一。矿区内含水层主要有第四系砂砾孔隙含水层、煤层含水层及15、16号煤层裂隙含水层(其中16煤层裂隙含水层为疏干目的层)。第四系砂砾孔隙含水层:该层主要由细砂、砾石和卵石等组成,广泛分布于露天区内,由南向北,由西向东逐渐变厚,厚度10~20m左右,为潜水含水层,在本区该地层基本被疏干。15号煤层裂隙含水层:该层是一露天的主要可采煤层之一,全区大部可采,可采面积1.987km2。煤层总厚2.0~36.04m,平均8.73m。煤层裂隙发育,在钻进该地层时,泥浆消耗量大,其水文地质参数:q=1.354~3.088l/s·m,k=35.516~235.585m/d。16号煤层裂隙含水层:该层是本区最主要含水层,全区发育,煤层总厚0.6~54.35m,平均31.93m;煤层可采厚度2.02~51.70m,平均31.97m。煤层中裂隙十分发育,在钻进该地层时,泥浆消耗量大,甚至100%漏失。2岩石可钻性分析疏干井在钻进中遇到主要地层岩性如下:第四系:表土、粘土、细砂、砾石、卵石;15煤顶板:泥岩、粉砂岩;15煤;16煤顶板:泥岩、粉砂岩;16煤;16煤底板:细砂岩。岩石可钻性是决定钻进效率的基本因素,它反映了钻进时岩石破碎的难易程度。伊敏河地区地层同岭西地区的地层相同,第四系松散的砂砾为Ⅲ类地层,煤层和上部泥岩、砂岩、砾岩等为基岩Ⅱ类地层,均为易钻地层。3过滤器和沉砂管疏干井直径660mm,钻孔内安装Φ426×10mm井壁管、钢制缠丝过滤器和10m沉砂管,过滤器的总长度按含水层厚度的70%计;穿过16煤层底板10m即为终孔深度。施工过程中常见的问题是第四系地层塌孔、煤系地层泥浆严重漏失。3.1分层注浆法第四系地层较软且松散,钻进过程中常见钻孔超径和孔壁坍塌现象,严重超径造成钻杆折断;孔壁坍塌造成埋钻,使得钻具无法上提,导致钻孔报废。必须移孔重新施工,严重影响工期并造成巨大的经济损失。处理措施:我队刚开始在本地区施工时,由于对地层不够了解,为了避免上述问题,采用下表层套管的方式进行处理。开孔直径为800mm,采用规格为Φ720×10mm的螺旋缝焊接钢管作为表层套管,套管下至30m左右,穿过第四系地层。此方法能解决上述问题,但也存在比较明显的缺点,两次成孔,使得施工队伍要多准备一套钻头,表层套管的使用不仅增加了投入,而且延长工期。经过长期的实践,我队总结出适合本地区第四系地层的泥浆类型。以膨润土泥浆为基础,以烧碱、羧甲基纤维素、水解聚丙烯腈铵盐等作为处理剂,能取到很好的效果。膨润土:增加粘度和切力,提高井眼净化能力,形成低渗透率的致密泥饼,降低滤失量;对于胶结不良的地层,可改善井眼的稳定性。烧碱:即NaOH,主要用于调节钻井液的pH值,另外还有分散作用、沉淀作用和促进植物胶溶解的作用。羧甲基纤维素(简称CMC),具有降滤失水增加粘作用,抗盐能力强。水解聚丙烯腈铵盐(HN4-HPAN):具有抑制能力强、防塌效果好的特点。控制泥浆pH值在8.5左右,马氏漏斗粘度35~45s,密度1.06~1.10g/cm。3.2泥浆漏失15、16煤为本区主采煤层,均为含水层,煤层裂隙发育,钻进过程中泥浆严重漏失。由于疏干目的层为16煤,因此针对这两层煤层,处理泥浆漏失的方法不同,下面将分别叙述。15煤泥浆漏失的处理措施:在以膨润土泥浆的基础上,加大量锯末做为堵漏剂。锯末本身呈酸性,将烧碱和锯末混合24h后,锯末能更好的分散在泥浆中,而且此时锯末具有一定的弹性,能有效的增强堵漏效果。泥浆处理完毕后,开泵循环泥浆直到泥浆能正常上返至地表。此时钻进速度不能过快,并停止使用振动筛,使泥浆能够充分进入裂隙,保证堵漏效果。16煤泥浆漏失的处理措施:相比15煤,16煤泥浆漏失更加严重,刚进入本地区时,采用跟15煤一样的方法进行堵漏,堵漏难度明显增大,耗时耗资巨大,虽然最终能保证顺利完孔,但严重影响洗井质量,导致抽水水量达不到设计要求。经过长期实践,我队提出采用清水顶漏钻进工艺,取得较好的效果。需要注意的是,由于孔径较大,16煤层较厚,清水顶漏钻进一段时间后井底会堆积大量岩粉,导致重复钻进,累计到一定程度后会出现无法添加钻具的情况。这时用泥浆替换清水,下至井底,利用泥浆的悬浮能力,将岩粉清理干净。此时泥浆主要的作用是携带岩粉,需要较大的粘度(马氏漏斗粘度60s左右),其主要添加剂为膨润土和烧碱。利用清水顶漏钻进,孔壁几乎得不到保护,为了避免可能出现的孔壁大量坍塌,因尽量加快钻进速度,并在成孔后第一时间下套管。4施工前的处理措施疏干井成孔质量和抽水