巖石穿越中溶洞、裂隙的處理

呂澤彬 孫寧

摘要：本文介紹了水平定向鉆巖石穿越經常遇到的遇裂隙或溶洞問題的危害，介紹了韓倉河穿越的處理經驗、措施和情況。

關鍵詞：定向鉆;溶洞;裂隙;措施。

一、工程概況

臨邑至濟南原油管道復線工程韓倉河定向鉆穿越工程位于歷城區飛躍大道附近，本次穿越主管道規格Φ355.6×8.7mm 設計穿越水平長度763.82m，管道實長767.26m;設計穿越入土角11°58′出土角7°。穿越地層以石灰巖為主（巖石飽和單軸抗壓強度76.5-109.1Mpa）。且裂隙、溶洞發育區。

二、遇到問題

韓倉河穿越自2018年1月5日開鉆，到1月6日鉆至130m時，鉆遇裂隙或溶洞，具體位置：130-135m，泥漿大部分流失，返出量很小。由于溶洞的存在，會造成后期鉆孔、擴孔過程中產生的巖屑無法隨泥漿排出，進而擠壓形成抱鉆，還可能導致鉆桿斷裂，致使導向、擴孔施工失敗。

三、制定措施

（1）針對韓倉河穿越地質巖石強度軟硬交替變化較大，且穿越地層有多處較大溶洞的事實，導向、擴孔過程全程不冒漿鉆屑無法排出的情況，對泥漿配比和排量的控制進行細致和更高要求，對于不同地質段及時改變泥漿配方和排量。

（2）在導向過程中，每根鉆桿完成后均進行1-2、3次來回抽拉，確保前端鉆屑的排除;擴孔時采取遇到溶洞時，每擴3-5m后再次來回推拉擴孔器進行短距離洗孔，洗孔時加大泥漿排量，防止擴孔時產生的鉆屑一直向前堆積抱鉆。

（3）每級擴孔完成后，再次進行整體洗孔，對于扭矩和拉力數據變化較大位置進行多次洗孔，從而起到多次洗刷，降低孔內鉆屑沉淀堆積積壓的可能性。

（4）根據當班司鉆記錄數據及時整理，做成分析圖表，結合地質情況及前期司鉆數據進行比較分析，對于需要注意的位置和情況及時跟司鉆和泥漿工程師進行有效溝通。以采取應對措施，做到未雨綢繆，預防事故發生。

（5）在孔洞內的鉆桿，當長度達到300m以上時，安裝一個補漿短接頭，對洞內泥漿流動速度進行補充和更新，保證孔洞內泥漿的暢通性、流動性。

（6）分段更換擴孔器。由于韓倉河穿越巖石段長度較長，軟硬不均，且部分地段硬度較大。一個擴孔器實現全程擴孔的風險系數倍增，因此采取根據鉆機儀表數據進行分析，及時退出已經沒有切削力的巖石擴孔器，而更換上新的巖石擴孔器。

四、泥漿工藝

不同地層對泥漿的性能有著具體的要求，穿越工程地質條件復雜多變，先后穿越雜填土、粉質粘土、礫卵石、強風化灰巖、中風化灰巖、溶洞、微風化灰巖等多種地層地質，泥漿性能要求更高。因此，在施工中必需根據不同地層配制合乎要求的、優質高性能的專用泥漿，并嚴格監控泥漿壓力和泥漿排量。在泥漿配制上，根據不同地層，及時調整泥漿配比。施工單位主要采取了以下方法：

（1）在砂層、礫石、卵石以及破碎帶地層，由于顆粒之間缺乏膠結，擴孔時孔壁很容易坍塌，故成孔的難度很大。因此需在泥漿中加入提粘劑、降失水劑、羧甲基纖維素等，使泥漿粘性增大，可以明顯增強砂、礫之間的膠結力和孔壁顆粒之間的膠結力以此使孔壁的穩定性增強，防止孔壁坍塌;同時粘稠的泥漿還具有支撐成型孔洞的作用。

（2）進入巖層后加入正電膠作為增粘劑，主要提高體系的結構粘度，改善泥漿的剪切稀釋性和懸浮攜鉆屑清洗孔洞的效率。

（3）在擴孔過程中加入失水劑，初失水可以濕潤巖層，使其強度降低，有利于鉆頭對其破碎，提高鉆進速度。

（4）在泥漿中加入潤滑劑，提高孔洞內泥漿液的潤滑性，可以提高擴孔效率，降低扭矩、拉力數據。

（5）在巖石層，泥漿中添加5%的懸浮攜砂劑，提高泥漿的巖屑攜帶能力，盡可能減少鉆屑的堆積，保證成型孔洞的流通性。

（6）根據不同地層、地段，及時改變泥漿排量和泥漿壓力，并每隔200m左右加入一個補漿短節，確保鉆孔內的泥漿量不因溶洞流失而減少，同時充足的泥漿也可起到對孔壁的支撐保護作用。

（7）進行堵漏處理。鉆孔過程中，泥漿中加入隨鉆堵漏劑，隨時封堵遇到的微小裂隙或溶洞。當遇到較大裂隙或溶洞，但仍有少量返出泥漿時，加入較大顆粒的堵漏劑進行堵漏。當遇到裂隙或溶洞，泥漿完全漏失時，可以考慮水泥漿堵漏。配方為：堵漏水泥漿的配制：水+5%膨潤土+0.2%正電膠+6%堵漏劑（高效復合堵漏劑2%，橋塞堵漏劑4%）+3%水泥+0.3%水玻璃，充分攪拌后，泵送至預定位置。

（8）循環使用泥漿，提高利用效率，減少污染。

五、現場應用情況

到1月6日，鉆遇裂隙或溶洞時，根據返出量很小的情況，泥漿中加入較大顆粒的堵漏劑進行堵漏。約1h后，開始返漿。開始正常鉆進，鉆孔過程中，泥漿中加入隨鉆堵漏劑，隨時封堵遇到的微小裂隙或溶洞;1月10日鉆至350m時，再次鉆遇裂隙或溶洞，泥漿大量流失，我們再次采用較大顆粒的堵漏劑進行堵漏。約1.5h后，開始返漿。此后鉆孔過程中，每次遇到較大遇裂隙或溶洞時，即采用如上措施進行堵漏，堵漏效果較為明顯。直至鉆孔完畢。目前本工程在順利擴孔中。

六、結束語

水平定向穿越巖石，特別是石灰巖，裂隙或溶洞是常態，

遇到裂隙或溶洞時，泥漿大部分流失，巖屑無法排出，進而形成卡鉆，危害很大。處理好裂隙或溶洞，不但可以消減施工風險，還可以減少泥漿漏失，降低成本，對環保工作也有重要意義。本文對處理裂隙或溶洞提供了成功經驗。