鉆孔沖洗液在西部水電深厚覆蓋層臺(tái)地鉆探中的應(yīng)用

牛美峰

（浙江華東建設(shè)工程有限公司，浙江 杭州 310014）

某西部臺(tái)地項(xiàng)目位于金沙江右岸，處金沙江白鶴灘水電站庫(kù)區(qū)主要移民集鎮(zhèn)巧家縣白鶴灘鎮(zhèn)。金沙江白鶴灘水電站是金沙江下游烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩4個(gè)梯級(jí)水電站中的第二級(jí)，電站裝機(jī)容量16000MW（16臺(tái)×1000MW/臺(tái)），水庫(kù)總庫(kù)容206.27億m3，具有年調(diào)節(jié)性能，調(diào)節(jié)庫(kù)容達(dá)104.36億m3，防洪庫(kù)容75.00億m3。該臺(tái)地所屬藥山山脈，呈近SN走向，山頂高程3100～3200m，向下地形陡緩不一，高程約970m以上為陡坡為主，局部有緩至斜坡，坡面沖溝發(fā)育，地形凌亂。該臺(tái)地成因復(fù)雜，為查明臺(tái)地整體穩(wěn)定性，評(píng)價(jià)電站蓄水對(duì)臺(tái)地穩(wěn)定性的影響，采取鉆探方式查明覆蓋層厚度，并為分析臺(tái)地成因提供巖芯資料，多數(shù)鉆孔在300m左右。

項(xiàng)目策劃階段，按照傳統(tǒng)深厚覆蓋層鉆探方式，為達(dá)到防漏漿、塌孔等問(wèn)題發(fā)生，擬采用邊鉆進(jìn)邊下護(hù)孔套管的鉆進(jìn)方式，按108mm、127mm、146mm、219mm共4級(jí)套管設(shè)計(jì)鉆孔結(jié)構(gòu)。但按300m孔深考慮，各級(jí)配下套管長(zhǎng)度至少為500m，且下放和起拔套管耗時(shí)長(zhǎng)，并存在套管無(wú)法起拔的問(wèn)題，導(dǎo)致鉆探成本加大，進(jìn)度延緩。經(jīng)綜合考慮，擬選用、調(diào)配適宜的鉆孔沖洗液的護(hù)孔工藝技術(shù)，進(jìn)行裸孔鉆進(jìn)。

1 裸孔鉆進(jìn)可行性分析

1.1 前期鉆探揭露地層初步信息

通過(guò)前期鉆探揭露，該項(xiàng)目臺(tái)地主要由山前洪積物和金沙江沖積物交互沉積而成，地表層一般有薄層的坡積土堆積，主要出露基巖主要為古生界泥盆系幺棚子組（D2y）灰?guī)r、白云巖、砂、泥巖，二疊系棲霞-茅口組（P1q+m）灰?guī)r和峨眉山組（P2β）玄武巖。自上而下地層分述如下：

（1）坡積粉質(zhì)黏土。灰黃至褐黃色，礫石粒徑為1～5cm，表層土多被人工整改為耕植土，含有機(jī)質(zhì)和植物根系，部分土壤有板結(jié)現(xiàn)象。層厚為0.8～3.8m，最大厚度約為7m。

（2）沖積中細(xì)砂。青灰、灰或灰黃色；碎礫石粒徑一般為0.5～3cm，最大為5cm；層厚變化較大，一般為1.9～5.7m，最大厚度為9m。

（3）洪積碎石土。灰黃至土黃色、褐紅色，灰褐色；碎石粒徑以1～4cm為主，5～12cm次之，最大為20～50cm；層厚一般為35～50m，最大厚度為59.58m。

（4）沖積含礫粉質(zhì)黏土。黃褐色；碎石粒徑一般為3～5cm，最大達(dá)25cm；層厚為10～20m。

（5）沖積含礫粉細(xì)砂。青灰至灰黃色，少量褐黃色；礫石粒徑一般為0.5～4cm；層厚一般為12～30m。

（6）洪積含碎石黏土層。灰黃、褐紅、灰褐色；碎石粒徑一般為1～4cm，最大為9cm；前期鉆孔揭露該層厚度一般為5～15m，最大厚度為20.06m。

（7）洪積含黏性土礫碎石。灰黃至褐黃色，堆積密實(shí)，碎石粒徑一般為0.5～3cm，最大為12cm，前期鉆孔揭露本層厚度為6～15m，最大可見(jiàn)厚度達(dá)33.4m。

（8）洪積碎石土。青灰、灰綠、墨綠色，少量灰褐色；密實(shí)，碎石粒徑一般為0.2～4cm；前期鉆孔揭露最大厚度達(dá)87.28m。

（9）沖積卵礫石夾砂。青灰至灰黃色；卵礫石粒徑以3～6cm為主，最大為12cm；前期鉆孔揭露最大厚度為117.84m。

（10）沖積砂卵礫石。青灰色；卵礫石粒徑一般為0.5～4cm；可見(jiàn)厚度為10.97m。

1.2 前期鉆孔實(shí)踐分析

前期鉆孔施工過(guò)程中，曾嘗試在80～190m采用植物膠配置低固相鉆進(jìn)沖洗液進(jìn)行約110mm裸孔鉆進(jìn)，過(guò)程中孔壁基本穩(wěn)定，但存在隨著孔深的增加，孔內(nèi)沉渣不斷增多的問(wèn)題，至190m時(shí)鉆進(jìn)已非常困難。

根據(jù)以上鉆進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為該臺(tái)地地層基本不存在漏漿問(wèn)題，為裸孔鉆進(jìn)提供了可能，研究適宜的鉆孔沖洗液配比，進(jìn)而提升沖洗液攜帶沉渣和護(hù)壁防塌孔能力是關(guān)鍵。同時(shí)，還要針對(duì)不同地層，及時(shí)調(diào)配沖洗液配比，以確保順利裸孔鉆進(jìn)。

2 沖洗液研究

2.1 沖洗液配制

沖洗液配置重點(diǎn)考慮提升沉渣攜帶和護(hù)壁能力，確保可把孔底巖粉或泥沙攜帶至孔外，使孔壁穩(wěn)定和孔底無(wú)沉渣。經(jīng)過(guò)實(shí)踐嘗試，總結(jié)出不同特點(diǎn)地層的沖洗液建議配比，具體見(jiàn)表1。

2.2 沖洗液現(xiàn)場(chǎng)管理

沖洗液配置質(zhì)量與現(xiàn)場(chǎng)采取措施密切相關(guān)，該項(xiàng)目中采取了以下措施：

（1）把好沖洗液制漿設(shè)備選擇關(guān)。為了確保沖洗液攪拌均勻、不結(jié)塊，制漿設(shè)備選擇高速制漿機(jī)。

（2）把好沖洗液配比計(jì)量關(guān)。選派具有豐富經(jīng)驗(yàn)人員，在現(xiàn)場(chǎng)做到每次攪拌前，事先計(jì)量各種制漿原料，通過(guò)水表以及刻度線雙重把關(guān)核對(duì)，對(duì)水量進(jìn)行計(jì)量。

表1 沖洗液配比表

（3）把好沖洗液指標(biāo)測(cè)量關(guān)。在鉆進(jìn)過(guò)程中，對(duì)孔內(nèi)回漿通過(guò)循環(huán)槽、沉淀池、過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾，對(duì)沖洗液比重指標(biāo)用比重計(jì)進(jìn)行測(cè)定，不符合要求的沖洗液及時(shí)更換。不同地層沖洗液更換參考值見(jiàn)表2。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，當(dāng)沖洗液比重超過(guò)表2的參考值時(shí)，建議重新配置沖洗液。

表2 不同地層沖洗液更換參考值

泥漿比重建議用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的比重秤測(cè)得。比重秤的外觀如圖1所示。

圖1 泥漿比重秤

（4）沖洗液更換時(shí)，應(yīng)確保孔內(nèi)的沖洗液置換完全，確保孔內(nèi)全部為新的沖洗液。

3 沖洗液應(yīng)用

在該項(xiàng)目計(jì)劃深度為300m的QK07鉆孔中，對(duì)鉆進(jìn)沖洗液根據(jù)不同地層進(jìn)行針對(duì)性配置和應(yīng)用，取得了很好的效果。該鉆孔采用Ф219mm開(kāi)孔，鉆進(jìn)至1.50m下入孔口管，采用Ф150mm植物膠半合管鉆進(jìn)至75.60m后，下入146mm厚壁套管，再采用適宜鉆孔沖洗液裸孔鉆進(jìn)至300.26m終孔，共耗時(shí)36d，全孔芯樣采取率達(dá)到95%。具體應(yīng)用情況如下：

（1）孔深為0.0～3.0m，土層為礫石填土，巖性特征為塊石、砂土呈松散狀，鉆進(jìn)方法為干鉆。

（2）孔深為3.0～51.0m，土層為塊石、碎石土，巖性特征為塊石、碎石土層，相對(duì)比較松散。沖洗液配比：植物膠∶膨潤(rùn)土∶水=4∶4∶300。

（3）孔深為51.0～230.50m，土層為混合碎石土，巖性特征為沖積物堆積而成混合碎石土。漿液配比為植物膠∶膨潤(rùn)土∶水=6∶6∶300，另加入少量聚丙烯酰胺。在鉆進(jìn)過(guò)程中，孔內(nèi)受地下水影響，出現(xiàn)漿液變稀，采取適當(dāng)增加原料用量，使?jié){液適當(dāng)濃度增加。

（4）孔深為230.50～300.26m，土層為砂卵礫石層，巖性特征為沖積物堆積而成混合碎石土。漿液配比為植物膠∶膨潤(rùn)土∶水=8∶8∶300，另加入少量聚丙烯酰胺。在鉆進(jìn)過(guò)程中，隨著鉆孔深度增加，孔內(nèi)地下也在逐漸增加，漿液稀釋進(jìn)一步加快，制漿原料需要進(jìn)一步增加。

采用鉆孔沖洗液裸孔鉆進(jìn)技術(shù)，大大減輕了起下套管的勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，并保證了取芯質(zhì)量，降低了成本。

4 結(jié)語(yǔ)

西部臺(tái)地深厚覆蓋層鉆探難度較大，常出現(xiàn)漏漿、塌孔、埋鉆等事故，鉆探難度大，進(jìn)而導(dǎo)致鉆探成本增加、進(jìn)度減慢。該項(xiàng)目通過(guò)事先周全策劃，客觀分析，選用、調(diào)配適宜的鉆孔沖洗液的鉆進(jìn)工藝技術(shù)，順利完成了超300m深厚覆蓋層裸孔鉆進(jìn)。實(shí)踐證明，深厚覆蓋層鉆探中，研究配置適宜不同地層的低固相沖洗液護(hù)壁工藝非常關(guān)鍵。同時(shí)，鉆進(jìn)前對(duì)鉆進(jìn)地層情況了解，對(duì)布置鉆孔結(jié)構(gòu)和沖洗液配置至關(guān)重要。

深厚覆蓋層鉆探因各區(qū)域地層不同，鉆探難度和需要的鉆探工藝也有較大差別，如何優(yōu)化深厚覆蓋層鉆進(jìn)工藝技術(shù)仍然需要不斷地嘗試和總結(jié)，文章僅供兄弟單位在類(lèi)似工程中借鑒。