小浪底引黃工程泵站鉆探施工

王家強

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原 030024）

1 小浪底引黃泵站地質(zhì)情況概述

小浪底引黃工程是我省大水網(wǎng)“兩縱十橫”的重要組成部分，是自黃河干流上的小浪底水庫向沭水河流域調(diào)水的大型引調(diào)水工程。引水干線起點位于垣曲縣境內(nèi)板澗河河口右岸小浪底庫區(qū)，終點為聞喜縣境內(nèi)的呂莊水庫，工程設(shè)計引水流量20 m3/s總長59.2 km。提水泵站為工程樞紐，位于解峪鄉(xiāng)上游板澗河左岸坡,地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水位埋深在200 m左右，是勘察的重點?？辈觳贾玫你@孔多，鉆探總工作量大，地質(zhì)要求巖芯采取率在80%以上，在一定孔深作壓水試驗。為此，公司安排多個機組多部型號不同的鉆機進行鉆探施工。泵站的地層情況是：上部150～200 m主要是灰?guī)r、泥灰?guī)r。雖然其鉆進硬度總體不高但屬于鉆探的復(fù)雜地層，存在鉆孔漏失、孔壁掉塊、坍塌和遇水膨脹等鉆進難題；下部灰?guī)r和白云巖地層稍硬但地層完整較容易鉆進。所以鉆探重點在于上部護孔和取芯。要解決好這些問題，需在鉆探生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié),包括鉆機安裝、鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆進方法、循環(huán)液的使用等方面重點安排，認真實施。

2 鉆機安裝

鉆機安裝是鉆進生產(chǎn)的基礎(chǔ)，鉆機安裝周正水平運行平穩(wěn)，才能保證鉆具正常運轉(zhuǎn)采取巖芯。鉆進過程會有許多不確定性事件，如孔內(nèi)巖石掉塊卡鉆、巖粉積聚埋鉆、循環(huán)不暢燒鉆等事故，為了處理這些問題，鉆機需要進行強力起拔、打吊錘等高負荷、高沖擊作業(yè)，這就要考驗鉆機的安裝情況，若基礎(chǔ)不牢即易發(fā)生位移偏斜，使鉆具運轉(zhuǎn)不穩(wěn)，巖芯管晃動造成巖芯破碎，采取率降低。從各個工地鉆機的安裝情況看，鉆機和鉆塔的型號不同，安裝也不同，動力頭式鉆機和鉆塔、水泵、卷揚機、絞車都合裝在軌道支架上成為一體，重量大，穩(wěn)定性好，在遇到大負荷或沖擊力時也能保證精度。300型鉆機配三角架鉆塔安裝時，鉆機和鉆塔一定要安裝成為一體，在小浪底工地有的也把鉆機與大地凝在一起增強穩(wěn)定性，遇到大負荷或沖擊力時能一起承受，防止因鉆機重量輕發(fā)生鉆機傾倒或吊起事故。

3 鉆孔結(jié)構(gòu)

合理選擇鉆孔結(jié)構(gòu)對保證鉆孔同軸度和鉆具穩(wěn)定性具有重要作用。鉆孔結(jié)構(gòu)簡單，鉆桿與孔壁間隙小，可采用高轉(zhuǎn)速，反之，鉆孔換徑次數(shù)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鉆桿與孔壁間隙大，鉆具回轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性差。鉆孔結(jié)構(gòu)盡可能在護口管以下一徑到底。在小浪底泵站勘探孔采用的鉆孔結(jié)構(gòu)一般是孔口至完整基巖面安直徑89的套管，以下用75的鉆具鉆到孔底。當(dāng)75鉆具遇到鉆孔坍塌時，為保護孔壁需要水泥護孔。水泥護孔是將坍塌段用水泥封閉，凝固后再鉆。它是實踐性經(jīng)驗性很強的工作，小浪底泵站9號孔在170 m鉆穿泥灰?guī)r后因僥幸心理沒有及時用水泥護孔，在鉆進到190 m時因上部泥灰?guī)r坍塌埋鉆無法處理而報廢，移孔重新鉆進到170 m時主動停鉆封孔。他們的做法是利用廢舊的71鉆桿公接頭當(dāng)鉆頭，鋸兩個豁口作水口，鉆進到坍塌物底部，然后用大泵量泵送水泥把坍塌物擠開而用水泥充填，當(dāng)泵壓表指針突然升起后表明水泥到底并在坍塌物間隙返起一段，這時邊提鉆邊注漿，注完后立即用水沖。水泥稠度和孔內(nèi)裂縫大小有關(guān)，還要考慮可泵性，這就要操作者有豐富的施工經(jīng)驗把握好分寸。

4 鉆進方法

鉆進方法要綜合考慮巖石硬度、可鉆性級別和巖芯采取率以及施工的勞動強度?；?guī)r的硬度中等，可鉆性5～7級，為提高巖芯采取率降低勞動強度采用S75的繩索取芯孕鑲金剛石鉆頭鉆進方法。鉆進參數(shù)為轉(zhuǎn)數(shù)：600～900 r；鉆壓：6～10 kN；泵量：30～50 L/min。

金剛石鉆頭選擇:因為繩索取芯金剛石鉆頭比常規(guī)鉆頭壁厚,所以鉆頭底部刻取巖石的單位壓力就小，為了提高壓強，常選擇胎體底唇形狀為階梯形或同心圓尖齒形的鉆頭，減少底面積以提高鉆進效率，但在小浪底泵站鉆進中，地層軟硬厚度變化大，使用階梯鉆頭和同心圓尖齒鉆頭鉆出的巖粉顆粒粗大，不容易隨循環(huán)液排出，積聚在孔底增加安全隱患，如巖芯堵塞或燒鉆等，這時要選用平底型孕鑲鉆頭鉆進，它能研磨巖石成更細的顆粒隨循環(huán)水排出。

在鉆進過程中，泵壓發(fā)生小幅度的上升或下降，一般是孔底換層的征兆，這時要注意進尺情況。在鉆進效率突然降低，或不進尺的同時泵壓猛然大幅度增高，這是發(fā)生嚴重巖芯堵塞的反映，要盡快將鉆具提離孔底，否則一瞬間就可能發(fā)生燒鉆事故。如果泵壓突然大幅度下降,這多半是鉆具折斷或脫扣，應(yīng)停止鉆進進行檢查。

5 循環(huán)液的使用

循環(huán)液的作用是潤滑鉆具、冷卻鉆頭、攜帶巖粉、保護孔壁。清水鉆進最經(jīng)濟，冷卻效果最好，在技術(shù)上也是壓水試驗地段最希望的循環(huán)液，但其他作用差。根據(jù)壓水試驗規(guī)范，壓水試驗段鉆進可以使用潤滑劑，不得使用護壁劑和堵漏劑。所以為增加其他功能，在不需要做壓水試驗的孔段，可在循環(huán)液中除了潤滑劑如皂化液、聚丙烯；還可加護壁劑如腐殖酸鉀、植物膠；堵漏劑如鋸末、麩皮。綜合考慮以及根據(jù)以往使用經(jīng)驗,采用聚丙烯酰胺溶液作循環(huán)液。聚丙烯酰胺無色、無味、無臭，是呈透明膠體、白色粉末和細砂狀的高分子聚合物。配制溶液要在90～100℃下進行，其做法是，按1%～2%濃度配制聚丙烯酰胺水溶液，在50℃溫度下攪溶，然后往水溶液中加入一定燒堿，攪拌并升溫至90～100℃，再保溫攪拌3～4 h，攪拌速度為50 r/min左右。常溫下配置水解時間長，有時達幾天。采用水解聚丙烯酰胺溶液作循環(huán)液有潤滑作用、護壁作用、絮凝作用，巖芯采取率高。護壁作用主要是增加聚丙烯的用量提高循環(huán)液的比重從而平衡地層壓力；循環(huán)液比重的增加同時也提高了其攜帶巖粉的能力。絮凝作用能把攜帶的巖粉在循環(huán)池里沉淀下來，保證漿液的清潔，做到循環(huán)使用。

6 結(jié)語

鉆探工作是一項經(jīng)驗性很強的工作，鉆進情況全憑操作者的感覺和經(jīng)驗臨機處置。在小浪底引黃泵站的鉆探中使用了多種新的設(shè)備和技術(shù)，如新鉆機安裝技術(shù)、水泥封孔技術(shù)、金剛石鉆頭底唇的選擇、聚丙烯酰胺的應(yīng)用，為今后復(fù)雜地層鉆進積累了寶貴的經(jīng)驗。