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(jīng)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(jīng)驗(yàn)、措施和情況。

關(guān)鍵詞：定向鉆;溶洞;裂隙;措施。

一、工程概況

臨邑至濟(jì)南原油管道復(fù)線工程韓倉河定向鉆穿越工程位于歷城區(qū)飛躍大道附近，本次穿越主管道規(guī)格Φ355.6×8.7mm 設(shè)計(jì)穿越水平長度763.82m，管道實(shí)長767.26m;設(shè)計(jì)穿越入土角11°58′出土角7°。穿越地層以石灰?guī)r為主（巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度76.5-109.1Mpa）。且裂隙、溶洞發(fā)育區(qū)。

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(shí)，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(huì)造成后期鉆孔、擴(kuò)孔過程中產(chǎn)生的巖屑無法隨泥漿排出，進(jìn)而擠壓形成抱鉆，還可能導(dǎo)致鉆桿斷裂，致使導(dǎo)向、擴(kuò)孔施工失敗。

三、制定措施

（1）針對(duì)韓倉河穿越地質(zhì)巖石強(qiáng)度軟硬交替變化較大，且穿越地層有多處較大溶洞的事實(shí)，導(dǎo)向、擴(kuò)孔過程全程不冒漿鉆屑無法排出的情況，對(duì)泥漿配比和排量的控制進(jìn)行細(xì)致和更高要求，對(duì)于不同地質(zhì)段及時(shí)改變泥漿配方和排量。

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

（3）每級(jí)擴(kuò)孔完成后，再次進(jìn)行整體洗孔，對(duì)于扭矩和拉力數(shù)據(jù)變化較大位置進(jìn)行多次洗孔，從而起到多次洗刷，降低孔內(nèi)鉆屑沉淀堆積積壓的可能性。

（4）根據(jù)當(dāng)班司鉆記錄數(shù)據(jù)及時(shí)整理，做成分析圖表，結(jié)合地質(zhì)情況及前期司鉆數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，對(duì)于需要注意的位置和情況及時(shí)跟司鉆和泥漿工程師進(jìn)行有效溝通。以采取應(yīng)對(duì)措施，做到未雨綢繆，預(yù)防事故發(fā)生。

（5）在孔洞內(nèi)的鉆桿，當(dāng)長度達(dá)到300m以上時(shí)，安裝一個(gè)補(bǔ)漿短接頭，對(duì)洞內(nèi)泥漿流動(dòng)速度進(jìn)行補(bǔ)充和更新，保證孔洞內(nèi)泥漿的暢通性、流動(dòng)性。

（6）分段更換擴(kuò)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(gè)擴(kuò)孔器實(shí)現(xiàn)全程擴(kuò)孔的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)倍增，因此采取根據(jù)鉆機(jī)儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)退出已經(jīng)沒有切削力的巖石擴(kuò)孔器，而更換上新的巖石擴(kuò)孔器。

四、泥漿工藝

不同地層對(duì)泥漿的性能有著具體的要求，穿越工程地質(zhì)條件復(fù)雜多變，先后穿越雜填土、粉質(zhì)粘土、礫卵石、強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r、中風(fēng)化灰?guī)r、溶洞、微風(fēng)化灰?guī)r等多種地層地質(zhì)，泥漿性能要求更高。因此，在施工中必需根據(jù)不同地層配制合乎要求的、優(yōu)質(zhì)高性能的專用泥漿，并嚴(yán)格監(jiān)控泥漿壓力和泥漿排量。在泥漿配制上，根據(jù)不同地層，及時(shí)調(diào)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(jié)，擴(kuò)孔時(shí)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(qiáng)砂、礫之間的膠結(jié)力和孔壁顆粒之間的膠結(jié)力以此使孔壁的穩(wěn)定性增強(qiáng)，防止孔壁坍塌;同時(shí)粘稠的泥漿還具有支撐成型孔洞的作用。

（2）進(jìn)入巖層后加入正電膠作為增粘劑，主要提高體系的結(jié)構(gòu)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(kuò)孔過程中加入失水劑，初失水可以濕潤巖層，使其強(qiáng)度降低，有利于鉆頭對(duì)其破碎，提高鉆進(jìn)速度。

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

（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(jù)不同地層、地段，及時(shí)改變泥漿排量和泥漿壓力，并每隔200m左右加入一個(gè)補(bǔ)漿短節(jié)，確保鉆孔內(nèi)的泥漿量不因溶洞流失而減少，同時(shí)充足的泥漿也可起到對(duì)孔壁的支撐保護(hù)作用。

（7）進(jìn)行堵漏處理。鉆孔過程中，泥漿中加入隨鉆堵漏劑，隨時(shí)封堵遇到的微小裂隙或溶洞。當(dāng)遇到較大裂隙或溶洞，但仍有少量返出泥漿時(shí)，加入較大顆粒的堵漏劑進(jìn)行堵漏。當(dāng)遇到裂隙或溶洞，泥漿完全漏失時(shí)，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(fù)合堵漏劑2%，橋塞堵漏劑4%）+3%水泥+0.3%水玻璃，充分?jǐn)嚢韬?，泵送至預(yù)定位置。

（8）循環(huán)使用泥漿，提高利用效率，減少污染。

五、現(xiàn)場應(yīng)用情況

到1月6日，鉆遇裂隙或溶洞時(shí)，根據(jù)返出量很小的情況，泥漿中加入較大顆粒的堵漏劑進(jìn)行堵漏。約1h后，開始返漿。開始正常鉆進(jìn)，鉆孔過程中，泥漿中加入隨鉆堵漏劑，隨時(shí)封堵遇到的微小裂隙或溶洞;1月10日鉆至350m時(shí)，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(jìn)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(shí)，即采用如上措施進(jìn)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(kuò)孔中。

六、結(jié)束語

水平定向穿越巖石，特別是石灰?guī)r，裂隙或溶洞是常態(tài)，

遇到裂隙或溶洞時(shí)，泥漿大部分流失，巖屑無法排出，進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)，還可以減少泥漿漏失，降低成本，對(duì)環(huán)保工作也有重要意義。本文對(duì)處理裂隙或溶洞提供了成功經(jīng)驗(yàn)。