鉆孔沖洗液在西部水電深厚覆蓋層臺地鉆探中的應用

牛美峰

（浙江華東建設工程有限公司，浙江 杭州 310014）

某西部臺地項目位于金沙江右岸，處金沙江白鶴灘水電站庫區(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個梯級水電站中的第二級，電站裝機容量16000MW（16臺×1000MW/臺），水庫總庫容206.27億m3，具有年調(diào)節(jié)性能，調(diào)節(jié)庫容達104.36億m3，防洪庫容75.00億m3。該臺地所屬藥山山脈，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。該臺地成因復雜，為查明臺地整體穩(wěn)定性，評價電站蓄水對臺地穩(wěn)定性的影響，采取鉆探方式查明覆蓋層厚度，并為分析臺地成因提供巖芯資料，多數(shù)鉆孔在300m左右。

項目策劃階段，按照傳統(tǒng)深厚覆蓋層鉆探方式，為達到防漏漿、塌孔等問題發(fā)生，擬采用邊鉆進邊下護孔套管的鉆進方式，按108mm、127mm、146mm、219mm共4級套管設計鉆孔結構。但按300m孔深考慮，各級配下套管長度至少為500m，且下放和起拔套管耗時長，并存在套管無法起拔的問題，導致鉆探成本加大，進度延緩。經(jīng)綜合考慮，擬選用、調(diào)配適宜的鉆孔沖洗液的護孔工藝技術，進行裸孔鉆進。

1 裸孔鉆進可行性分析

1.1 前期鉆探揭露地層初步信息

通過前期鉆探揭露，該項目臺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）坡積粉質黏土?；尹S至褐黃色，礫石粒徑為1～5cm，表層土多被人工整改為耕植土，含有機質和植物根系，部分土壤有板結現(xiàn)象。層厚為0.8～3.8m，最大厚度約為7m。

（2）沖積中細砂。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?；尹S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）沖積含礫粉質黏土。黃褐色；碎石粒徑一般為3～5cm，最大達25cm；層厚為10～20m。

（5）沖積含礫粉細砂。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?；尹S、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?；尹S至褐黃色，堆積密實，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，最大可見厚度達33.4m。

（8）洪積碎石土。青灰、灰綠、墨綠色，少量灰褐色；密實，碎石粒徑一般為0.2～4cm；前期鉆孔揭露最大厚度達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；可見厚度為10.97m。

1.2 前期鉆孔實踐分析

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

根據(jù)以上鉆進經(jīng)驗，認為該臺地地層基本不存在漏漿問題，為裸孔鉆進提供了可能，研究適宜的鉆孔沖洗液配比，進而提升沖洗液攜帶沉渣和護壁防塌孔能力是關鍵。同時，還要針對不同地層，及時調(diào)配沖洗液配比，以確保順利裸孔鉆進。

2 沖洗液研究

2.1 沖洗液配制

沖洗液配置重點考慮提升沉渣攜帶和護壁能力，確?？砂芽椎讕r粉或泥沙攜帶至孔外，使孔壁穩(wěn)定和孔底無沉渣。經(jīng)過實踐嘗試，總結出不同特點地層的沖洗液建議配比，具體見表1。

2.2 沖洗液現(xiàn)場管理

沖洗液配置質量與現(xiàn)場采取措施密切相關，該項目中采取了以下措施：

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

（2）把好沖洗液配比計量關。選派具有豐富經(jīng)驗人員，在現(xiàn)場做到每次攪拌前，事先計量各種制漿原料，通過水表以及刻度線雙重把關核對，對水量進行計量。

表1 沖洗液配比表

（3）把好沖洗液指標測量關。在鉆進過程中，對孔內(nèi)回漿通過循環(huán)槽、沉淀池、過濾網(wǎng)進行過濾，對沖洗液比重指標用比重計進行測定，不符合要求的沖洗液及時更換。不同地層沖洗液更換參考值見表2。經(jīng)過實踐，當沖洗液比重超過表2的參考值時，建議重新配置沖洗液。

表2 不同地層沖洗液更換參考值

泥漿比重建議用專門設計的比重秤測得。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，應確?？變?nèi)的沖洗液置換完全，確保孔內(nèi)全部為新的沖洗液。

3 沖洗液應用

在該項目計劃深度為300m的QK07鉆孔中，對鉆進沖洗液根據(jù)不同地層進行針對性配置和應用，取得了很好的效果。該鉆孔采用Ф219mm開孔，鉆進至1.50m下入孔口管，采用Ф150mm植物膠半合管鉆進至75.60m后，下入146mm厚壁套管，再采用適宜鉆孔沖洗液裸孔鉆進至300.26m終孔，共耗時36d，全孔芯樣采取率達到95%。具體應用情況如下：

（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，相對比較松散。沖洗液配比：植物膠∶膨潤土∶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∶膨潤土∶水=6∶6∶300，另加入少量聚丙烯酰胺。在鉆進過程中，孔內(nèi)受地下水影響，出現(xiàn)漿液變稀，采取適當增加原料用量，使?jié){液適當濃度增加。

（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∶膨潤土∶水=8∶8∶300，另加入少量聚丙烯酰胺。在鉆進過程中，隨著鉆孔深度增加，孔內(nèi)地下也在逐漸增加，漿液稀釋進一步加快，制漿原料需要進一步增加。

采用鉆孔沖洗液裸孔鉆進技術，大大減輕了起下套管的勞動強度和作業(yè)風險，并保證了取芯質量，降低了成本。

4 結語

西部臺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，進而導致鉆探成本增加、進度減慢。該項目通過事先周全策劃，客觀分析，選用、調(diào)配適宜的鉆孔沖洗液的鉆進工藝技術，順利完成了超300m深厚覆蓋層裸孔鉆進。實踐證明，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壁工藝非常關鍵。同時，鉆進前對鉆進地層情況了解，對布置鉆孔結構和沖洗液配置至關重要。

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)化深厚覆蓋層鉆進工藝技術仍然需要不斷地嘗試和總結，文章僅供兄弟單位在類似工程中借鑒。