李 ?。ㄖ貞c一三六地質(zhì)隊，重慶 401120）

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重慶巫山地區(qū)鉆孔流砂處理技術(shù)

李 俊
（重慶一三六地質(zhì)隊，重慶 401120）

摘 要：重慶巫山地區(qū)長江橫貫東西，大寧河、抱龍河等七條支流呈南北向強(qiáng)烈下切，地貌上呈深谷和中低山相間形態(tài)，地形起伏大，多為溝谷縱橫、沖溝發(fā)育，坡度陡，是典型的喀斯特地貌。地表淺部碳酸鹽巖巖溶、裂隙、落水洞較發(fā)育，裂隙中充填流砂較多。地下水位深，一旦地表水給予補(bǔ)充后，地下水涇流較快。在該區(qū)進(jìn)行鉆探施工時，鉆孔表現(xiàn)為上部掉塊嚴(yán)重，流砂多，經(jīng)常發(fā)生掉塊卡鉆和流砂埋鉆事故，給鉆進(jìn)帶來了極大的困難。

關(guān)鍵詞：切割；裂隙；流砂；埋鉆；封堵通道

1 地質(zhì)情況

礦區(qū)內(nèi)出露的地層多為三疊紀(jì)下統(tǒng)嘉陵江組和大冶組，其中施工的鉆孔開孔地層多為大冶組地層。該層巖性主要為石灰?guī)r為主，受地質(zhì)構(gòu)造的影響，巖溶、裂隙發(fā)育，孔壁掉塊嚴(yán)重，裂隙內(nèi)充填大量流砂。其厚度在300m～500m；其下地層依次為大隆組，該區(qū)平均厚度約50m，主要以灰黑色塊狀鈣質(zhì)泥巖為主，夾灰黑色透鏡狀泥灰?guī)r；長興組厚40m，巖性為灰黑色中至厚層狀灰?guī)r，上部夾燧石灰?guī)r?；?guī)r裂隙發(fā)育，含流砂；吳家坪組，上部以厚約40m的深灰色石灰?guī)r為主，下部為10m厚的含煤巖系，主要以灰黑色炭質(zhì)泥巖、灰白色粘土巖及黃灰色粉砂巖為主，含K2可采煤層；終孔層位為孤峰組，主要以灰、深灰色厚層狀白云巖為主。

2 工程概況及施工中遇到問題

2.1 工程概況

巫山地區(qū)的鉆孔所穿過的地層除吳家坪組下部有10m左右厚的炭質(zhì)泥巖、粘土巖、粉砂巖和煤層外，其余地層均為硬度較大的灰?guī)r、泥灰?guī)r。由于該區(qū)裂隙、溶洞發(fā)育，純大部分鉆孔為全漏失。我們采用的鉆探工藝是普通金剛石鉆進(jìn)。除吳家坪組下部含煤巖系采用泥漿護(hù)壁外，其余鉆孔均采用清水作為沖洗液。由于該區(qū)切割較深，地下水位較深，一般鉆孔水位在400m以上。

2.2 施工中遇到問題

巫山地區(qū)絕大部分鉆孔淺部地層（200m以淺）由于受構(gòu)造、風(fēng)化作用的影響，裂隙、溶洞發(fā)育。在鉆進(jìn)過程中垮塌利害，在施工過程中必須下套管擋住這一段。鉆孔深部雖有裂隙，但孔壁比較穩(wěn)定。問題出在裂隙中充填有大量的流砂，鉆進(jìn)過程中常常因流砂涌出，使鉆具無法下到孔進(jìn)行鉆進(jìn)或在鉆進(jìn)過程中造成流砂埋鉆事故。

3 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計

考慮到鉆孔在淺部巖溶段有可能遇到溶洞，鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計用Φ150mm開孔。下入Φ146mm井口管后換Φ110mm孔徑鉆進(jìn)，下Φ108mm套管擋住上部垮塌帶后再換Φ94mm口徑一徑到底。鉆進(jìn)過程中如遇溶洞，則根據(jù)溶洞的大小分別下入Φ127mm和108mm套管。

4 鉆進(jìn)過程中采取的措施

4.1 開孔鉆進(jìn)

由于巫山地區(qū)為典型的喀斯特地貌，定孔時盡量避開溝、谷、山凹和落水洞。第四系表土層開孔的鉆孔，開孔鉆進(jìn)時采用小水量輕壓慢鉆進(jìn)，如表土層較厚可配以泥漿護(hù)壁的方法進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至較為完整的基層時，及時下入Φ146mm井口管。

4.2 二開鉆進(jìn)措施

鉆進(jìn)過程時，應(yīng)采用較小的水量和較低的轉(zhuǎn)速，避免大水快鉆造成孔壁失穩(wěn)而垮塌；鉆進(jìn)過程中每回次鉆進(jìn)必須帶取粉管鉆進(jìn)，避免在鉆進(jìn)過程中上部掉塊卡住粗徑鉆具；為預(yù)防和減少孔垮塌和掉塊，每回次鉆進(jìn)時可向孔內(nèi)投黃泥球。發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)掉塊嚴(yán)重或孔內(nèi)開始垮塌時，及時采用水泥漿進(jìn)行封閉護(hù)壁。鉆孔穿過垮塌帶后及時下入套管護(hù)壁。

4.3 流砂事故的預(yù)防

通過對巫山地區(qū)近10年的勘察施工，總結(jié)出了鉆孔中流砂出現(xiàn)的大致規(guī)律和流砂段處理的經(jīng)驗技術(shù)。

（1）流砂段的分析判斷。由于巫山地區(qū)地下水位埋深較深，所以在鉆進(jìn)過程中要認(rèn)真觀察分析每回次取上來的巖心，巖層是否破碎，同時認(rèn)真觀察取粉管內(nèi)是否有砂子。如巖心較破碎，取粉管內(nèi)又發(fā)現(xiàn)有砂子，該段裂隙中有可能充填有砂子。同時在下鉆過程中，特別是鉆具要到孔底時，當(dāng)班班長要認(rèn)真感覺孔底是否有沉渣，也是判斷流砂存在的依據(jù)。

（2）孔內(nèi)出現(xiàn)大量流砂的時間。從我們在巫山地區(qū)和石柱地區(qū)施工的經(jīng)驗看，地下水位以上的裂隙段中砂子，一般是在下雨期間和大雨后的第二、第三天涌出。原因是雨后地表雨水透入地下，地下水在裂隙中徑流帶動裂隙中的砂子向下流動，而砂子流到鉆孔內(nèi)迅速沉淀充填鉆孔，如此時正在鉆進(jìn)，極易造成流砂埋鉆事故。

（3）流砂埋鉆事故的預(yù)防

有了這一經(jīng)驗后，我們在巫山地區(qū)施工的鉆機(jī)，遇到雨后的第二天、第三天，有遇流砂史或有可能出現(xiàn)流砂的鉆孔盡量采取以避讓為主的措施，等地下水流走后再鉆進(jìn)。

（4）流砂的處理技術(shù)

由于巫山地區(qū)降水豐沛，年平均降雨量在1000mm以上，靠預(yù)防是不能徹底解決流沙問題的。所以我們采用了“堵”的方法。最初我們采取用水泥漿灌入孔內(nèi)進(jìn)行封堵，但效果不佳。其原因一是當(dāng)孔內(nèi)流砂排不凈時，用水泵灌注水泥漿前雖然開泵用清水將孔內(nèi)的流沙排開了，但未排出地面，裂隙中的砂子沒有被排出，雖然水泥漿液有一定的壓力，但無法充填裂隙，僅在孔內(nèi)凝固。二是灌入孔內(nèi)的水泥漿在壓力的作用下還未凝固就順著裂隙流失了，沒有起到封閉裂隙的作用。

鑒于以上原因，我們改變了用水泥漿封堵的辦法，采用將水泥球送到流砂段后再用人工擠壓的方法將水泥擠入裂隙，堵塞流砂通道。其方法如下：

①水泥按1∶0.4～0.5的水灰比攪拌均勻，同時向水泥中添加食鹽和三乙醇胺。添加量為1包水泥（50kg）+1包鹽（500g）+25g三乙醇胺。

②把攪拌好的水泥撮成球，大小以能裝進(jìn)巖心管為宜。為預(yù)防水泥在孔內(nèi)被水稀釋和沖釋，可用沙布或膠子將水泥球包好。為了便于排送，在沙布和膠子外面抹上了廢機(jī)油。

③將水泥球放入巖心管中，裝滿后巖心管底部用200mm的黃泥堵住。封堵底部時，不能太緊，避免墩、送不出。也不能太松，造成鉆具還沒有下到位水泥球就掉出巖心管。

④送水泥球時操作一定要穩(wěn)，避免中途水泥球脫落。鉆具離孔底2m時開泵送水同時輕輕墩鉆具，將水泥球送入孔底。

⑤下入全面鉆進(jìn)的鉆頭，反復(fù)墩掃水泥球?qū)⑺鄶D入裂隙中。

采用此方法的優(yōu)點：一是水泥球不會沿裂隙流走；二是即使裂隙中有流砂，在墩掃水泥球時可將部分水泥球擠入裂隙中。

5 采用此方法的注意事項

①每次送入孔內(nèi)的水泥球數(shù)量不宜太多，送入量4m～6m為宜，否則墩掃擠壓的效果不佳。

②如果流砂段較長，孔內(nèi)流砂又排不凈時，宜采取從上至下的方法進(jìn)行封堵。

6 工程案例

巫山青峰西礦段ZK5號孔設(shè)計孔深560m，開孔層位是巖溶、裂隙發(fā)育，孔壁坍塌嚴(yán)重的大冶組。施工過程中下了195m的Φ108mm套管擋住了上部垮塌帶。鉆孔在251m～263m時巖心只有40%采取率，之后每次下鉆孔內(nèi)都有1m～2m的沉渣，開泵后能迅速排開至孔底，從取粉管中也發(fā)現(xiàn)有河砂。當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)至272m時，由于施工前一天該區(qū)下了大雨，突然發(fā)生鉆機(jī)負(fù)荷增大，班長立即提升鉆具，但此時已無法拉動孔內(nèi)的鉆具，發(fā)生了流砂埋鉆事故。經(jīng)過采取開大泵量，打吊錘和強(qiáng)力提撥等措施手段，終將事故鉆具拉出孔口。后下鉆探測，鉆具在253m處遇阻，開泵透至258m處起鉆，發(fā)現(xiàn)取粉管內(nèi)全是河砂，又下鉆還在253m處受阻。反復(fù)幾次后，沉渣的深度變化不大，分析鉆孔遇到了流砂。因不敢撥鉆孔上部已經(jīng)下的Φ108mm護(hù)壁套管，采用擴(kuò)孔下套管護(hù)壁擋流砂的措施是不可能了，只好采取堵的措施。

首先，我們采用了灌水泥漿的方法，先后進(jìn)行了3次灌堵，但效果很差。之后采用了用水泥球封堵裂隙的辦法，效果良好。第一次采用水泥球封堵后，沉渣深度為256m，比原來流砂井深減少了3m。第二次封堵后探得沉渣深度在259.4m。這期間由于沒有下雨地下水已無補(bǔ)給，裂隙中的河砂已基本停止流動。在第三次下入水泥球前，采取了先打撈孔內(nèi)的流砂后送入水泥球的辦法，順利地將水泥球投到264m處，通過墩掃、擠壓將水泥擠進(jìn)了裂隙中。至此，ZK5號孔到終孔再也沒有發(fā)生過因流砂影響鉆探施工的事故了。

我們還在巫山青田、紅椿椿樹包等井田中采用此方法處理過好幾個鉆孔在鉆進(jìn)過程中遇到的流砂事故，取得了較好的效果。同時，我們還采用過此辦法來解決鉆孔在鉆進(jìn)過程中遇裂隙突然漏失，保證了鉆孔正常返水。

結(jié)語

人工將水泥球送到裂隙帶處，采取墩掃、擠壓將水泥擠入巖石裂隙中進(jìn)行封閉裂隙的方法，是一種簡單、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、有效的解決鉆進(jìn)過程中遇流砂和鉆孔漏的方法。它的采用，不僅可以避免和減少在鉆探施工過程中套管下放的數(shù)量，降低鉆探成本，保證施工工期，還能減少和避免因套管帶來的孔內(nèi)事故，是一種值得推廣的鉆探技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

［1］胡繼明，康力能.流砂、巖溶地區(qū)沖擊鉆孔灌注成樁施工技術(shù)［J］.西部探礦工程，2002，14（6）：148-149.

中圖分類號：TU74

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A