涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用_龚恩德.pdf
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1、第 32 卷第 4 期2022 年 12 月安徽地质Geology of AnhuiDec.2022Vol.32 No.4文章编号:1005-6157(2022)04-0引言在钻探施工中,可能钻遇坍塌掉块、缩径、超径、漏水、涌水等复杂情况的地层,且通常多种问题并存。在钻遇涌水地层时,地层中的涌水会不断稀释循环泥浆,破坏泥浆性能,最后形成“清水”钻进2。涌水钻孔不仅会增加维护泥浆的工作量,且增加了处理剂的成本投入3。在地层复杂的钻孔中,泥浆性能变差还会影响孔眼清洁,导致孔壁失稳,从而引发一系列的孔内事故4-6。涌水量过大时还会造成内管投放困难7,降低岩心采取率8,严重时甚至影响机台地基稳定9。因
2、此,调配并维持合适性能的泥浆有其必要性。对于涌水严重的钻孔,一般采取下套管阻隔或浆液封堵等方法止涌。对于涌水量不大,但在较深孔段有多处涌水点的钻孔中,如果采取下套管阻隔,不仅施工成本上升,而且无法一次性止涌。在小口径绳索取心钻孔中,如果采取水泥封堵,水泥固结后,在钻进过程中易被钻具敲打破坏,封堵效果有限,此时通过泥浆工艺进行处理更加经济高效。1工程概况1.1 项目概况某矿区勘查钻孔施工项目,设计孔深580 m,要求全孔连续取心钻进,取心钻进口径不小于 76 mm。实际施工为581.46 m,开孔采用110 mm钻具钻进,下入108 mm表层套管,换95 mm绳索取心钻具取心钻进至71.53 m
3、,下入89 mm技术套管,换76 mm绳索取心钻具取心钻进至581.46 m。1.2 地层概况钻孔位于庐纵火山岩盆地北东部边缘,西邻郯庐断裂带10,矿区断裂构造发育,地层较为破碎,施工地质条件复杂。地层自上而下依次为第四系(Q)、下白垩统龙门院组(K1l)、中三叠统铜头尖组(T2t)。钻探实际揭露地层主要岩性如下:(1)017.57 m黏土夹碎石;(2)17.57564.31m角砾粗安岩、角闪粗安岩、凝灰岩;(3)564.31580 m粉砂岩、细粒石英砂岩。钻孔结构如图1所示。收稿日期:2022-8-25作者简介:龚恩德(1972),男,安徽东至人,高级工程师,主要从事地质钻探、基础施工工作。
4、E-mail:摘要:在钻探工作中,孔内可能出现各种复杂情况,其中钻孔涌水1是常见的复杂情况之一。涌水钻孔通常采取调整泥浆密度平衡地层压力的对策,可是对于采用绳索取心钻进的钻孔,提高泥浆密度又受到钻进工艺的限制。本文通过介绍某钻孔涌水地层泥浆的现场处理方法,总结处理效果及方法应用,希望为遇到类似涌水地层的工程提供借鉴。关键词:涌水;绳索取心;泥浆中图分类号:P634文献标志码:B涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方
5、法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥
6、浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用涌水地层绳索取心钻进泥浆处理方法与应用龚恩德,邓祖保,张正(安徽省地质矿产勘查局327地质队,安徽合肥230011)331-3图1钻孔结构图Figure 1.Borehole structure安徽地质2022年2钻孔涌水情况钻孔在103 m以深地层经观测发现,泥浆损耗开始减少,
7、泥浆稀释严重,甚至泥浆池中泥浆开始增加,判断孔内轻微涌水。冲洗液循环一周的时间的计算公式如下11:T1=V杆Q泵(1)T2=V环Q泵+Q涌(2)T=T1+T2(3)根据公式(1)(3)推导出:Q涌=V环Q泵T Q泵-V杆-Q泵(4)式中:T1为冲洗液下降时间,min;T2为冲洗液上返时间,min;T为冲洗液循环一周时间,min;Q涌为涌水量,L/min;V环为钻杆与孔壁环状空间容积,L;Q泵为泥浆泵量,L/min;V杆为钻杆柱容积,L。计算涌水量约为2.4 m3/d。涌水量虽不大,但对于该孔泥浆循环总量来说,已足以严重影响泥浆性能,威胁孔内安全,而且地层中随涌水涌入的细小砂粒可能引起绳索取心钻
8、具内管卡死,导致难以打捞。3涌水原因分析龙门院组含水层富水性强,主要为火山碎屑岩及熔岩类裂隙孔洞水,且地层裂隙发育带及破碎带节理发育,裂隙呈网状密布,连通性好12。发生涌水时,对比岩心情况发现,103 m以深地层为碎裂粗安岩,裂隙较多,与含水层存在导水通道,由于泥浆密度低,地层裂隙压力与孔内泥浆液柱压力形成压差,导致孔内涌水。4处理方法钻孔上部2070 m孔段有多层凝灰岩及破碎带,已下入89 mm技术套管,根据以往施工经验,钻孔下部孔段还存在多个涌水点,且考虑涌水量不大,从经济效益综合考虑,采取调整泥浆工艺的方法进行处理。4.1 提高泥浆密度平衡地层压力涌水前池中泥浆配方:清水+3%膨润土+4
9、%5%纯碱(膨润土质量)+0.5%KPAM(聚丙烯酸钾)+0.3%0.5%CMC(羧甲基纤维素)。泥浆性能参数:密度为 1.04 g/cm3,漏斗黏度为2326 s,pH为9.5,失水量为710 mL/30 min,泥饼厚度为0.5 mm。涌水后测试发现,泥浆密度不断下降,黏度降低,失水量上升,性能破坏明显。现场利用压力表测得地下水在孔口处压力为0.06 MPa,计算平衡地层压力所需泥浆密度可根据下列公式13:Y=1+102P/H(5)式中:Y为平衡地层压力所需泥浆密度,g/cm3;H为涌水层距孔口垂直距离,m;1为当前泥浆密度,数值为1.04 g/cm3;P为孔口压力,MPa。计算得出Y为1
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