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岩石穿越中溶洞、裂隙的处理

作者:未知

  摘要:本文介绍了水平定向钻岩石穿越经常遇到的遇裂隙或溶洞问题的危害,介绍了韩仓河穿越的处理经验、措施和情况。
  关键词:定向钻;溶洞;裂隙;措施。
  一、工程概况
  临邑至济南原油管道复线工程韩仓河定向钻穿越工程位于历城区飞跃大道附近,本次穿越主管道规格Φ355.6×8.7mm 设计穿越水平长度763.82m,管道实长767.26m;设计穿越入土角11°58′出土角7°。穿越地层以石灰岩为主(岩石饱和单轴抗压强度76.5-109.1Mpa)。且裂隙、溶洞发育区。
  二、遇到问题
  韩仓河穿越自2018年1月5日开钻,到1月6日钻至130m时,钻遇裂隙或溶洞,具体位置:130-135m,泥浆大部分流失,返出量很小。由于溶洞的存在,会造成后期钻孔、扩孔过程中产生的岩屑无法随泥浆排出,进而挤压形成抱钻,还可能导致钻杆断裂,致使导向、扩孔施工失败。
  三、制定措施
  (1)针对韩仓河穿越地质岩石强度软硬交替变化较大,且穿越地层有多处较大溶洞的事实,导向、扩孔过程全程不冒浆钻屑无法排出的情况,对泥浆配比和排量的控制进行细致和更高要求,对于不同地质段及时改变泥浆配方和排量。
  (2)在导向过程中,每根钻杆完成后均进行1-2、3次来回抽拉,确保前端钻屑的排除;扩孔时采取遇到溶洞时,每扩3-5m后再次来回推拉扩孔器进行短距离洗孔,洗孔时加大泥浆排量,防止扩孔时产生的钻屑一直向前堆积抱钻。
  (3)每级扩孔完成后,再次进行整体洗孔,对于扭矩和拉力数据变化较大位置进行多次洗孔,从而起到多次洗刷,降低孔内钻屑沉淀堆积积压的可能性。
  (4)根据当班司钻记录数據及时整理,做成分析图表,结合地质情况及前期司钻数据进行比较分析,对于需要注意的位置和情况及时跟司钻和泥浆工程师进行有效沟通。以采取应对措施,做到未雨绸缪,预防事故发生。
  (5)在孔洞内的钻杆,当长度达到300m以上时,安装一个补浆短接头,对洞内泥浆流动速度进行补充和更新,保证孔洞内泥浆的畅通性、流动性。
  (6)分段更换扩孔器。由于韩仓河穿越岩石段长度较长,软硬不均,且部分地段硬度较大。一个扩孔器实现全程扩孔的风险系数倍增,因此采取根据钻机仪表数据进行分析,及时退出已经没有切削力的岩石扩孔器,而更换上新的岩石扩孔器。
  四、泥浆工艺
  不同地层对泥浆的性能有着具体的要求,穿越工程地质条件复杂多变,先后穿越杂填土、粉质粘土、砾卵石、强风化灰岩、中风化灰岩、溶洞、微风化灰岩等多种地层地质,泥浆性能要求更高。因此,在施工中必需根据不同地层配制合乎要求的、优质高性能的专用泥浆,并严格监控泥浆压力和泥浆排量。在泥浆配制上,根据不同地层,及时调整泥浆配比。施工单位主要采取了以下方法:
  (1)在砂层、砾石、卵石以及破碎带地层,由于颗粒之间缺乏胶结,扩孔时孔壁很容易坍塌,故成孔的难度很大。因此需在泥浆中加入提粘剂、降失水剂、羧甲基纤维素等,使泥浆粘性增大,可以明显增强砂、砾之间的胶结力和孔壁颗粒之间的胶结力以此使孔壁的稳定性增强,防止孔壁坍塌;同时粘稠的泥浆还具有支撑成型孔洞的作用。
  (2)进入岩层后加入正电胶作为增粘剂,主要提高体系的结构粘度,改善泥浆的剪切稀释性和悬浮携钻屑清洗孔洞的效率。
  (3)在扩孔过程中加入失水剂,初失水可以湿润岩层,使其强度降低,有利于钻头对其破碎,提高钻进速度。
  (4)在泥浆中加入润滑剂,提高孔洞内泥浆液的润滑性,可以提高扩孔效率,降低扭矩、拉力数据。
  (5)在岩石层,泥浆中添加5%的悬浮携砂剂,提高泥浆的岩屑携带能力,尽可能减少钻屑的堆积,保证成型孔洞的流通性。
  (6)根据不同地层、地段,及时改变泥浆排量和泥浆压力,并每隔200m左右加入一个补浆短节,确保钻孔内的泥浆量不因溶洞流失而减少,同时充足的泥浆也可起到对孔壁的支撑保护作用。
  (7)进行堵漏处理。钻孔过程中,泥浆中加入随钻堵漏剂,随时封堵遇到的微小裂隙或溶洞。当遇到较大裂隙或溶洞,但仍有少量返出泥浆时,加入较大颗粒的堵漏剂进行堵漏。当遇到裂隙或溶洞,泥浆完全漏失时,可以考虑水泥浆堵漏。配方为:堵漏水泥浆的配制:水+5%膨润土+0.2%正电胶+6%堵漏剂(高效复合堵漏剂2%,桥塞堵漏剂4%)+3%水泥+0.3%水玻璃,充分搅拌后,泵送至预定位置。
  (8)循环使用泥浆,提高利用效率,减少污染。
  五、现场应用情况
  到1月6日,钻遇裂隙或溶洞时,根据返出量很小的情况,泥浆中加入较大颗粒的堵漏剂进行堵漏。约1h后,开始返浆。开始正常钻进,钻孔过程中,泥浆中加入随钻堵漏剂,随时封堵遇到的微小裂隙或溶洞;1月10日钻至350m时,再次钻遇裂隙或溶洞,泥浆大量流失,我们再次采用较大颗粒的堵漏剂进行堵漏。约1.5h后,开始返浆。此后钻孔过程中,每次遇到较大遇裂隙或溶洞时,即采用如上措施进行堵漏,堵漏效果较为明显。直至钻孔完毕。目前本工程在顺利扩孔中。
  六、结束语
  水平定向穿越岩石,特别是石灰岩,裂隙或溶洞是常态,
  遇到裂隙或溶洞时,泥浆大部分流失,岩屑无法排出,进而形成卡钻,危害很大。处理好裂隙或溶洞,不但可以消减施工风险,还可以减少泥浆漏失,降低成本,对环保工作也有重要意义。本文对处理裂隙或溶洞提供了成功经验。
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