松散地层钻进孔壁稳定性分析

《松散地层钻进孔壁稳定性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、松散地层钻进孔壁稳定性分析杨月堂湖北省地质勘察基础工程公司湖北武汉430200摘要：在松散地层进行地质勘探取芯钻探时，易产生坍塌事故而导致取芯失败。木文并通过受力分析来进一步探讨影响孔壁稳定性的原因，最后提出了钻进中提高松散地层孔壁稳定性的一些措施。这些研宄对松散的钻探工作具有一定的指导意义。关键词：松散地层，取芯钻探，孔壁稳定性，受力分析0引言钻探取芯可以采取不扰动试样及扰动试样，进行直观的鉴别，因此一直是最重要的勘察手段，但由于地层具有隐蔽性的特征，地层的详细信息在施工前难以察觉。松散地层主要括松散岩层与砂类

2、，如图1为裸露在地表的松散地层，因为构造影响剧烈的断层破碎带，强风化带，松散带，主要结构形状为碎屑状、颗粒状，断层破碎带交叉，构造及风化裂隙密集，结构面及组合错综复杂，并多充填粘性土，形成许多大小不一的分离岩块。完整性遭到极大破坏，稳定性极差，岩体属性接近松散体介质，可能发生的岩土工程问题为易引起规模较大的岩体失稳，地下水加剧岩体失稳。情况下稳定性极差，在这类地层钻探取芯时，易发生塌孔埋钻事故，导致取芯失败，钻具无法取出，造成严重的经济损失，延误时间。众多的现场施工证明，如何在松散地层中钻进时保证孔壁稳定性及较高

3、的取芯率是一个难题。有较多的学者专家对了孔洞中岩土体的稳定性进行了研究，得出了有意义的结论。屠厚泽[1]在岩石破碎学中指出，若围岩是散体,则可用平衡拱公式或挡土墙理论公式来计算地压；胡晓敏、李之达、王进、李小青等人[2],[3],[4]等对采用回转转进的钻孔灌注桩成孔的孔壁稳定性进行了分析。这些研宄对进一步研宄松散地层的稳定性很有帮助。1松散地层孔壁受力分析水对松散地层性质影响很大，因此分析孔壁稳定性是考虑了两种情况，即被钻井液浸泡以后的孔壁与受少量水侵扰的孔壁。1.1受水浸泡后的孔壁稳定性分析松散层类型的孔壁主

4、要矿物成分为粘结力差的石英、长石、云母和高岭石为主的黏土矿物，具亲水性，呈弱透水性或微透水性，在孔壁被钻井液浸泡后，大部分粘结物质如Na+、K+能大量溶解，此时松散层呈散体状。呈散体状的孔壁受力考虑主动土压力Pa、孔内水压力u、孔内水向孔壁渗流吋产生的滲透力』1、孔外水向孔内的的滲透力j2及钻井液的抽吸力PC。考虑到松散花岗岩层呈弱透水性或微透水性，以及文中假设的岩层在地下水位线以上,故取jl=j2=0。要使孔壁稳定，在径向必须满足：⑴参照计算模型1，根据土力学公式［5］可得：⑵⑶式中：一孔内钻井液高(m);一钻

5、井液重度(kN/m3);一上覆岩土层平均重度(kN/m3);一松散岩层平均冇效重度(kN/m3);一松散岩层摩檫角(0)。将(2)、(3)代入(1)，得孔壁稳定性的条件为：(4)由(4)知孔壁被水浸泡后，主要由钻井液对孔壁产生压力以提供支撑力来维持孔壁的稳定性。想要维持稳定性，不冋厚度的覆土层和全风层对钻井液的密度要求都不一样，钻井液密度越人则孔壁越稳定，但钻井液密度太人不利于钻进。被水浸泡后松散颗粒之间粘聚力为0,在钻井液的轻微的抽吸作用下，颗粒将不断脱离孔壁，随钻井液返回地面，使钻孔孔径不断扩大，孔内发生坍塌

6、事故，这导致钻钻取芯失败。1.2受少量水侵扰的孔壁稳定性分析对于埋深较大的水平孔，可以认为应力重新分布的弹性变形区，发生在6倍钻孔半径以内的区域。此时，σ3=λH和σl=λγH可以看做岩体中的初始成力。运用將性理论，可按圆孔疲力集中的公式来计算围岩内任一点（微分体）的径向应力σr，切向应力σθ以及剪应力τrθ:用极限平衡状态理论判断孔壁稳定性：（8）讨论「0=「的情况，代入上式，可知该点的三个正

7、应力为：，，。根据现场试验数据，松散地层参数取平均值c=25.7kN/m3,φ=270,=19.2kN/m3。为了便于比较，取hl=O,即覆盖地层厚度为0,钻进地层全部为松散层的情况。经计算整理，求得：经判断，，取代入（8）计算，得。比较，得：（9）根据（9）式判断孔壁的稳定，式中“31.4”根据岩层的粘聚力计算得来，“”为钻井液提供的支撑力，“”是随地层厚度变化的竖直向的原岩应力。当≥吋，孔壁保持稳定，此时要求钻井液达到一定的深度，钻井液密度也达到一定的深度，但由于钻井液的密度始终小于松散岩层，因

8、此岩层的厚度达到一定数值后，使用钻井液无法保持孔壁稳定，需要下套管；＜吋，孔壁失稳，这种情况下孔内钻井液高度不够，或者是孔内松散岩层太厚。2提高松散花岗岩孔壁稳定性的一些措施根据以上的受力计算结果，本文从钻井液，钻具和现场施工操作等几方面对提高孔壁稳定性提出了一些措施。2.1钻井液钻井液是钻井工程中的血液，地质条件不一样，对钻井液的要求也不一样,对于松散花岗岩层，主要考虑