深厚砂卵砾石层金刚石钻探施工技术和工艺

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1、深厚砂卵砾石层金刚石钻探施工技术和工艺              付兵    邱太宝摘要：结构复杂的深厚砂卵砾石层的钻探施工技术和工艺是十分复杂的。作者以乐山沙湾水电站坝址区钻探工程的实践，详细地总结了深厚砂卵砾石层金刚石钻探施工的钻孔结构设计、金刚石钻头的选择、钻进参数、系列钻具及套管选择等方面的经验。同时指出，工程钻探是一门实践性很强的学科，因此，切不可死搬硬套别人的经验，须根据地层情况加以取舍、总结、完善，才能达到最佳效果。关键词：乐山市沙湾水电站；钻探施工技术和工艺；钻进参数；厚壁套管；冲洗液；质量； 沙湾水电站枢纽工程位于四川省乐

2、山市沙湾区大渡河干流葫芦镇河段，为大渡河干流下游梯级开发中的第一级，距乐山市城区44.5Km。该工程以发电为主，兼顾灌溉和航运功能。电站装机容量480MW，河床式厂房，厂房后接长约9Km的尾水渠，属大型水电项目。   该工程钻探工作的特点是，枢纽区河床砂卵石层厚度大，最深达约77m，且结构复杂，给钻探施工带来很大的困难。因此，认真研究深厚砂卵石层金刚石钻探的施工技术和工艺，是保证钻探质量和圆满完成钻探任务的关键。1坝址区地质条件及地质要求1.1坝址区地质条件1.1.1  上坝址区河床段地质条件  坝址位于沙湾区葫芦镇上游约2.2Km的祝村坝

3、，河谷呈宽缓的“U”形状，河床段宽度约570m，左侧为大渡河现主河道，右侧为河流漫滩。地表覆盖层上部为第四系全新统现代河流冲积堆积（Q42al）之层，其物质组成为漂卵石夹砂，厚度为18.00～20.10m，中、下部为第四系上更新统冲洪积堆积层（Q3al＋pl）之漂卵石夹粉土，厚度为17.00～53.50m，底部为粘土透镜体，厚度为1.00～2.90m。覆盖层左右两侧厚度差异较大，左侧为一深切河槽，覆盖层最大厚度达76.54m；右侧为一基岩台地，覆盖层最大厚度达36.30m。  下伏基岩为三叠系中统雷口坡组（T212）之泥质白云岩、岩溶角砾岩

4、及灰岩。灰岩及岩溶角砾岩为中等发育，岩体中多有溶孔发育，并有粘土及灰岩角砾充填，岩体完整性差，岩性软弱，强度较低。1.1.2  下坝址区河床段地质条件  下坝址位于沙湾区葫芦镇上游约1.0 Km的桅杆坪，河谷开阔，呈宽缓的“U”型，河床段宽度约630m，右侧为大渡河现主河道，中部为一河心岛，左侧为河流漫滩。地表覆盖层中部和上部为第四系全新统现代河流冲积堆积（Q42al）层，按其物质组成可分为两层，第一层为漂卵石夹砂，厚度为6.60～33.20m，第二层为卵砾石夹砂，厚度为0.00～26.10m，层中夹粉细砂透镜体；下部为第四系上更新统冲洪积

5、堆积（Q3al＋pl）层，其物质组成为卵砾石夹砂，厚度为0.00～44.50m，层中局部夹砂层及粘土夹砾石透镜体，砂层透镜体最大厚度达18.60m。河床内分布左右两个深切河槽，左侧深切河槽宽约100～130m，覆盖层最大厚度达53.26m；右侧深切河槽宽约330～360m，覆盖层最大厚度达66.76m。  下伏基岩为三叠系中统雷口坡组（T213）之泥质白云岩、岩溶角砾岩及灰岩。1.2地质对钻孔的质量要求及技术要求质量要求：岩芯采取率85%，岩芯获得率80%     技术要求：终孔直径不小于Φ91mm。2设备的选择    根据地层情况、钻孔深

6、度和地质要求，钻探设备选择如下：  钻机：XY—2型                     水泵：3D—5/40型  定量泵：BW—150型、BW—160型    搅拌机NJ—300型  木质三角塔，高度9m3钻探施工技术与工艺3.1钻进方法及钻孔结构3.1.1  上坝址区钻进方法及钻孔结构  根据地层情况及上阶段钻探施工的经验，上部砂卵石层，先采取植物胶金刚石钻进取芯，后跟进厚壁套管护壁，以护住上部较为松散的砂卵石层；下部砂卵石夹粉土层，因其稳定性相对较好，采用植物胶金刚石钻进，辅以投黄泥球挤压护壁及下入多级套管护壁的方法，钻穿砂卵石层

7、，基岩：采用清水金刚石钻进。  根据地层情况及钻孔深度选择钻孔结构如下： 0～15m，跟进Φ194×14厚壁套管，之后采用Φ150、Φ130、Φ110植物胶金刚石钻进，并逐级下入Φ146、Φ127、Φ108套管，每级钻进深度控制在15～25m，钻穿砂卵石层。  基岩：采用Φ91清水金刚石钻进工艺，一径终孔。  上坝址钻探完成覆盖层最大厚度达76.54m，孔深94.67m。3.1.2下坝址区钻进工艺及钻孔结构  根据地层情况及上阶段钻探施工的经验，因砂卵石层较为松散，地层稳定性较差，先采用植物胶金刚石钻进取芯，后跟进厚壁套管护壁的钻进工艺，以

8、两层厚壁套管钻穿砂卵石层。基岩：采用清水金刚石钻探工艺。  根据地层情况及钻孔深度选择钻孔结构如下：覆盖层采用Φ130植物胶金刚石钻进取芯，逐步跟进Φ178×12（7英寸）厚壁套