浅谈西藏地区水电勘探施工管理与技术要点

刘汉林　张文海

（中国电建集团贵阳勘测设计研究院贵州贵阳550081）

浅谈西藏地区水电勘探施工管理与技术要点

刘汉林张文海

（中国电建集团贵阳勘测设计研究院贵州贵阳550081）

目前，我国的水电建设项目主要集中于西藏高原地区西藏地区的特殊地质、地理情况及特殊的人文环境等，该区域的勘探施工管理也与内地具有很大区别。本文主要根据西藏地区的实际情况，分析总结提出了几点在高原地区勘探施工的经验和技术要点，为后期更好的在西藏地区勘探施工提供参考。

西藏地区；施工管理；钻探工艺

我国的水利水电建设工程目前已进入尾期，内地的大型水电勘察设计项目已基本结束，逐步多元发展的方向转型。西藏地区地广人稀，水利资源丰富，国家在西部地区的建设投入了大量的人力和物力。根据全国水能资源复查成果，西藏有356条河，水量丰沛、落差大，天然水能理论蕴藏量达20136万kW，占全国29%，居首位［1］。由于特殊的人文地理环境，西藏地区的水利水电勘探施工与内地相比存在很多问题及挑战。科学的安排管理，合理的选择施工工艺，对西藏地区的勘探施工具有重要意义。

1　区域概况

西藏地区海拔较高，地势复杂，气候多变，由于道路不通、地形崎岖、高原缺氧、空气干燥、昼夜温差变化大等问题，给这一地区的勘探施工带来了极大的不便。每年有效施工期为3月到12月，局部地区为4月到10月期间。西藏地区山河破碎，千沟万壑，地势险峻且表层无泥土覆盖，植被荒芜。水电勘探的地段，大多都是江河两岸，或是险峻的陡壁，或是松散的堆积体，勘探施工难度极大。有的地方覆盖层厚度超过100多米，有的地方岩石严重风化，破碎地层深度可达几百米。特殊的人文地理环境使得西藏地区的勘探施工具有极大的挑战性。

2　勘探设备的选择

由于西藏地区地势险要，交通不便，勘探设备的搬迁只能靠人力，因此在设备的选择阶段就要考虑机械的轻便性及可拆装性能。

2.1钻机的选择

结合多年的施工经验，钻孔设计深度在200m～300m的，一般选择杭州钻探机械厂生产的YL-3A型钻机，搬运时一般可拆分为机座、柴油机、变速箱、卷扬、立轴五大部分，最重的部分重量在400kg～500kg。YL-3A型钻机的基本参数如表2-1所示，基本能够满足钻进工艺的要求。

如果孔深超过300m的钻孔，一般考虑采用绳索取芯钻进工艺，设备选择XY-4型钻机。

设计孔深在200m以下的钻孔，宜考虑选用HGY-200型钻机，此类钻机采用固定式三脚架，具有占地面积小，结构稳定，轻便等优点，适宜野外勘探作业，其基本性能参数如表2-3所示。

2.2水泵的选择

水电勘察的钻孔，一般都要求进行压水实验，有的还需求做高压压水实验。水泵的选择应根据实验要求、地理位置及钻进工艺的不同进行选择。如果钻孔位置离水源较近，水质干净，采用清水钻进，适宜选择RS-150型三缸柱塞泵，此水泵具有重量轻、送水稳、排量大、压力高等优点，能够满足一般压水钻孔的施工要求；如果钻孔离水源相对高程较大，水源水质干净，清水钻进同样可以采用RS-150型水泵进行两泵送水；如果钻孔工艺复杂，需要采用植物胶等护壁，宜采用BM-150型水泵或者100/30三缸柱塞泵；如果要进行高压压水，就选择BM-250型水泵。

表2-1　YL-3A型钻机基本参数表

表2-3　HGY-200型钻机基本参数表

3　施工队伍组织及材料补给

西藏地区具有高海拔、严寒、温差大、交通不便等特点，造成西藏地区的勘探施工存在人工成本高、机械效率低、作业风险大等问题。内地人到西藏工作，受高海拔、低气压、空气稀薄、氧含量低等问题的影响会引起高原反应。从事体力劳动的工人呼吸困难、体力下降，工作效率降低，加之地势陡险，交通不便，正常工作往往都需要有人进行材料补充，所以在西藏地区的勘探施工班组人员要比内地多一到两个，以便进行辅助工作。

西藏地区勘探施工地点离城镇较远，稀缺材料补给难度较大，很多材料当地没有供应，钻机配件等要从成都发货，对施工进度的影响非常大。因此，在设备进场的时候，易损材料、维修器材要配备齐全。

4　勘探施工技术特点

我单位多年施工地段地处藏东南著名的横断山脉北段之山原峡谷地带，出露地层以英安岩、流纹岩及碎屑岩为主，节理裂隙发育，岩石风化严重，且岩石细密坚硬，主要成份为硅质石英，含量70%～85%。岩石具有微晶结构，性质坚硬且脆，有多组交义节理存在，易碎裂。岩石可钻性级别在9级～10级，高山孔全孔段无地下水存在。根据以往的钻探经验，整个钻孔过程中全孔漏失，无反水。

钻进中主要出现的问题有以下几点：

（1）岩石坚硬，钻进速度慢，进尺难；

（2）岩石破碎，孔壁坍塌掉块严重；

（3）岩石的研磨性较大，钻头、钻具磨损严重；

（4）地层裂隙发育，冲洗液全孔漏失；

（5）岩心破碎，取心困难。

钻进工艺的选择主要结合岩层的岩石力学特性、结构和构造，钻探设备和护臂堵漏措施等因素选择钻进方法和施工工艺。

（1）钻进方法

西藏地区，岩石硬度较大，可钻性级别都在8级～10级，所以选择孕镶金刚石钻头钻进，胎体硬度选择HRC25～42，热压金刚石钻头，在岩石硬度低的地方可采用电镀钻头。在岩石完整的地段采用单管钻进，在破碎的地段采用单动双管钻进。

（2）钻井液体系

由于节理裂隙发育，钻孔漏失严重，钻孔冲洗液全部漏失。冲洗液的选择必须具有良好的放塌堵漏作用。对于坚硬破碎易坍塌的地层，钻孔冲洗液应该具有低失水性能，粘度和比重要适当。失水量低，能够减少钻孔冲洗液渗入孔壁中的自由水，在孔壁形成一层薄而致密的泥皮［3］，稳定破碎层孔壁。使用SM植物胶，同时加入CMC（降失水剂）、腐植酸钾和碳酸钠，防塌效果显著。

（3）事故处理方法选择

选择金刚石普通清水钻进，基于地层裂隙发育，风化严重的特性，钻进中坍塌掉块卡钻等事故是必然会出现的。当掉块严重时，采用下入套管护壁堵漏和水泥浆护壁堵漏。

（4）规程参数选择

钻进规程参数是指钻压、转速和泵量，对于裂隙发育，破碎的地层，钻压要相对较小。根据岩石的力学性质特点，钻压一般选择在12kN～15kN，在钻速较慢的地段可适当加大钻压或减小钻压。西藏地区孔壁极不稳定，掉块卡钻严重，不能采用过大的转速，转速过大，会增大钻杆与孔壁的摩擦，增大孔壁坍塌卡钻的风险。钻速一般选择在94r/min～264r/min。

5　结语

针对西藏地区特殊的地理环境以及地层特点，合理的管理制度和合适的钻进工艺，对高效、安全钻进施工是至关重要的。复杂的人文环境，要求施工人员具有良好的适应能力，管理人员具有较强的协调能力。复杂地层的钻进往往容易出现卡钻、埋钻、钻杆断裂、烧钻、下钻不到底、钻孔漏水、钻杆磨损、钻头寿命低、岩心采取率低等诸多问题。合适的钻进工艺方法，不仅要能安全顺利的完成钻探工作，还要最大限度的减少钻探工程事故，节约成本，提高岩心采取率。根据现场施工的经验，现给出以下几点建议：

（1）高原地区施工必须贯彻以人为本的理念，注重人员安全，强化风险意识，要确实做好安全保障工作，决不能以牺牲人的生命和健康为代价；

（2）在高原地区施工，由于交通不便，物资匮乏，要做好后勤保障工作，周密的做好生产材料、物资的配备，合理安排好物资补给的时间和数量，确保施工安全高效的进行；

（3）在今后的工作要着重研究高山陡壁的搬运方法，解决高原地区搬运困难的问题；

（4）坚硬破碎地层的钻进事故频发，要做好施工组织设计，选择好合适的钻进工艺及钻探设备；

（5）破碎地层套管往往很难下到预定的位置，在钻孔结构设计的时候要为后期的事故处理留有充分的空间，以防钻孔报废；

（6）在漏失严重的情况下，先处理漏失事故，切勿顶漏钻进，水泥护壁是较为简单有效的护壁措施，在破碎漏失严重时，可考虑用水泥浆液护壁堵漏。

（7）在今后的钻探工作中可着重考虑采用冲击回转配合绳索取心钻进［4］，加大护壁堵漏工艺的研究，解决地层坍塌漏失问题，将绳索取心冲击回转钻进很好的应用于坚硬破碎漏失地层。陕西水利

［1］杨铭钦，王崇礼.西藏地理气候特殊性对水电工程造价的影响［J］.水利发电，2008，34（2）.

［2］汤凤林，段隆成.岩心钻探学，中国地质大学出版社，2009年10月，第二版.

［3］郑克清.复杂地层钻探护壁堵漏工艺研究与应用［D］.长沙：中南大学，2012.

［4］吴志强，王廷睿.谈液动冲击回转钻进技术在破碎岩层中运用［J］.安徽地质，2010，20（2）：4-12.

（责任编辑：畅妮）

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