重庆巫山地区钻孔流砂处理技术

李 俊（重庆一三六地质队，重庆 401120）



重庆巫山地区钻孔流砂处理技术

李 俊
（重庆一三六地质队，重庆 401120）

摘 要：重庆巫山地区长江横贯东西，大宁河、抱龙河等七条支流呈南北向强烈下切，地貌上呈深谷和中低山相间形态，地形起伏大，多为沟谷纵横、冲沟发育，坡度陡，是典型的喀斯特地貌。地表浅部碳酸盐岩岩溶、裂隙、落水洞较发育，裂隙中充填流砂较多。地下水位深，一旦地表水给予补充后，地下水泾流较快。在该区进行钻探施工时，钻孔表现为上部掉块严重，流砂多，经常发生掉块卡钻和流砂埋钻事故，给钻进带来了极大的困难。

关键词：切割；裂隙；流砂；埋钻；封堵通道

1 地质情况

矿区内出露的地层多为三叠纪下统嘉陵江组和大冶组，其中施工的钻孔开孔地层多为大冶组地层。该层岩性主要为石灰岩为主，受地质构造的影响，岩溶、裂隙发育，孔壁掉块严重，裂隙内充填大量流砂。其厚度在300m～500m；其下地层依次为大隆组，该区平均厚度约50m，主要以灰黑色块状钙质泥岩为主，夹灰黑色透镜状泥灰岩；长兴组厚40m，岩性为灰黑色中至厚层状灰岩，上部夹燧石灰岩。灰岩裂隙发育，含流砂；吴家坪组，上部以厚约40m的深灰色石灰岩为主，下部为10m厚的含煤岩系，主要以灰黑色炭质泥岩、灰白色粘土岩及黄灰色粉砂岩为主，含K2可采煤层；终孔层位为孤峰组，主要以灰、深灰色厚层状白云岩为主。

2 工程概况及施工中遇到问题

2.1 工程概况

巫山地区的钻孔所穿过的地层除吴家坪组下部有10m左右厚的炭质泥岩、粘土岩、粉砂岩和煤层外，其余地层均为硬度较大的灰岩、泥灰岩。由于该区裂隙、溶洞发育，纯大部分钻孔为全漏失。我们采用的钻探工艺是普通金刚石钻进。除吴家坪组下部含煤岩系采用泥浆护壁外，其余钻孔均采用清水作为冲洗液。由于该区切割较深，地下水位较深，一般钻孔水位在400m以上。

2.2 施工中遇到问题

巫山地区绝大部分钻孔浅部地层（200m以浅）由于受构造、风化作用的影响，裂隙、溶洞发育。在钻进过程中垮塌利害，在施工过程中必须下套管挡住这一段。钻孔深部虽有裂隙，但孔壁比较稳定。问题出在裂隙中充填有大量的流砂，钻进过程中常常因流砂涌出，使钻具无法下到孔进行钻进或在钻进过程中造成流砂埋钻事故。

3 钻孔结构设计

考虑到钻孔在浅部岩溶段有可能遇到溶洞，钻孔结构设计用Φ150mm开孔。下入Φ146mm井口管后换Φ110mm孔径钻进，下Φ108mm套管挡住上部垮塌带后再换Φ94mm口径一径到底。钻进过程中如遇溶洞，则根据溶洞的大小分别下入Φ127mm和108mm套管。

4 钻进过程中采取的措施

4.1 开孔钻进

由于巫山地区为典型的喀斯特地貌，定孔时尽量避开沟、谷、山凹和落水洞。第四系表土层开孔的钻孔，开孔钻进时采用小水量轻压慢钻进，如表土层较厚可配以泥浆护壁的方法进行钻进，钻进至较为完整的基层时，及时下入Φ146mm井口管。

4.2 二开钻进措施

钻进过程时，应采用较小的水量和较低的转速，避免大水快钻造成孔壁失稳而垮塌；钻进过程中每回次钻进必须带取粉管钻进，避免在钻进过程中上部掉块卡住粗径钻具；为预防和减少孔垮塌和掉块，每回次钻进时可向孔内投黄泥球。发现孔内掉块严重或孔内开始垮塌时，及时采用水泥浆进行封闭护壁。钻孔穿过垮塌带后及时下入套管护壁。

4.3 流砂事故的预防

通过对巫山地区近10年的勘察施工，总结出了钻孔中流砂出现的大致规律和流砂段处理的经验技术。

（1）流砂段的分析判断。由于巫山地区地下水位埋深较深，所以在钻进过程中要认真观察分析每回次取上来的岩心，岩层是否破碎，同时认真观察取粉管内是否有砂子。如岩心较破碎，取粉管内又发现有砂子，该段裂隙中有可能充填有砂子。同时在下钻过程中，特别是钻具要到孔底时，当班班长要认真感觉孔底是否有沉渣，也是判断流砂存在的依据。

（2）孔内出现大量流砂的时间。从我们在巫山地区和石柱地区施工的经验看，地下水位以上的裂隙段中砂子，一般是在下雨期间和大雨后的第二、第三天涌出。原因是雨后地表雨水透入地下，地下水在裂隙中径流带动裂隙中的砂子向下流动，而砂子流到钻孔内迅速沉淀充填钻孔，如此时正在钻进，极易造成流砂埋钻事故。

（3）流砂埋钻事故的预防

有了这一经验后，我们在巫山地区施工的钻机，遇到雨后的第二天、第三天，有遇流砂史或有可能出现流砂的钻孔尽量采取以避让为主的措施，等地下水流走后再钻进。

（4）流砂的处理技术

由于巫山地区降水丰沛，年平均降雨量在1000mm以上，靠预防是不能彻底解决流沙问题的。所以我们采用了“堵”的方法。最初我们采取用水泥浆灌入孔内进行封堵，但效果不佳。其原因一是当孔内流砂排不净时，用水泵灌注水泥浆前虽然开泵用清水将孔内的流沙排开了，但未排出地面，裂隙中的砂子没有被排出，虽然水泥浆液有一定的压力，但无法充填裂隙，仅在孔内凝固。二是灌入孔内的水泥浆在压力的作用下还未凝固就顺着裂隙流失了，没有起到封闭裂隙的作用。

鉴于以上原因，我们改变了用水泥浆封堵的办法，采用将水泥球送到流砂段后再用人工挤压的方法将水泥挤入裂隙，堵塞流砂通道。其方法如下：

①水泥按1∶0.4～0.5的水灰比搅拌均匀，同时向水泥中添加食盐和三乙醇胺。添加量为1包水泥（50kg）+1包盐（500g）+25g三乙醇胺。

②把搅拌好的水泥撮成球，大小以能装进岩心管为宜。为预防水泥在孔内被水稀释和冲释，可用沙布或胶子将水泥球包好。为了便于排送，在沙布和胶子外面抹上了废机油。

③将水泥球放入岩心管中，装满后岩心管底部用200mm的黄泥堵住。封堵底部时，不能太紧，避免墩、送不出。也不能太松，造成钻具还没有下到位水泥球就掉出岩心管。

④送水泥球时操作一定要稳，避免中途水泥球脱落。钻具离孔底2m时开泵送水同时轻轻墩钻具，将水泥球送入孔底。

⑤下入全面钻进的钻头，反复墩扫水泥球将水泥挤入裂隙中。

采用此方法的优点：一是水泥球不会沿裂隙流走；二是即使裂隙中有流砂，在墩扫水泥球时可将部分水泥球挤入裂隙中。

5 采用此方法的注意事项

①每次送入孔内的水泥球数量不宜太多，送入量4m～6m为宜，否则墩扫挤压的效果不佳。

②如果流砂段较长，孔内流砂又排不净时，宜采取从上至下的方法进行封堵。

6 工程案例

巫山青峰西矿段ZK5号孔设计孔深560m，开孔层位是岩溶、裂隙发育，孔壁坍塌严重的大冶组。施工过程中下了195m的Φ108mm套管挡住了上部垮塌带。钻孔在251m～263m时岩心只有40%采取率，之后每次下钻孔内都有1m～2m的沉渣，开泵后能迅速排开至孔底，从取粉管中也发现有河砂。当钻孔钻进至272m时，由于施工前一天该区下了大雨，突然发生钻机负荷增大，班长立即提升钻具，但此时已无法拉动孔内的钻具，发生了流砂埋钻事故。经过采取开大泵量，打吊锤和强力提拨等措施手段，终将事故钻具拉出孔口。后下钻探测，钻具在253m处遇阻，开泵透至258m处起钻，发现取粉管内全是河砂，又下钻还在253m处受阻。反复几次后，沉渣的深度变化不大，分析钻孔遇到了流砂。因不敢拨钻孔上部已经下的Φ108mm护壁套管，采用扩孔下套管护壁挡流砂的措施是不可能了，只好采取堵的措施。

首先，我们采用了灌水泥浆的方法，先后进行了3次灌堵，但效果很差。之后采用了用水泥球封堵裂隙的办法，效果良好。第一次采用水泥球封堵后，沉渣深度为256m，比原来流砂井深减少了3m。第二次封堵后探得沉渣深度在259.4m。这期间由于没有下雨地下水已无补给，裂隙中的河砂已基本停止流动。在第三次下入水泥球前，采取了先打捞孔内的流砂后送入水泥球的办法，顺利地将水泥球投到264m处，通过墩扫、挤压将水泥挤进了裂隙中。至此，ZK5号孔到终孔再也没有发生过因流砂影响钻探施工的事故了。

我们还在巫山青田、红椿椿树包等井田中采用此方法处理过好几个钻孔在钻进过程中遇到的流砂事故，取得了较好的效果。同时，我们还采用过此办法来解决钻孔在钻进过程中遇裂隙突然漏失，保证了钻孔正常返水。

结语

人工将水泥球送到裂隙带处，采取墩扫、挤压将水泥挤入岩石裂隙中进行封闭裂隙的方法，是一种简单、科学、经济、有效的解决钻进过程中遇流砂和钻孔漏的方法。它的采用，不仅可以避免和减少在钻探施工过程中套管下放的数量，降低钻探成本，保证施工工期，还能减少和避免因套管带来的孔内事故，是一种值得推广的钻探技术。

参考文献

［1］胡继明，康力能.流砂、岩溶地区冲击钻孔灌注成桩施工技术［J］.西部探矿工程，2002，14（6）：148-149.

中图分类号：TU74

文献标识码：A