植物胶在卵石层钻探中的应用

郑州中核岩土工程有限公司 李建波 和锡凤

植物胶在卵石层钻探中的应用

郑州中核岩土工程有限公司 李建波 和锡凤

一、工程概述

某核电厂工程位于重庆市涪陵区，可研勘察所钻进的ZK73号孔和回填区勘察所钻进的H18号孔位于长江的Ⅱ级阶地，Ⅱ级阶地主要由卵石、圆砾、粉砂、粉土组成，卵石、圆砾含量约55%～75%，成分杂乱，密实，磨圆度好，研磨性强，分选差，卵石粒径一般为5-10cm，最大粒径约50cm，易塌孔。

可研勘察所钻进的ZK73号孔于2007年5月1日开孔，2007年6月11日终孔，进尺28.50m，其中卵砾石层厚度为27.60m，钻探采用膨润土泥浆跟管钻进，施工过程中极易掉块、塌孔，致使无法跟管，钻探效率低，材料消耗大。回填区勘察所钻进的H18号孔于2008年1月8日开孔，2008年1月17日终孔，进尺33.60m，其中卵砾石层厚度为28.50m，中等风化粉砂质泥岩厚1.00m，本次钻探采用CL植物胶配置成的低固相的浆液和金刚石单管跟管钻进，施工过程中未出现掉块、塌孔现象，跟管顺利，在消耗较少材料的基础上，顺利完成了钻探工作，钻探效率较高。

二、钻进施工方法

1．H18号孔开孔后采用ф130mm合金钻具钻进，钻至4.10m后下入ф127mm套管，将上部粉质黏土护壁。

2．用ф110mm金刚石单管钻具，钻至20m，下入ф108mm套管。

3．用ф91mm金刚石单管钻具钻进，在钻进过程中未发生掉块、塌孔现象，顺利穿透卵砾石层，进入中等风化粉砂质泥岩1米。

4．在跟管时如遇到飘石、孤石、套管下不去时，不能强行下套管，而应提出大管，进行扫孔后，重新下管，如果强行下管导致套管帽损坏将影响下一级配钻具的通过。

5．因水泥与植物胶起化学反应，导致水泥不能凝固，在使用CL植物胶后，如遇到较大的裂隙，不能用水泥堵漏，而用投入黏土球加压用浓浆扫孔方法堵漏。

三、泥浆配制

根据地层情况，选用CL植物胶做为低固相泥浆处理剂，是因为CL植物胶弹粘性、粘度高，失水量小，有良好的护壁作用，护壁抗岩粉效果好，且能保持孔内清洁，减少卡钻、埋钻事故，在松散破碎地层无需反复捞取沉淀岩粉及砂，减少了辅助时间，提高了钻进效率。

1． 配方。CL植物胶的浓度一般为0.3%～0.8%，膨润土的浓度为3%～5%，火碱浓度为膨润土和CL植物胶总量的4%～6%，如遇特殊情况可增加CL植物胶的含量，另可增加0.2%的羧甲基纤维素，可进一步降低浆液的失水性，提高防塌效果。

2．配置方法。在搅拌机中加入定量的清水，将溶解的火碱倒入搅匀，同时开动搅拌机，均匀的将CL植物胶及膨润土倒入搅拌，不可快速倒入，防止结固，致使搅拌不均匀（搅拌约20min），搅拌的同时注意观察，当植物胶粉完全搅拌均匀，充分溶解后无结块，方可将浆液倒入泥浆池。现场尽量让回浆沟长一些，沉淀池大一点，一遍孔内排出的砂和岩粉有充分的沉淀时间。

3. 泥浆的管理。

⑴ 应有专人管理，随时清理回浆沟及沉淀池内的砂和岩粉，保证泥浆的质量，密度在1.00g/cm3～1.20g/cm3之间，黏度在60s以上。

⑵ 注意观察泥浆质量，如不符合要求时，及时配置新的浆液补充，如果发现浆液变质，及时更换。

⑶ 一般不准在泥浆坑内直接加入CL植物胶和膨润土，直接加入易造成搅拌不均匀、结块、堵住吸水笼头，造成孔内事故，若发现吸水笼头被堵，要及时清理。

⑷ 按时检查含沙量，如含沙量高，及时更换浆液。

四、达到的目的

1. 短时间顺利穿透卵砾石层，缩短了成孔的时间，提高了钻探效率。

2. 加入CL植物胶配置成的低固相泥浆使用前后施工对比表，如表1所示。

表1 施工对比

3. 回填区勘察中，其余揭露到卵石层的钻孔均采用了CL植物胶低固相泥浆，极少发生掉块、塌孔等孔内事故。

五、施工中使用CL植物胶后的体会

1. CL植物胶具有弹粘性、粘度高、失水量小，具有良好的护壁、排粉效果，孔内清洁，对水敏地层有明显的保护作用，减少了卡钻、缩孔造成的孔内事故，在松散卵砾石层中，减少了反复捞取沉淀物，减少了辅助时间，提高了钻探效率。

2. CL植物胶润滑效果好，孔内阻力小，功率消耗降低，减少机械钻具磨损，拆钻杆、钻具省力，降低了劳动强度。

3. 在松散层不需要全跟管钻进，只需上部跟管下部裸孔钻进，节省材料，降低成本。

4. 取芯效果明显，因CL植物胶有明显的护壁作用，使用金刚石钻头后，其单动性好，同心度高，稳定性强，使岩芯保持原状结构，提高采取率到75%以上。

5. 由于对CL植物胶使用的时间短，CL植物胶的有些提点还未被完全掌握，还需要进一步积累经验，加以总结。

六、结论

1. 植物胶有良好的护壁、润滑性，对覆盖层及水敏地层具有良好的护壁作用，提高钻探效率，采取率可达到70%以上。

2. 植物胶的配制，应在现场进行，并在钻探施工过程中不断改进和总结。

3. 因水泥与植物胶起化学反应，导致水泥不能凝固，在使用CL植物胶后，如遇到裂隙，不能用水泥堵漏，而用投入粘土球加压用浓浆扫孔方法堵漏。如果遇到较大的裂隙，必须用水泥封孔时，须用清水将孔内植物胶清洗干净，以避免水泥不凝固造成封堵失败。

4. 植物胶的配置搅拌必须均匀，全部溶解，方能达到效果，浆液配方不合理时，应该及时调整。

5. 失败原因。施工前准备不足，搅拌不均匀，配方不合理，与水泥同时使用，未能达到合理的泥浆性能指标。