井下电视测井技术在工程勘察过程中的运用与研究

□马　龙（新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所）



井下电视测井技术在工程勘察过程中的运用与研究

□马龙（新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所）

摘要：井下电视成像技术是基于数字视频体制的井下实时成像技术，成像测井的结果采用展开式钻孔柱状图方式表示，直观形象，便于分析，对工程钻探测井起到举足轻重的作用。文章结合某水库工程坝基透水率勘察，对勘察过程中钻孔透水率异常段采用井下电视成像技术进行分析，并结合钻孔岩芯和地质压水试验成果对比分析，确定坝基透水率较大段岩体的具体成因，从而对坝基防渗处理提供科学依据。

关键词：井下电视；压水试验；钻孔岩芯；光学成像

0　引言

在水利水电工程地质勘察中，钻探是一种主要的勘察手段。工程勘察钻孔结束后，常常会采用声波测井、电测井等常规方法对钻孔进行测井；通过声波测井可以计算岩体的动力学参数；通过电测井可以了解含水层的位置和厚度等。这些测井方法在理论、方法和技术上都比较成熟，测井效果也比较好，但它们都是一种间接的测井方法，受工作理论及地质条件复杂性的影响，勘测资料的精度还不够高。随着工程勘察要求越来越高，仅靠这些间接的参数还不够，要对钻孔内一些特殊地质问题及事故做出直观反映，传统测井方法远远不够。

井下电视成像技术是国外20世纪90年代开发并成功应用于油水井故障检测的一项新技术[1]。该技术能够直观准确的观测井下的各种情况，可信度高，井下电视测井与声波测井、电测井等其他测井方法可以取长补短。文章结合某水库工程勘察过程中，利用井下电视成像技术详细直观的查明坝基岩体透水率较大的具体原因，说明了井下电视成像技术在水利水电勘察过程中的重要性。

1　井下电视成像技术的基本原理

井下电视成像技术利用了光学成像原理，将井下孔壁的地层情况反映到地面显示终端，在测井现场实时显示测井图像。它有7部分组成，分别为探头部分、电缆部分、电子计数绞车部分、深度计数视频叠加部分、控制器部分、录像机及监视器部分以及图像采集编辑部分。测井时，在防水承压舱里装进摄像头和带有自动调节光圈的广角镜头，然后放入需要检测的钻孔内，通过电缆把拍摄到的孔壁四周及下部的全景图像传送到地面监视器显示，检测人员就可实时观看孔壁四周的图像，同时由录像机记录下整个检测过程的图像[2]。

摄像机将孔壁四周的信号拍摄下来，经电缆电子传输到主机。传输的信号包括视频信号和光电脉冲信号。主机将视频信号和计数脉冲合成并分两路输出，一路输到录像机将合成信号记录在磁带上，另一路输出到监视器屏幕上显示图像信号和深度。

2　井下电视成像技术在某水库工程勘察中的应用

坝址的地层岩性、岩体结构特征、软弱岩层分布规律、岩体渗透性及卸荷与风化程度作为坝址勘察的基本内容，通常对于岩体的渗透性及软弱夹层分布规律的了解主要依靠钻孔取芯及孔内压水试验取得，然而钻孔取芯通常由于样品扰动大难以识别，压水试验成果只能反映透水率大小而不能准确反映出造成透水率偏大的具体原因；采用井下电视成像技术结合压水试验成果可以直观的看出透水率较大段岩体的具体形态及分布情况。文章结合某水库工程坝基岩体透水率勘察为例，运用井下电视成像技术对坝基岩体透水率较大段的位置及成因进行分析，为今后坝基灌浆处理提供可靠依据。

2.1工程概况

该水库工程是某河上的控制性工程，主要承担灌溉、防洪等综合利用工程任务。水库枢纽工程建筑物由混凝土面板砂砾石坝、表孔溢流堰、冲沙闸、引水闸、混凝土重力坝段组成。水库正常蓄水位1315.00 m，死水位1302.00 m，正常蓄水位相应库容1470万m3，死库容127万m3，调节库容1343万m3。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)的规定，确定该水库工程等别为Ⅲ等工程，工程规模为中型，主要建筑物大坝为3级建筑物。大坝由混凝土面板砂砾石坝段、泄洪冲砂闸坝段和混凝土取水口坝段组成。

2.2坝址区岩土体透水特性成因分析

拟选上、下坝线主要岩性为寒武系上统—奥陶系下统丘里塔格群灰岩、第四系下更新统冰水沉积砾岩和全新统冲洪积砂卵砾石。

砂卵砾石层分布于现代河床及右岸Ⅰ级阶地，右岸Ⅰ级阶地最大厚度3.30 m左右，其渗透系数K20=8.90×10-3～3.00× 10-1cm/s，为中～强透水层，对于坝基均须进行防渗处理。

砾岩是构成坝址河床的主要基岩，在河床总体上呈现左厚右薄的分布形态。河床左侧砾岩厚度较大，分布形态呈“U”型槽，根据上坝线钻孔压水试验资料反映，基岩透水率q＜5 Lu界限埋深最大在基岩面以下80 m（高程1209 m）左右，80 m以上透水率一般在8～24 Lu，大值为73-102 Lu（15 m以上），具中等透水性；80 m以下基岩透水率均在0.50～1.60 Lu之间，具微透水性。河床右侧砾岩厚度较薄，该层基岩透水率q＜5 Lu界限埋深最大在基岩面以下18 m（高程1271 m）左右，18 m以上透水率一般在6～16 Lu，少部分地段强风化层上部和弱风化层上部透水率可达56.60～70.10 Lu，具中等透水性；18 m以下基岩透水率均在0.40～4.00 Lu之间，具弱～微透水性。

灰岩是构成坝址两岸及河床底部的主要基岩，据上坝线左岸ZK5、ZK10号钻孔资料，坝址左岸基岩透水率q＜5 Lu界限埋深一般在基岩面以下83～91 m左右，83～91 m以上段基岩透水率一般在7.10～45.40 Lu之间，具中等透水性，83～91 m以下段基岩透水率在0～4.20 Lu之间，具弱—微透水性；据上坝线右岸ZK8、ZK12号钻孔资料，坝址右岸基岩透水率q＜5 Lu界限埋深一般在基岩面以下61 m左右，61 m以上基岩透水率7.60～68.80 Lu之间，具中等透水性，61 m以下基岩透水率1.40～4.30 Lu之间，具弱透水性。

根据钻孔压水试验资料显示，钻孔垂直方向由上至下透水率呈现无规律性、不稳定趋势；以ZK12钻孔压水试验成果为例，见表1，该孔在第四段（23.40 m～28.50 m）压水试验值突然成倍增大，且该段上下岩体透水率均＜5 Lu，为透水率异常段。

表1　2K12号钻孔压水试验成果表

该段岩芯照片见下图1、图2，从照片中可以看出25.00～28.50 m段岩体较破碎，多呈碎块状，而其上部与下部岩体较完整，多呈短柱状。

图2　坝址区河床ZK12号孔25～35m范围砾岩岩芯中岩溶现象图

为了进一步查明透水率较大段岩体特性，对该段岩体进行了室内磨片鉴定，鉴定结果如表2。

表2　坝址区河床冰水沉积砾岩磨片鉴定试验成果表

为了验证压水试验的准确性，以及确定透水率较大段岩体的具体分布位置及岩性具体特征，对该孔进行了全孔井下电视观测，对于透水率异常段岩体进行详细拍摄，拍摄成果见图3。从图片中可以看出异常段上部及下部岩体较完整，无裂隙发育，只有少量溶孔发育，而在异常段25.80～28.00 m段清晰可见一条上下贯通裂隙，裂隙宽1～2 cm，裂隙主要是由于灰岩溶蚀形成贯通的溶缝。

图3　透水率异常段岩体立体成像图

据坝址区钻孔岩芯、压水试验、砾岩磨片鉴定，结合井下电视摄影资料综合分析认为，河床冰水沉积砾岩透水率及透水率q＜5Lu界限埋深大主要原因在于砾岩中砾石母岩主要成分为灰岩，灰岩被溶蚀，在砾岩中形成溶孔、溶缝，且局部贯通等造成。垂直方向由上至下透水率呈现无规律性、不稳定趋势的主要原因在于砾岩母岩成分中灰岩在不同深度被不同程度溶蚀，溶孔、溶缝分布的差异性造成。

2.3小结

由井下电视成像技术拍摄所得成果分析，井下拍摄非常详细且直观明了，比在勘察中只利用钻探技术所得到的结果更加清晰详细，并且进一步修正了钻探所得成果。因此井下电视作为钻探的一种有效辅助手段，在钻孔透水率异常突变，岩芯照片不易判别具体成因的情况下，可以辅助钻探详细查明透水率较大段岩体的具体分布位置及成因类型。

对于中小型水库来说，水库渗漏会严重影响到水库的死库容和兴利库容，查明坝基岩体透水率的大小分布情况则直接关系到水库运行后渗漏情况；本次勘察运用井下电视成像技术进行分析，详细的查明了坝基透水率异常段岩体分布具体位置及成因类型，为工程建设过程中坝基灌浆处理提供了科学依据及合理的保障。

3　结语

在水库工程坝基勘察过程中，对基岩透水率大小判定的常规方法主要是通过钻探取芯及孔内压水试验，由于钻井工艺的不同，往往会造成岩体扰动破碎，单从岩心很难判别岩体完整情况；压水试验通常会因为止水效果不好或人为因素导致结果失真；当遇到透水率突变的异常情况下，通过井下电视成像技术结合钻孔岩芯照片及岩性分析，可以直观清晰的反映出岩体异常段的具体分布位置、裂隙大小方向及成因类型；为后期灌浆处理提供准确依据。

井下电视成像结果具有直观可视、色彩丰富、清晰精确的特点，该技术在此次水库工程坝基勘察过程中起到了非常重要的作用。作为一项新型技术，其在日后水库工程勘察中作用将会越来越明显，并且具有广阔的应用前景。

（责任编辑：赵鑫）

收稿日期：2016-01-22

中图分类号：TN949. 6

文献标识码：B

文章编号：1673-8853（2016）03-0086-03