高压压水试验在赣县抽水蓄能电站中的应用

2016-11-09陈万林福建华东岩土工程有限公司福建福州350003

低碳世界 2016年29期

关键词：孔深压水裂隙

陈万林（福建华东岩土工程有限公司，福建福州350003）

高压压水试验在赣县抽水蓄能电站中的应用

陈万林（福建华东岩土工程有限公司，福建福州350003）

在赣县抽水蓄能电站预可行性研究阶段，专门在高压岔管～地下厂房位置的ZKC1钻孔中进行了高压压水试验，取得各试验段岩体的透水率和压力～流量（P～Q）关系曲线（类型），从而了解岩体在高水头压力下的渗透特性。

高压压水试验；透水率；P～Q曲线类型

1 前言

赣县抽水蓄能电站位于江西省赣县大埠乡境内，总装机容量1200MW，地下厂房采用中部布置方案，高压岔管内压力水头约为418m。

本次预可行性研究阶段在高压岔管～地下厂房完成了1个钻孔ZKC1，孔深0～1.1m为覆盖层，孔深1.1～301.67m为中粗粒黑云母花岗岩，其中孔深1.1～3m为全风化，孔深3～77.2m为弱风化，孔深77.2～148.8m为微风化，孔深148.8～301.67m为新鲜。高压岔管部位岩性为中粗粒黑云母花岗岩，岩石坚硬，新鲜，岩体较完整～完整。

2 高压压水试验

根据ZKC1钻孔揭露情况，按岩体节理裂隙发育程度及岩体完整程度布置21个试段，孔深193.9～298.9m。

高压岔管内压力水头约为418m，按1.5倍考虑，确定本次最大试验压力为6.5MPa，试验分五级、九个阶段进行（包括升压和降压阶段），各级试验压力为：1.3MPa→2.6MPa→3.9MPa→5.2MPa→6.5MPa→5.2MPa→3.9MPa→2.6MPa→1.3MPa。

采用双管法（即封隔试验段和试验段压水各自一管路）自孔深193.9m至孔深298.9m，由上而下逐段进行压水试验，每级压力稳定时间为5min，时间间隔为1min，试验段长度5.0m，相邻试段互相衔接，试验为快速法。

试验步骤如下：

（1）试验孔段钻进结束后，进行洗孔，然后下封隔器将试验段封隔起来。

（2）向封隔器注水、加压，使封隔器膨胀，以使试验时试验段不漏水。封隔器压力高于试验压力0.5MPa。

（3）打开溢流阀，启动水泵，再打开排气阀，然后向试验段送水，待充分排气，排气阀连续出水后，再将其关闭。

（4）调整溢流阀，使试段压力达到预定值并保持稳定，然后进行流量观测。

（5）流量观测工作每隔1min进行一次，连续五次，当流量无持续增大趋势，且五次流量读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于1L/min时，该级压力下试验即可结束，取最终值作为计算值。若不能满足上述条件则需继续观测，直到满足条件为止。

（6）将试段压力调整到下一级压力值，重复上述过程，直到完成该试段的试验。

3 试验成果

压水试验主要成果为透水率、P～Q曲线（类型）。试段透水率采用最大压力阶段的压力值P和流量值Q按下式计算：q= Q/LP，式中q为试段的透水率（Lu），L为试段长度（m），Q为最大压力阶段的流量值（L/min），P为最大压力阶段的压力值（MPa）。

压水试验采用多个压力阶段，因为在不同的压力下，岩体裂隙的渗流状态是不同的，在不同的压力下岩体裂隙的状态（张开度、充填物等）会发生变化，因而其渗透性也会发生变化。根据压水试验，得出各级压力与流量之间的关系，绘制P～Q关系曲线，再根据曲线形状可分为5种类型：A型（层流型）、B型（紊流型）、C型（扩张型）、D型（冲蚀型）、E型（充填型）。

ZKC1钻孔各试段高压压水试验计算成果汇总于表1。

表1 ZKC1钻孔高压压水试验计算成果汇总表

4 成果分析

由表1可知：

在 ZKC1钻孔孔深 193.9～298.9m共 21个测段内，除233.9～258.9m、293.9～298.9m的透水率q值在0.15～0.51Lu之间（6段，占28.6%），其余测段透水率q值均小于0.1Lu（15段，占71.4%），岩体呈极微透水～微透水。

岩体试验段P～Q曲线类型以A型（层流型）为主，有13段，占61.9%；其次为C型（扩张型），有6段，占28.6%；少量为B型（紊流型），有2段，占9.5%。

根据本次试验各试段P～Q曲线及岩体特征，共有以下三类：

（1）A型（层流型）：P～Q曲线中升压曲线为通过坐标原点的直线，降压曲线与升压曲线重合。在整个试验期间，裂隙状态没有发生变化。

（2）C型（扩张型）：P～Q曲线中升压曲线大体上为凸向P轴的曲线，降压曲线与升压曲线基本重合。在试验压力作用下，裂隙状态产生变化（原有裂隙加宽，隐裂隙劈裂），岩体渗透性增大，但这种变化是暂时的、可逆的，随着试验压力下降，裂隙又恢复到原来的状态，呈现出一种弹性扩张的性质。

（3）B型（紊流型）：P～Q曲线中升压曲线为凸向Q轴的曲线，降压曲线与升压曲线基本重合。在整个试验期间，裂隙状态没有发生变化。

A型（层流型）及B型（紊流型）试段的P～Q曲线均陡倾，透水率q值均小于0.1Lu，在高压作用下，岩体始终处于弹性变形状态，说明试段岩体完整性好或结构面与外界渗流场的连通性差。根据ZKC1钻孔岩芯，A型及B型试段岩体完整，裂隙不发育。压水试验成果与实际吻合。

C型（扩张型）试段在高压作用下，流量急增，P～Q曲线由陡变缓，曲线拐点较明显，说明试段岩体存在结构面，在水头压力作用下张开，通过P～Q曲线的拐点可以大致判断出结构面张开的压力值。根据ZKC1钻孔岩芯，C型试段（233.9～258.9m、293.9～298.9m）岩体总体较完整，有中陡倾角的闭合裂隙发育。压水试验成果与实际吻合。