钻孔冲洗液在西部水电深厚覆盖层台地钻探中的应用

牛美峰

（浙江华东建设工程有限公司，浙江 杭州 310014）

某西部台地项目位于金沙江右岸，处金沙江白鹤滩水电站库区主要移民集镇巧家县白鹤滩镇。金沙江白鹤滩水电站是金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4个梯级水电站中的第二级，电站装机容量16000MW（16台×1000MW/台），水库总库容206.27亿m3，具有年调节性能，调节库容达104.36亿m3，防洪库容75.00亿m3。该台地所属药山山脉，呈近SN走向，山顶高程3100～3200m，向下地形陡缓不一，高程约970m以上为陡坡为主，局部有缓至斜坡，坡面冲沟发育，地形凌乱。该台地成因复杂，为查明台地整体稳定性，评价电站蓄水对台地稳定性的影响，采取钻探方式查明覆盖层厚度，并为分析台地成因提供岩芯资料，多数钻孔在300m左右。

项目策划阶段，按照传统深厚覆盖层钻探方式，为达到防漏浆、塌孔等问题发生，拟采用边钻进边下护孔套管的钻进方式，按108mm、127mm、146mm、219mm共4级套管设计钻孔结构。但按300m孔深考虑，各级配下套管长度至少为500m，且下放和起拔套管耗时长，并存在套管无法起拔的问题，导致钻探成本加大，进度延缓。经综合考虑，拟选用、调配适宜的钻孔冲洗液的护孔工艺技术，进行裸孔钻进。

1 裸孔钻进可行性分析

1.1 前期钻探揭露地层初步信息

通过前期钻探揭露，该项目台地主要由山前洪积物和金沙江冲积物交互沉积而成，地表层一般有薄层的坡积土堆积，主要出露基岩主要为古生界泥盆系幺棚子组（D2y）灰岩、白云岩、砂、泥岩，二叠系栖霞-茅口组（P1q+m）灰岩和峨眉山组（P2β）玄武岩。自上而下地层分述如下：

（1）坡积粉质黏土。灰黄至褐黄色，砾石粒径为1～5cm，表层土多被人工整改为耕植土，含有机质和植物根系，部分土壤有板结现象。层厚为0.8～3.8m，最大厚度约为7m。

（2）冲积中细砂。青灰、灰或灰黄色；碎砾石粒径一般为0.5～3cm，最大为5cm；层厚变化较大，一般为1.9～5.7m，最大厚度为9m。

（3）洪积碎石土。灰黄至土黄色、褐红色，灰褐色；碎石粒径以1～4cm为主，5～12cm次之，最大为20～50cm；层厚一般为35～50m，最大厚度为59.58m。

（4）冲积含砾粉质黏土。黄褐色；碎石粒径一般为3～5cm，最大达25cm；层厚为10～20m。

（5）冲积含砾粉细砂。青灰至灰黄色，少量褐黄色；砾石粒径一般为0.5～4cm；层厚一般为12～30m。

（6）洪积含碎石黏土层。灰黄、褐红、灰褐色；碎石粒径一般为1～4cm，最大为9cm；前期钻孔揭露该层厚度一般为5～15m，最大厚度为20.06m。

（7）洪积含黏性土砾碎石。灰黄至褐黄色，堆积密实，碎石粒径一般为0.5～3cm，最大为12cm，前期钻孔揭露本层厚度为6～15m，最大可见厚度达33.4m。

（8）洪积碎石土。青灰、灰绿、墨绿色，少量灰褐色；密实，碎石粒径一般为0.2～4cm；前期钻孔揭露最大厚度达87.28m。

（9）冲积卵砾石夹砂。青灰至灰黄色；卵砾石粒径以3～6cm为主，最大为12cm；前期钻孔揭露最大厚度为117.84m。

（10）冲积砂卵砾石。青灰色；卵砾石粒径一般为0.5～4cm；可见厚度为10.97m。

1.2 前期钻孔实践分析

前期钻孔施工过程中，曾尝试在80～190m采用植物胶配置低固相钻进冲洗液进行约110mm裸孔钻进，过程中孔壁基本稳定，但存在随着孔深的增加，孔内沉渣不断增多的问题，至190m时钻进已非常困难。

根据以上钻进经验，认为该台地地层基本不存在漏浆问题，为裸孔钻进提供了可能，研究适宜的钻孔冲洗液配比，进而提升冲洗液携带沉渣和护壁防塌孔能力是关键。同时，还要针对不同地层，及时调配冲洗液配比，以确保顺利裸孔钻进。

2 冲洗液研究

2.1 冲洗液配制

冲洗液配置重点考虑提升沉渣携带和护壁能力，确保可把孔底岩粉或泥沙携带至孔外，使孔壁稳定和孔底无沉渣。经过实践尝试，总结出不同特点地层的冲洗液建议配比，具体见表1。

2.2 冲洗液现场管理

冲洗液配置质量与现场采取措施密切相关，该项目中采取了以下措施：

（1）把好冲洗液制浆设备选择关。为了确保冲洗液搅拌均匀、不结块，制浆设备选择高速制浆机。

（2）把好冲洗液配比计量关。选派具有丰富经验人员，在现场做到每次搅拌前，事先计量各种制浆原料，通过水表以及刻度线双重把关核对，对水量进行计量。

表1 冲洗液配比表

（3）把好冲洗液指标测量关。在钻进过程中，对孔内回浆通过循环槽、沉淀池、过滤网进行过滤，对冲洗液比重指标用比重计进行测定，不符合要求的冲洗液及时更换。不同地层冲洗液更换参考值见表2。经过实践，当冲洗液比重超过表2的参考值时，建议重新配置冲洗液。

表2 不同地层冲洗液更换参考值

泥浆比重建议用专门设计的比重秤测得。比重秤的外观如图1所示。

图1 泥浆比重秤

（4）冲洗液更换时，应确保孔内的冲洗液置换完全，确保孔内全部为新的冲洗液。

3 冲洗液应用

在该项目计划深度为300m的QK07钻孔中，对钻进冲洗液根据不同地层进行针对性配置和应用，取得了很好的效果。该钻孔采用Ф219mm开孔，钻进至1.50m下入孔口管，采用Ф150mm植物胶半合管钻进至75.60m后，下入146mm厚壁套管，再采用适宜钻孔冲洗液裸孔钻进至300.26m终孔，共耗时36d，全孔芯样采取率达到95%。具体应用情况如下：

（1）孔深为0.0～3.0m，土层为砾石填土，岩性特征为块石、砂土呈松散状，钻进方法为干钻。

（2）孔深为3.0～51.0m，土层为块石、碎石土，岩性特征为块石、碎石土层，相对比较松散。冲洗液配比：植物胶∶膨润土∶水=4∶4∶300。

（3）孔深为51.0～230.50m，土层为混合碎石土，岩性特征为冲积物堆积而成混合碎石土。浆液配比为植物胶∶膨润土∶水=6∶6∶300，另加入少量聚丙烯酰胺。在钻进过程中，孔内受地下水影响，出现浆液变稀，采取适当增加原料用量，使浆液适当浓度增加。

（4）孔深为230.50～300.26m，土层为砂卵砾石层，岩性特征为冲积物堆积而成混合碎石土。浆液配比为植物胶∶膨润土∶水=8∶8∶300，另加入少量聚丙烯酰胺。在钻进过程中，随着钻孔深度增加，孔内地下也在逐渐增加，浆液稀释进一步加快，制浆原料需要进一步增加。

采用钻孔冲洗液裸孔钻进技术，大大减轻了起下套管的劳动强度和作业风险，并保证了取芯质量，降低了成本。

4 结语

西部台地深厚覆盖层钻探难度较大，常出现漏浆、塌孔、埋钻等事故，钻探难度大，进而导致钻探成本增加、进度减慢。该项目通过事先周全策划，客观分析，选用、调配适宜的钻孔冲洗液的钻进工艺技术，顺利完成了超300m深厚覆盖层裸孔钻进。实践证明，深厚覆盖层钻探中，研究配置适宜不同地层的低固相冲洗液护壁工艺非常关键。同时，钻进前对钻进地层情况了解，对布置钻孔结构和冲洗液配置至关重要。

深厚覆盖层钻探因各区域地层不同，钻探难度和需要的钻探工艺也有较大差别，如何优化深厚覆盖层钻进工艺技术仍然需要不断地尝试和总结，文章仅供兄弟单位在类似工程中借鉴。