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黄登水电站库区车邑坪滑坡体半合管植物胶钻进技术研究

2023-11-30 36 上传者：管理员

摘要：本次对水电站库区滑坡体施工中半合管植物胶钻进技术的应用进行研究，目的是利用半合管植物胶钻进技术对滑坡体进行取心，充分发挥新型钻具与植物胶类的配合施工优势，有效提升岩心采取率，提高取心质量，为之后工程施工奠定良好基础。

关键词：
半合管
植物胶
车邑坪滑坡体
钻进技术
黄登水电站库区
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政府大力支持清洁能源发展，各地区水电站建设规模逐渐扩大，库区工程施工环境愈发复杂，对钻孔取心质量要求不断提高。如何保证取心质量，高效完成取心作业，应当重点思考。半合管植物胶钻进技术是一种较为新颖的钻进技术，能够被运用到水电库区的堆积体、滑坡体工程施工中，提高对特殊地层的取心质量。根据黄登水电站库区的滑坡体取心作业实际情况，选择合适的钻具和植物胶，有效突破传统钻进技术施工局限，进一步形成新的作业局面[1]。车邑坪滑坡体的钻探取心作业中，采用SDB系列半合管钻具配合S系列植物胶类无固相钻井液进行钻进。

1、工程概况

黄登水电站库区车邑坪滑坡体半合管植物胶钻进工程，工程地点位于怒江州兰坪县石登乡车邑坪村。本工程作业内容为车邑坪滑坡体的取心作业，滑坡体在澜沧江黃登水电站库区范围内。根据现场情况，车邑坪滑坡体的岩层种类比较繁杂，包括：粉质粘土夹碎石、砂岩、千枚状板岩、板岩等。车邑坪滑坡体的岩层破碎，地质情况较为复杂，属于深层基岩滑坡。

在前期勘探工作中，工作人员采用传统干钻工艺，以泥浆护壁取心开展作业，虽然岩心采取率有了提高，但是整体取心质量较低，无法充分满足后续工作需要[2]。经过之后的分析与考虑，工作人员对车邑坪滑坡体进行了补充勘探，按照设计要求采用拌合管、无固相冲洗液等工艺进行钻进，以此提升取心质量。在这一作业中，工作人员选择“植物胶+半合管钻进”的技术模式，锁定车邑坪滑坡体钻孔位置，合理设计邑坪滑坡体钻孔工作量表，见表1，利用半合管植物胶钻进技术开展钻进工作。

表1 车邑坪钻孔位置及工作量表

2、车邑坪滑坡体半合管植物胶钻进技术工艺准备

根据黄登水电站库区车邑坪滑坡体的作业情况，工作人员选择半合管植物胶钻进技术作为主要技术，准备相应的设备材料、钻具与钻头，具体内容如下。第一，准备应用半合管植物胶钻进技术的材料。本次黄登水电站库区的勘探工作需求，工作人员准备GY-200-2A型的钻机、BW-160型的三缸泥浆泵设备（最大工作压力2MPa），同时准备SDB110、SDB94规格的半合管钻具；第二，准备取心所需要的SDB系列半合管钻具、S系列植物胶、类无固相钻井液等材料，搭配SDB110、SDB94两种规格的钻具。车邑坪滑坡体的地层较为复杂，且岩性较软、软弱夹层较多，工作人员利用半合管植物胶钻进技术，能够清晰地找到滑面，以便于提高岩心采取率、提高岩心品质。为了实现这样的目的，工作人员需要准备相应的钻具和钻头，具体为：（1)SDB钻具。SDB钻具具有明显的单动作用，这是由于本型号的钻具是由两副结构完全一样的单动机构构成的，以一根轴进行串联。这样的钻具在作业的过程中具有良好的同轴度，且上下单动机构的密封圈相同、摩擦系数一致，单动性能相同，能够充分满足作业需求。相较于SD钻具、一般双管单动金刚石钻具，SDB钻具能够有效克服同轴度难以保证的问题，改善轴与密封圈摩擦力大、密封圈耐磨性不好的情况，提升单动性能；（2)SDB系列金刚石钻头。现如今，常用的SDB系列金刚石钻具有三种规格，按照口径划分规格分别为：SDB110、SDB94、SDB77。由于使用的钻具为SDB钻具，对钻头的要求是非标准钻头。因此，工作人员可以按照SDB110、SDB94、SDB77这三个口径规格，选择热压金刚石、电镀金刚石、复合片、硬质合金等不同材质的钻头。工作人员以滑坡体岩性，灵活选择不同口径与材质的钻头，优化设计钻头的技术参数，这样才能够充分发挥半合管植物胶钻进技术作用，能够在不堵岩心、不磨损岩心的情况下获得良好的取心效果。

3、车邑坪滑坡体半合管植物胶钻进的施工技术

在黄登水电站库区车邑坪滑坡体工程中使用半合管植物胶钻进技术，目的是提升钻进取心的效率与质量，工作人员应当分别梳理钻具调试与维护、配制植物胶、合理应用钻井液、钻探现场制浆、岩心钻探取心这五个环节的作业过程，规范每个环节的施工技术操作，确保钻心取样的质量和效率。

3.1 钻具调试与维护

调试好钻具，保证钻具处于良好的运行状态，才能将SDB钻具投入到实际作业中，确保技术应用结果达到预期效果。工作人员调试钻具，具体方法为：（1）仔细检查钻具的双单动接头，分三步进行检查作业。第一步检查上、下单动接头的单动效果。第二步，检查双单动接头的轴向窜动距离，确保窜动距离≤1mm。第三步，检查单向阀是否活动自如，使用螺丝刀压单向阀，观察单向阀的情况，判断其是否上下活动自如；（2）按照规范要求组装钻具。在组装钻头前，用手托起内管，转动内管几圈，观察是否存在蹩劲的情况，分析是否出现摩擦力不均的问题；（3）检查卡簧座与钻头内台阶的间隙距离，常规的间隙距离为3～5mm，若地层成分为松散粗砂，则应缩小间隙距离为2～3mm；若地层成分为泥质、板岩，则可以增大间隙距离到5～6mm。

在完成组装之后应当定期维护钻具，维护方法：

(1）开展钻具管理，在钻具搬运和储存时轻装轻放，严格控制储存环境的温度和湿度，既要避免钻具受到重压，也要避免钻具接触水分产生锈蚀；（2）钻具的双单动接头一般在钻进进尺为30～40m，需要进行清洗；定期对轴承加油，更换完好的轴承。

3.2 配制植物胶

半合管植物胶钻进技术的应用，需要配置合适的植物胶。应当根据本工程中滑坡体的实际情况，灵活选择SH、ST、SM等不同类型植物胶。这些植物胶均为S系列植物胶，这种植物胶钻井液具有使用方法简单、效果良好的优势。工作人员配制植物胶，应当考虑钻进技术岩层尽可能发生的情况，比如：钻进时岩层软、酥、脆，此时可以采用粘度比较高的S系列植物胶，这样既可以高效排粉，也可以起到一定的润滑作用。按照黄登水电站库区车邑坪滑坡体的地层性质，配制与地层相适应的钻井液，配方为：（1）采用SH胶配制；（2）配制比例为“SH∶水=2∶100(重量比)”，再加入SH干粉重量8%的氢氧化钠；（3）按照SH∶水∶钠土=1∶100∶(5-6)进行配制，加入SH干粉重量8%的氢氧化钠。经过配制之后的钻井液，结合半合管钻进技术操作，能够有效冷却钻头、排除岩粉，也可以有效护壁、护心、润滑钻具，同时起到粘弹性减振、减摩阻的作用。

3.3 合理应用钻井液

在配制S系列的植物胶钻井液时，应注意几点：（1）根据S系列不同种类植物胶情况，调整促溶剂的使用。对于SH和ST这两类植物胶，只能采用氢氧化钠作为促溶剂，不能使用碳酸钠；（2）配制完成的S系列植物胶，应保证新浆漏斗粘度在60秒以上；（3）配制低固相泥浆时，控制植物胶用量，确保植物胶用量不得低于无固相浆液配制时用量的一半；（4)ST-1的抗盐性能较差，不可以使用二价以上的可溶性盐类物质作处理剂；（5)SH胶的抗盐性能强，若选择此类植物胶，则可以采用任何一种泥浆处理剂。

3.4 钻探现场制浆

钻探现场制浆是半合管植物胶钻进技术应用的主要工序，工作人员应当在现场规范完成制浆工作。工作人员选择高速立式泥浆搅拌机作为主要设备，控制搅拌机叶轮的转速在500～700转/min之间。为了获得更好的搅拌效果，可以单独安装动力，但要在搅拌机运行时需要时刻注意运转方向，确保搅拌机叶轮转动桶内液浆面始终呈正漏斗形，避免产生疙瘩。本工程制浆流程为：（1）向搅拌机中加入1/2罐清水，控制转速为500～700转/min;(2）在搅拌机内一次性倒入植物胶粉，连贯搅拌5min，让干粉充分分散，确保内部无疙瘩；（3）搅拌机内加满清水，持续搅拌适当加入烧碱水溶液，以中低速连续搅拌5～10min。

3.5 钻探取心

采用SDB系列半合管植物胶钻进技术操作时，工作人员应当以保证取心质量为目标，充分考虑地质条件、现场人员、技术条件，规范操作技术。在钻进取心环节，优化调整钻进参数，包括：钻进压力、钻进转速、钻进泵量。在钻进复杂地层时，工作人员应当按照“一高两小”进行操作，时刻确保高转速，小泵量，小压力，确保钻进的连续性，保证取心效果，保证复杂地层取心质量。正常的基岩钻进时，应当根据孔深适当加长内外管长度到2.5～3m。

4、结语

将半合管植物胶钻进技术应用到黄登水电站库区车邑坪滑坡体作业中，提升了取心效率与质量。通过本次研究可以得到结论：（1）选择S系列植物胶钻井液、金刚石半合管钻具，这样的搭配可以有效改进取心工艺，改进传统的操作工艺技术；（2）半合管植物胶钻进技术的应用可以有效提高钻进技术在胶结松散、砂卵石覆盖层、深覆盖层、软弱夹层、花岗岩全强风化层、基岩深埋断层、滑坡体等特殊地层中的作业效率；（3）针对车邑坪滑坡体的复杂地层条件，工作人员分析现场的深层基岩滑坡条件，采用SDB系列半合管取心钻具加上植物胶，清晰锁定滑面，为之后的地质人员工作提供可靠资料。

参考文献:

[1]肖亚子,白治军.水电站库区不良地质体In SAR数据可视化处理方法研究[J].吉林水利,2023(03):54-59.

[2]甘海龙.基于PCA-BP神经网络的水电站库区边坡稳定性分析[J].红水河,2023,42(01):122-126.

文章来源:杨继芳.黄登水电站库区车邑坪滑坡体半合管植物胶钻进技术应用[J].石材,2023(12):87-89.