張述清，王佳佳，唐慧云

（西北水利水電工程有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730050）

1 工程概況

1.1 工程概況

多布水電站工程位于西藏林芝地區(qū)尼洋河干流上，距拉薩約375 km，電站規(guī)劃以發(fā)電為主，初擬正常蓄水位為3076.00 m，正常蓄水位以下庫容為6316萬m3，壩高為45 m，裝機(jī)容量為150 MW。

1.2 研究目的及要求

1）為保證地層巖性的各種力學(xué)參數(shù)，深厚覆蓋層中的巖芯采取率達(dá)到90%以上。

2）鉆孔孔深要求打入基巖2m，終孔孔徑φ75mm。

3）必須滿足地質(zhì)任務(wù)書要求的工期內(nèi)完成。

4）進(jìn)一步探索SM植物膠漿液的各種性能變化情況，收集各種數(shù)據(jù)，不斷更新鉆孔循環(huán)液，改進(jìn)深厚覆蓋層鉆探工藝。

2 勘探過程中存在的問題

1）常規(guī)鉆探方法鉆進(jìn)，清水作為沖洗液，巖芯采取率較低，平均巖芯采取率不到70%。

2）施工人員對(duì)植物膠工藝參數(shù)了解不足，造成了孔內(nèi)機(jī)械事故頻發(fā)，進(jìn)而造成工程進(jìn)度嚴(yán)重滯后。

3）鉆孔過程中的工藝參數(shù)選取不當(dāng)，造成臺(tái)班鉆孔效率低。

3 SM植物膠應(yīng)用研究

SM植物膠（含28.8%高聚多糖）是一種利用多年生草本植物的根加工而成，呈土黃色的固體料粉末，無毒、無氣味，在干燥的環(huán)境下可保持多年不變質(zhì)。SM植物膠水解后是含無機(jī)鹽和有機(jī)高分子的溶液，與泥漿相比，因其不含固相，比重低，適合較高的轉(zhuǎn)速，它的性能在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，因而與清水相比有較好的攜帶巖屑能力，同時(shí)可在孔壁上形成薄膜而起到護(hù)壁作用。

3.1 SM植物膠作用

1）提高了鉆進(jìn)速度。SM植物膠因比重小，固相含量低且不分散，大大提高了鉆進(jìn)速度。

2）SM植物膠的潤滑性能好。SM植物膠水解后形成混合型高分子表面活性劑，可吸附在金屬管子和巖石表面起潤滑作用，減小鉆桿柱與孔壁間的摩擦阻力。其次潤滑性能好，減少了鉆桿折斷和卡鉆事故，減輕了設(shè)備易損件的磨損，提高了使用壽命。

3）SM植物膠護(hù)壁性能好，并有防滲和堵漏效用。SM植物膠高分子化合物，在巖層表面因多點(diǎn)吸附可形成薄的吸附膜，能夠減輕漿液對(duì)地層的浸蝕作用，而且對(duì)于破碎地層，可阻止濾液滲入裂縫和多點(diǎn)吸附膜的保護(hù)而不易坍塌掉塊，具有良好的護(hù)壁效果。同時(shí)在裂隙上形成多點(diǎn)吸附膜，阻止水的滲透，增強(qiáng)了孔壁的堵漏效果。

4）SM植物膠造孔孔內(nèi)清潔，減少了卡埋鉆等孔內(nèi)事故。首先，SM植物膠由于其流變性能好，即動(dòng)塑比和K，n值比較好，剪切稀釋性好，在環(huán)空中易調(diào)節(jié)到改型層流，因而其攜帶巖屑的能力較強(qiáng)，孔內(nèi)凈化效果好。其次，SM植物膠有較強(qiáng)的絮凝作用，漿液體系中的巖屑顆粒粗，返出地表后易用機(jī)械除砂裝置或者在重力作用下沉淀下來，除砂效果好。因此，SM植物膠使得孔內(nèi)清潔，減少了二次破碎，鉆具回轉(zhuǎn)平穩(wěn)和升降順暢，從而減少了卡埋鉆等孔內(nèi)事故。

3.2 設(shè)備情況

1）投入XY-2型鉆機(jī)2臺(tái)，口徑φ75 mm，鉆進(jìn)能力為300 m，匹配BW-200/40泥漿泵2臺(tái)，SD雙管單動(dòng)金鋼石鉆具，以及簡易凈化系統(tǒng)。凈化系統(tǒng)包括加漿兼除砂功能的回漿槽、沉淀池和攪拌機(jī)。

2）地勘鉆孔常規(guī)孔身結(jié)構(gòu)開孔孔徑為φ146 mm，終孔孔徑φ75 mm及相應(yīng)的鉆具、巖芯管等鉆材。

3）全孔取芯兼作各種水文地質(zhì)試驗(yàn)的儀器設(shè)備。

3.3 SM植物膠配制與維護(hù)

3.3.1 SM植物膠的配制

1）SM植物膠低固相沖洗液的配方：膨潤土（土粉）的加量4%～8%；SM植物膠的加量為0.5%～1%；純堿加量為土粉和SM植物膠總重量的5%～6%；PHP干粉加量為 100～300 PPm。

2）SM植物膠低固相沖洗液的制備：將土粉和SM植物膠粉混合后同時(shí)加入純堿水溶液中攪拌或先將土粉在純堿中攪勻后，再加入SM植物膠攪拌20～30 min，然后浸泡待稠化后使用。亦可將分別泡好的2種漿液按比例混合并加水稀釋，攪拌均勻即可使用。

3.3.2 SM植物膠的維護(hù)

1）在攪拌沖洗液時(shí)，首先應(yīng)加入約攪拌機(jī)容量1/3的水量，開動(dòng)攪拌機(jī)，加入所需的完全溶解后的純堿水，再加入SM植物膠干粉或土粉和植物膠的混合物。否則，將影響植物膠粉的分散，易形成大小不一的團(tuán)塊，從而降低漿液的性能，堵塞吸水頭，給鉆進(jìn)工作制造障礙。

2）當(dāng)發(fā)現(xiàn)漿液中含砂量較高、性能迅速降低時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行換漿。

3）為了凈化漿液，在泥漿循環(huán)系統(tǒng)中至少應(yīng)有一個(gè)沉淀箱，且循環(huán)槽的長度按適當(dāng)?shù)钠露仍O(shè)計(jì)，不得小于10 m，否則將影響漿液中巖屑的沉淀，降低漿液循環(huán)使用的時(shí)間。

4）在鉆進(jìn)過程中，如發(fā)現(xiàn)漿液漏失，應(yīng)立即進(jìn)行堵漏。如漏失嚴(yán)重堵漏無效時(shí)，可下套管進(jìn)行隔離，嚴(yán)禁頂漏鉆進(jìn)，否則極易造成孔壁坍塌事故。

5）限制起下鉆的速度，減少孔內(nèi)泥漿的激蕩壓力對(duì)孔壁穩(wěn)定造成的影響，每次起下鉆時(shí)應(yīng)向孔內(nèi)回灌泥漿以維持孔內(nèi)的壓力平衡，保持孔壁的穩(wěn)定。

3.4 SM膠鉆進(jìn)參數(shù)研究

1）在鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)選擇中，對(duì)于砂層應(yīng)遵循低壓、中轉(zhuǎn)速、小泵量的原則，即鉆壓應(yīng)控制在2～3 MPa范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速在600～700 r/min比較適合，而泵量則應(yīng)盡可能的小，以減少泥漿對(duì)孔壁的沖刷力；而對(duì)于中硬較完整巖層則采用低壓、高轉(zhuǎn)速及大泵量的原則，保證比較快的鉆進(jìn)速度。

2）在鉆進(jìn)中，應(yīng)經(jīng)常清理堵塞在吸水頭上的攪散的泥漿團(tuán)塊，以免使吸入孔內(nèi)的泥漿濃度降低，達(dá)不到最佳的護(hù)壁效果。

3）經(jīng)常檢查單動(dòng)雙管鉆具的單動(dòng)性能，尤其是軸承的靈活性，應(yīng)及時(shí)拆卸，清洗加油，更換密封圈，合理調(diào)節(jié)內(nèi)、外管間隙。在砂土層中，將卡簧座及鉆頭的間隙增大到8～10 mm，以防水路堵塞，在卵礫層中則控制在3～5 mm為宜。

4 效果分析

在西藏尼洋河多布水電站勘探中，深厚覆蓋層使用SM植物膠作為鉆進(jìn)漿液，全部鉆孔達(dá)到了鉆探取芯、取樣等標(biāo)準(zhǔn)。在鉆進(jìn)過程中取出的巖芯完整，大多能分辨出原地層的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)狀態(tài)，還在砂層中取出了未擾動(dòng)的柱狀原樣。通過此次植物膠鉆探施工，最深鉆孔達(dá)到251.1 m，平均日鉆孔完成量為17.20 m，巖芯采取率達(dá)到93.7%。

1）SM植物膠無固相泥漿和SM植物膠低固相泥漿性能優(yōu)良，具有很強(qiáng)的護(hù)壁防塌能力，在砂卵石覆蓋層鉆進(jìn)中與金剛石雙管鉆具相配合，大大地提高了覆蓋層中的鉆進(jìn)效率，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

2）采用SM植物膠金剛石鉆進(jìn)工藝鉆進(jìn)覆蓋層，可降低鉆探成本，同時(shí)使巖芯采取也得到了保障，特別是取出了常規(guī)鉆進(jìn)所無法取得的近似原狀的純砂樣。

5 結(jié)語

SM植物膠漿液在多布水電站深厚覆蓋層中的應(yīng)用得到了良好的效果，極大地降低了造孔成本，保證工期及勘探質(zhì)量。但在使用過程中仍需解決好以下問題。

1）SM植物膠成本高，在水電地質(zhì)勘探中，期待著更為低廉的低固相沖洗液應(yīng)用。

2）SM植物膠造孔遇地下水位稀釋及強(qiáng)漏失地層，仍需加強(qiáng)鉆探工藝研究。

3）深厚覆蓋層造孔過程中，套管用量較大，尤其受孔壁泥漿對(duì)套管起撥阻力較大，管材損失嚴(yán)重。

總之，SM植物膠漿液可用于不同結(jié)構(gòu)的覆蓋層或破碎基巖護(hù)壁鉆進(jìn)，能極大提高巖芯采取率和鉆孔質(zhì)量。今后將在類似工程中，以降低工程造價(jià)、新型低固相漿液方面加強(qiáng)研究。

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