黃 河，張安平

(湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430040)

1 概述

在架空輸電線路大跨越工程勘測(cè)中，勘測(cè)工作的技術(shù)要求、內(nèi)容和深度，以及工程質(zhì)量有了更高的要求。大跨越工程很多情況都是江河、湖泊大跨越，跨越塔往往位于河流階地地貌或河漫灘地貌中，這些地貌分布較厚的松散破碎巖土體，如砂層、卵(礫)石等。松散地層主要是指破碎帶地層、第四系的砂層、礫石、卵石地層等，此類地層具有共同的特點(diǎn)即顆粒之間缺乏膠結(jié)或膠結(jié)性能差。

在河流階地及河漫灘地貌勘察過(guò)程中，鉆探是必不可少的基本手段，由于河流階地、河漫灘所處地層中存在較厚砂、礫、卵石層、巖石風(fēng)化帶和破碎帶。此類巖石結(jié)構(gòu)呈散粒或散塊狀態(tài)，散粒散塊之間膠結(jié)弱或無(wú)膠結(jié)，結(jié)構(gòu)完整性很差，故稱其為松散破碎地層。在此類層段中鉆進(jìn)，井壁極易掉塊、坍塌，容易誘發(fā)卡鉆、埋鉆事故，而且鉆屑顆粒較大，鉆井液攜帶其困難。

通常通過(guò)下長(zhǎng)套管穿越松散破碎地層，除了下長(zhǎng)導(dǎo)管預(yù)防孔壁掉塊、坍塌、滲漏外，運(yùn)用泥漿來(lái)解決松散破碎地層鉆進(jìn)困難問(wèn)題，也是一項(xiàng)重要的工藝措施。將鉆井泥漿的黏度和切力提高，可以有效粘結(jié)散狀井壁，也有利于懸浮較大尺寸的鉆屑。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)鉆井與完井實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì)比不同黏度鉆井液浸泡的砂堆自然堆砌角度，可以清楚地認(rèn)識(shí)到，提高黏度對(duì)防止松散破碎井壁垮塌具有重要作用，用清水(黏度1 mPa·s)浸泡的砂堆角度為30°，采用黏度為15 mPa·s泥漿浸泡的砂堆角度為45°，黏度為30 mPa·s泥漿的則可達(dá)到60°[1-3]。

松散破碎地層泥漿要突出較高的黏度、強(qiáng)剪切稀釋性以及強(qiáng)攜砂能力。主要原因在于，此類地層中的卵石、礫石等尺寸較大且缺乏膠結(jié)，部分膠結(jié)物為黏土質(zhì)成分。一旦鉆孔打開此類地產(chǎn)，孔壁周圍的大尺寸松散破碎物因失去力學(xué)平衡而發(fā)生失穩(wěn)。為此，我們提出了通過(guò)提高泥漿黏度以增強(qiáng)孔壁周圍巖石膠結(jié)力的處理思路。當(dāng)高黏度的泥漿在壓差作用下進(jìn)入松散體間的間隙內(nèi)后，能夠在松散體間形成一定的結(jié)構(gòu)，起到穩(wěn)定孔壁的作用。具體措施包括：1)增加膨潤(rùn)土粉的用量；2)使用并提高提黏性處理劑的加量；3)添加無(wú)機(jī)陽(yáng)離子導(dǎo)致膨潤(rùn)土漿液絮凝等等，確保所配制的泥漿漏斗黏度不低于20 s。

2 針對(duì)松散破碎地層的泥漿配方設(shè)計(jì)

根據(jù)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)鉆井液與完井液實(shí)驗(yàn)室關(guān)于復(fù)雜地層鉆井液推薦的配方，松散破碎地層典型泥漿配方如下：

1)Na-CMC(鈉羧甲基纖維素)泥漿。

配方：優(yōu)質(zhì)造漿黏土70 kg～100 kg，水1 m3，純堿6 kg～10 kg，Na-CMC 10 kg～15 kg。

性能：比重1.07～1.1，黏度28 s～40 s，失水量小于18 mL/30 min，pH值約9.5。

2)LG植物膠泥漿(4合1復(fù)配泥漿)。

配方：1 m3水，55 kg膨潤(rùn)土，20 kg LG，純堿2 kg，XC 1 kg。

性能：表觀黏度22 mPa·s，失水量14 mL/30 min，pH值7～9，比重1.08，漏斗黏度28 s。

其中，LG為一種新型植物膠鉆井液處理劑，其主要成分是多糖、植物纖維和精油等，具有增黏、降濾失、抑制性和潤(rùn)滑性等優(yōu)點(diǎn)[4-5]；XC為高分子生物聚合物，是一種高效提黏劑。

在湖北漢江大跨越勘察施工中，考慮到現(xiàn)場(chǎng)泥漿配置條件，要求選用的泥漿配方具有配制簡(jiǎn)便、泥漿性能優(yōu)、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，對(duì)典型泥漿配方進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

首先配置充足基漿(8%普通膨潤(rùn)土+0.2%純堿+0.1%燒堿)，將基漿充分預(yù)水化，使其有足夠的預(yù)水化時(shí)間，確保膨潤(rùn)土在水中充分分散。其次在基漿基礎(chǔ)上添加不同配比處理劑，經(jīng)過(guò)大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，篩選出如下配方：

1)預(yù)水化基漿；2)預(yù)水化基漿+0.05%CMC+1%LG；3)預(yù)水化基漿+0.1%CMC+1%LG；4)預(yù)水化基漿+0.05%XC+1%LG。

針對(duì)松散破碎地層泥漿選用，優(yōu)先選用高黏度、強(qiáng)懸渣、易流動(dòng)的泥漿配方。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，不同配方泥漿性能見表1。

表1 推薦的泥漿配方性能測(cè)試結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)擬采用配方4)LG植物膠泥漿，在勘察現(xiàn)場(chǎng)將普通膨潤(rùn)土改用為優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤(rùn)土，從而減少純堿、燒堿用量。最終配方為：8%優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤(rùn)土+0.05%XC+1%LG。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

3.1 工程簡(jiǎn)介

白鶴灘—江蘇±800 kV特高壓直流輸電線路工程鐘祥漢江大跨越工程，跨越地點(diǎn)為磷礦鎮(zhèn)劉家莊村，桿塔采用“耐—直—直—耐”跨越方式，跨越檔距1 750 m。兩岸跨越塔立在堤外背水側(cè)河漫灘，錨塔立在堤內(nèi)背水側(cè)。右岸跨越塔高程地面47.19 m，左岸跨越塔地面高程48.59 m。根據(jù)巖土勘測(cè)任務(wù)書要求，對(duì)擬建跨越塔基進(jìn)行逐腿鉆探。

3.2 地層分布情況

根據(jù)勘察資料，擬建長(zhǎng)江大跨越段的地層分布如下：

3.3 泥漿體系應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)采用XY-150型鉆機(jī)，開鉆前一日，現(xiàn)場(chǎng)開挖泥漿池，泥漿池底部鋪防水布，泥漿池中加入1 m3，倒入80 kg鈉基膨潤(rùn)土，采用人力攪拌，確保膨潤(rùn)土預(yù)水化充足，膨潤(rùn)土充分預(yù)水化后加入10 kg LG植物膠，最后加入0.5 kg XC，充分?jǐn)嚢韬髮?duì)泥漿進(jìn)行循環(huán)[6]。

3.4 效果評(píng)價(jià)

通過(guò)使用LG植物膠泥漿，收獲了良好的鉆進(jìn)效果，收獲巖心的完整度以及收獲率等均較之前有了顯著改善，尤其是在粉細(xì)砂等松散地層中使用時(shí)，由于其出色的護(hù)壁效果，鉆進(jìn)過(guò)程中未出現(xiàn)塌孔等復(fù)雜情況，起下鉆過(guò)程中也比較順暢，整體施工效率得到極大改善。即便是在卵石層中施工，泥皮盡管較厚，但是隨著新配漿液的補(bǔ)充，其質(zhì)量也獲得明顯提高。

現(xiàn)白鶴灘—江蘇±800 kV特高壓直流輸電線路工程鐘祥漢江大跨越工程勘察已圓滿完成。

4 結(jié)語(yǔ)

1)針對(duì)松散破碎地層，采用8%優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤(rùn)土+0.05%XC+1%LG泥漿配方，材料用量少，配制簡(jiǎn)單，配漿效率高，此體系具有較為理想的流變參數(shù)，流動(dòng)性好，懸浮鉆屑能力強(qiáng)。

2)該泥漿配方具有強(qiáng)降濾失能力，潤(rùn)滑效果好，能防止孔內(nèi)復(fù)雜事故的發(fā)生，保證鉆進(jìn)工作的安全順利進(jìn)行，并提高鉆進(jìn)效率。

3)LG植物膠與XC的配合應(yīng)用提高了鉆井液的潤(rùn)滑性及泥皮的膠結(jié)性，在孔壁形成致密的保護(hù)層，護(hù)壁效果較好，降低了孔內(nèi)事故率，加快了施工進(jìn)度。

4)該泥漿配方所用處理劑效果優(yōu)良，而且不含對(duì)環(huán)境有害的組分，降解產(chǎn)物也符合環(huán)保要求，具有良好的推廣價(jià)值。