工程勘察复杂地层钻进技术杨国春6.ppt

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工程勘察复杂地层钻探技术
主讲人: 杨国春

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工程勘察复杂地层钻探技术
复杂地层概述
砂卵石、漂卵石地层钻进技术
打滑地层钻进技术
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1、复杂地层概述
复杂地层:
复杂地层是指由于地表风化,水流搬运,地下水侵蚀和地质构造运动以及岩石本身性质等影响,而使岩石遭受破坏,失去原有的稳定性和完整性,变为松散、破碎、大小不均,或具有裂隙和空洞的那些地层。由于它们产生的原因不同,原岩的性质各异,故对钻探工作的影响也有差别。
复杂地层从钻进时出现的异状分成:
漏失层、坍塌层、膨胀层和涌水层等。实际钻进过程中遇到的很多情况下是即坍塌又漏失的地层。
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在钻探工作中,复杂地层按地层形成过程的不同可分为两类:由构造运动所形成的复杂地层,即由地质构造运动所产生的压力、张力、剪力等作用,使岩层产生节理、裂隙、裂缝、断层和片理,特别是硬或中硬以上的脆性岩石受构造力的剧烈破坏形成复杂地层,这类地层往往位于覆盖层下部,称为I类地层,在这类地层中钻探,会遇到保护孔壁、取心等困难问题。
由外力地质作用所形成的复杂地层,即风化层、河流冲积层、洪积层,风积层。岩层经风化作用变为岩性较松散,胶结不良的风化层,而冲积、洪积、风积作用形成的各种沉积层一般含有粘土、流砂、卵石、砾石、漂石成为复杂的地层。这类地层往往称为覆盖层,这里称为Ⅱ类地层,Ⅱ类地层包括粘土层,淤泥层,砂层,砂卵石地层和漂卵石地层。在这类地层中钻探,会遇到钻进、保护孔壁、取心等困难问题。
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复杂地层
复杂地层的钻进与取样问题一直是地矿勘探、工程勘察、岩土工程施工中的一个技术难题。
由于复杂地层结构松散!无规律包裹砂卵砾石、砾石大小不均,换层频繁!软硬悬殊!颗粒级配悬殊等,存在钻进、保护孔壁、取心这三大难题,常规的钻探技术难以满足施工要求。复杂地层钻探技术先后经历了锤击跟管取芯钻进和金刚石取芯钻进两个重要阶段。现有的砂卵石层植物胶金刚石钻进取样技术解决了一些稍复杂地层的钻进与取样问题,但至今,仍无法适应较复杂的地层,钻孔质量和钻进效率仍处于低水平状态。
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复杂地层在按钻进中的特性分类
漏失层:地层被钻开后,孔内冲洗液循环遭到破坏,冲洗液不能返回地面或返回量小于送入量的那些地层。(风化层、冲积层、松散层和破碎带等地层属于)
坍塌层:地层被钻开后,孔壁岩石失去稳定性,向孔内塌落的那些地层。根据坍塌程度不同,轻者为掉块,重者则为垮孔。(风化层、冲积层、松散层和破碎带等地层属于)
涌水层:指的是含有灰岩和砂岩的地层,在钻进过程中,如果冲洗液的液柱压力不足,承压水会涌向孔内甚至喷出地面,是钻进工作无法进行。
膨胀层:主要是指某些粘土层和页岩层,在钻进中他们会吸水膨胀造成孔径缩小,进而造成下钻困难和卡钻事故。
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复杂地层钻进时的异状
在钻探实践中经常遇到复杂地层是漏失层和坍塌层。钻进中会发生冲洗液严重漏失,下钻困难,卡钻或折断钻杆及堵水难以钻进等事故,造成停钻和废孔的重大事故。
在实际钻探过程中漏失和坍塌往往同时发生,如果技术措施不当,冲洗液的性能不合要求或不适合,有往往会因漏失而造成或加剧坍塌情况的发生。反之,如技术措施合理,冲洗液质量和选择合理,即可减少漏失,又可减轻或避免坍塌情况的发生。所以钻探工程中对于复杂地层的工作应重在防护,轻在治理。一旦发生漏失和坍塌造成停钻,治理起来比较费工费时,严重者造成废孔。
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复杂地层情况:
(1) 长洲三线四线船闸:花岗岩球状风化层;
(2)四川金顶水电站砂卵石、漂卵石地层;
(3)四川犍为水利枢纽的漂卵石地层;
(4)四川道孚牙村水电站,大览水电站漂卵石地层及基岩破碎带;
(5)色曲河梯级水电站破碎变质砂岩、漂卵石地层
(6)东谷河梯级水电站漂卵石地层;
(7) 都柳江梯级水电站漂卵石地层;
(8)云南玉明珠水库:变质砂岩、页岩风化地层
打滑地层情况:
(1)花岗岩、石英岩:缅甸水电站;乐滩水电站;岩滩水电站扩建;老挝南涧河1号水电站;
(2)硅质灰岩:
(3)流纹岩:云南云县水库:
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利用冲洗液钻进解决的复杂地层
风化的砂岩、页岩、球状风化的花岗岩、密实的砂卵石地层及局部坍塌掉块的基岩,可通过使用护壁冲洗液解决地层的钻进问题。
冲洗液:泥浆;低固相植物胶冲洗液;无固相植物胶冲洗液;高分子化学浆液。
举例:金顶,长洲三四线船闸,犍为、成都地区的植物胶勘察等。见图
一般情况下:冲洗液可以解决80%的复杂地层钻进问题。
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成都地区砂卵石地层植物胶钻进砂卵石底层