资料介绍
备案号 J17509-2024
四川省工程建设地方标准
P DBJ51/T 246-2024
四川省岩土工程勘察钻探护壁技术标准
2024-03-27 发布 2024-06-25 实施
四川省住房和城乡建设厅发布
DBJ51/T 246—2024
主编单位: 中国建筑西南勘察设计研究院有限公司
成都 理工 大学
批准部门: 四川 省住 房和 城乡 建设 厅
施行日期: 2024 年 6 月 25 日
四川省住房和城乡建设厅关于发布
《四川省公共环境雕塑艺术工程技术标准》等9项
四川省工程建设地方标准的通知川建标发〔2024〕47号
各市(州)及扩权试点县(市)住房城乡建设行政主管部门, 各有关单位:
现批准《四川省公共环境雕塑艺术工程技术标准》《四川省建筑信息模型工程设计制图标准与模型标准X四川省岩土工程勘察钻探护壁技术标准X四川省公共建筑运行碳排放信息系统技术标准》《四川省城镇管道燃气安全隐患分类和分级标准》《四川省城镇燃气设施安全检查标准》(共5分册)《四川省绿道桥梁技术标准》《四川省建筑节能工程施工质量验收标准》《四川省建筑装饰装修工程施工工艺规程》等9项为四川省工程建设推荐性地方标准(见附件)。
附件:《四川省公共环境雕塑艺术工程技术标准》等 9项四川省工程建设推荐性地方标准
四川省住房和城乡建设厅
2024年3月27日
前言
本标准是根据四川省住房和城乡建设厅《关于下达2022年四川省工程建设地方标准制定修订计划(第一批)的通知》(川建标函〔2022〕1169号文)的要求,由中国建筑西南勘察设计研究院有限公司和成都理工大学会同有关单位共同编制完成的。
标准编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考有关国际和国内先进标准,并在广泛征求意见的基础上,制定了本标准。
本标准共分11章和1个附录,主要技术内容包括:1 总则;
2 术语与符号;3基本规定;4不稳定地层分类与特征;5 岩土工程勘察钻探护壁要求;6膨润土冲洗液护壁;7 植物胶冲洗液护壁;8泡沫冲洗液护壁;9乳液冲洗液护壁;10水泥护壁;11套管护壁。
本标准由四川省住房和城乡建设厅负责管理,由中国建筑西南勘察设计研究院有限公司和成都理工大学负责具体技术内容的解释。在执行本标准过程中如有意见或建议,请寄送给中国建筑西南勘察设计研究院有限公司(地址:四川省成都市成华区龙潭总部经济城航天路33号;邮编:610052;电话:028-82888166;
邮箱:zjxkyjsbz@cscec.com), 以供今后修订时参考。
主编 单位: 中国建筑西南勘察设计研究院有限公司成都理工大学
参编 单位: 中国十九冶集团有限公司
四川省地质工程勘察院集团有限公司四川省川建勘察设计院有限公司
四川省冶勘设计集团有限公司
西南交通大学
倬方钻探工程集团有限责任公司
加华地学(武汉)数字技术有限公司
主要起草人: 晏宾 李之军王 胜郑立宁王亨林张东明朱志勇黄 杰聂浩帆刘 娟李科学罗永忠陈礼仪刘海军李崎洁张 继朱 磊秦 雁王圣杰刘激烈张忠利周虎鑫冯文凯赵晓彦赵 杰张建华汪广江朱焕春廖 焱姜来峰陈春霞黎 鸿杨国权刘 易刘德林
主要审查人: 刘晓东郑玉辉李耀家蒋志军王 健乔海涛李胜杰
1 总则
1.0.1 为在岩土工程勘察过程中,贯彻执行国家的技术经济政策,做到绿色环保、安全适用、技术先进、经济合理、质量可靠, 制定本标准。
1.0.2 本标准适用于四川省建筑与市政工程的岩土工程勘察钻探护壁工作。其他行业勘察钻探护壁工程可参照本标准执行。
1.0.3 岩土工程勘察钻探护壁应结合场地具体地质条件、周边环境、钻探设备及钻探工艺等因素制定方案,并根据实际情况调整方案。
1.0.4 岩土工程勘察钻探护壁除应符合本标准外,尚应符合国家、行业和四川省现行有关标准的规定。
2 术语与符号
2.1 术语
2.1.1 岩土工程勘察 geotechnical investigation
根据建设工程的要求,查明、分析、评价建设场地的地质、 环境特征和岩土工程条件,编制勘察文件的活动。
2.1.2 钻探 drilling
钻探是利用钻机或专用工具,以机械或人力作动力向地下钻孔,以取得工程地质资料的勘探方法。
2.1.3 护壁 borehole wall protection
利用冲洗液、水泥、套管等材料保持、维护孔壁稳定的措施。
2.1.4 堵漏 leakage plugging
利用物理或化学方法封堵冲洗液漏失通道的措施。
2.1.5 冲洗液漏失 lost circulation
钻进过程中,冲洗液因渗入地层、流入洞穴导致返出量少于泵入量的现象。
2.1.6 不稳定地层 unstable formation
钻进过程中易发生坍塌、缩径、矿物溶解、冲洗液漏失等现象的地层。
2.1.7 漏失地层 lost-circulation zone 钻进过程中发生冲洗液漏失的地层。
2.1.8 水敏性地层 water sensitive formation
遇水易发生分散、溶蚀、膨胀、坍塌、剥落等现象的地层。
2.1.9 化学浆液 chemical slurry
使用一种或多种聚合物、有机或无机胶凝材料等配制的浆液。
2.1.10 冲洗液 drilling fluids
钻进中用来冷却钻头、排除岩粉、保护岩芯、润滑钻具、传递动力及平衡地层压力等的循环流体的总称。
2.1.11 无固相冲洗液 clay-free drilling fluids
不加入膨润土等造浆材料的水解高分子聚合物冲洗液。
2.1.12 低固相冲洗液 low solids drilling fluids
以优质造浆黏土为基础,水解聚丙烯酰胺为选择性絮凝剂, 在钻井过程中维持固相含量不大于4%的低密度分散体系。
2.1.13 膨润土冲洗液 bentonite drilling fluids
以蒙脱石为主要成分的膨润土粉,经预水化和加入处理剂混合形成的稳定分散体系。
2.1.14 植物胶冲洗液 vegetable gum drilling fluids
以可溶性植物胶为主要成分,经水化溶胀形成的高黏度植物胶溶液。
2.1.15 泡沫冲洗液 foam fluids
以优质低固相冲洗液为基础,按需加入若干处理剂和稳泡剂, 再加入发泡剂,通过充气发泡使泡沫稳定地分散在冲洗液中的气液固三相低密度循环流体。
2.1.16 高聚物乳液冲洗液 molecular polymer emulsion drilling
为改善高聚物溶解增效特性,经反向乳化改性形成高聚物乳液,以此配制的无固相、低固相或泡沫冲洗液体系。
2.1.17 泌水率 Bleeding rate
泌水量与水泥拌和物含水量之比,是水泥稳定性的指标之一。
2.1.18 抗分散性 dispersion resistance
水泥在水中凝结硬化成形时抗浆体流失的能力。 2.1.19 套管 casing pipe
用螺纹连接成管柱后下入钻孔内,保护孔壁、隔离与封闭油、气、水层及漏失层的管材。
2.2 符号
D——钻孔直径( mm);
d——钻杆外径 ( mm);
H——钻孔深度( m);
K——压水系数;
L——钻杆长度 ( m);
l——孔内静水位离孔口高度( m);
P——地层压力 ( MPa);
Q——泥浆泉排量( m³);
Q 压——替水泥浆所需压水量( m³);
Q 地——地面管线及水泵容积( m³);
q——每米钻杆内容积( m³/m);
Vo——循环系统泥浆总体积( m³);
V₁——所需配制的泥浆体积( m³);
V水——所需的加水量 ( m³);
Vu——原浆总体积( m³);
v——泥浆流速 (m/s);
w——所需材料重量( t);
p ——材料密度( g/cm³ )。
3 基本规定
3.0.1 不稳定地层钻进时,应采取合理可行的预防孔壁失稳和冲洗液漏失的措施,制定可行的护壁方案。
3.0.2 依据四川地区不稳定地层的类型,可分别采用膨润土冲洗液护壁、植物胶冲洗液护壁、泡沫冲洗液护壁、乳液冲洗液护壁、水泥护壁、套管护壁等方法。当单一护壁方法不能满足要求时,可采用两种或多种护壁措施。
3.0.3 防塌护壁、堵漏方法应满足绿色、环保、节能的要求,应使用无毒、无害的护壁堵漏材料。
3.0.4 钻进过程中遇不稳定及易漏失地层时,应优化冲洗液性能、控制冲洗液上返流速,降低提钻、下钻速度,并及时补充冲洗液。
3.0.5 在可能发生涌水的地层钻进时,应储备适量高密度冲洗液,且应配备止涌装置并编制方案。
3.0.6 防塌护壁、堵漏浆液配制前应进行试验,测试浆液性能, 提高防塌护壁、堵漏效果。
3.0.7 钻探作业现场宜配备测定不稳定地层及漏失地层位置和漏失量的仪器和工具。
3.0.8 采用不同护壁方式收费计价时,可按中国勘察设计协会 《工程勘察服务成本要素信息(2022版)》等有关规定执行。对采用植物胶冲洗液、泡沫冲洗液、乳液冲洗液、水泥、膨润土等护壁方式时,附加调整系数应不低于泥浆护壁系数的取值。
4 不稳定地层分类与特征
4.0.1 不稳定地层可划分为力学不稳定地层、遇水不稳定地层和漏失不稳定地层三大类。
4.0.2 不稳定地层类型划分可按表4.0.2确定。
表4.0.2 不稳定地层类型
4.0.3 根据不稳定地层的分布、特征、钻探表现、漏失等级,常用护壁措施可按表4.0.3选用。
表4.0.3 不稳定地层特征及护壁措施
续表
注:根据钻孔冲洗液漏失情况可分为以下四个等级:(1)不漏失:表现
为孔内返浆正常,水源箱水位下降不明显,冲洗液无消耗,能维持正常循环。(2)轻微漏失:亦称小漏失或渗漏,表现为孔内返浆数量减少,水源箱水位降低,冲洗液不断消耗但尚能维持循环, 这类漏失多发生于孔隙型、微裂隙型漏失地层。(3)中等漏失:亦称一般漏失,表现为循环中止,冲洗液液面低于孔口,冲洗液消耗量等于泵入孔内的浆量,这类漏失多发生于裂隙型、破碎带型漏失地层。(4)严重漏失:严重漏失又称大漏失或全漏失,即孔内冲洗液几乎全部漏光,没有水位或水位很低,这类漏失多发生于大裂隙、破碎带和溶洞型漏失地层。
5 岩土工程勘察钻探护壁要求
5.1 一般规定
5.1.1 钻探作业前应进行场地踏勘,了解钻探区域的地质、地形地貌、交通、场地、水源等自然条件,调查当地钻探护壁材料、 钻探工艺等情况。根据勘察目的、设计要求、地层条件等因素选择与之相适应的钻探工艺、钻探设备、工具、护壁材料等,钻探过程中根据孔内情况动态调整。
5.1.2 钻机应置于平整、稳固的场地或作业平台,确保钻机平稳, 钻塔天车、立轴及孔口中心在同一轴线上。
5.1.3 钻探过程中出现的异常情况,如卡钻、埋钻、掉钻、坍塌、 漏失、涌水、钻进速度异常等应及时、准确地记录,并分析原因, 及时采取有效措施处理。
5.1.4 在不稳定地层中钻进时,应适当调整转速、钻压和泵量, 适当控制回次进尺长度和时间。
5.1.5 钻探及孔内测试、地下水位量测等工作完成后,除特殊用途钻孔外,应对钻孔进行回填等处理。
5.1.6 对易塌孔地层,宜选用压卡式单动双管或三层管钻具钻进。
5.1.7 钻探技术除满足本标准外,尚应符合现行行业标准《建筑工程地质勘探与取样技术规程》JGJ/T 87 等标准的规定。
5.2 正常钻进时操作要求
5.2.1 应确保钻机稳固、运行平稳、无摇摆晃动,主动钻杆稳定、 不晃动。
5.2.2 钻进时钻机转速应基本匀速,钻进过程中应保持钻压的均匀、稳定,加、减压应缓慢进行,不得猛加、猛减压力。
5.2.3 每一回次钻进开始时,应轻压、慢转,在软质岩石地层中宜采用低压快速钻进;在较硬的、非均质的、研磨性中等的岩石中宜采用低中速钻进。正常钻进时不得随意提钻冲击。
5.2.4 升降钻具应平稳,尽量保持匀速,当钻头下降或提升受阻时,应活动钻具、钳子回转或重新送冲洗液扫孔。
5.2.5 应保持孔壁稳定,冲洗液返浆正常,性能稳定。
5.2.6 对(含)碎石土、破碎地层、填土等易塌孔、漏浆地层, 宜提前采取改善冲洗液性能或采用同步跟管钻进等措施,确保孔壁稳定,采用高采取率的钻具,保证岩芯采取率。若覆盖层施工情况复杂,可采用厚壁管跟管(厚壁管吊锤夯击,厚壁管内采用小径钻具掏心)钻进方法。
5.2.7 设备机具使用过程中,应按机械维护操作规程和有关技术要求进行维护保养,保持钻探设备的清洁和润滑部位的润滑良好。
5.2.8 设备机具的使用和检修应做好记录与存档工作。
5.3 孔壁坍塌、漏失时处理要求
5.3.1 发现孔壁坍塌时,应保持冲洗液循环,并立即停止钻进、 减慢转速、提升钻杆,以防止埋钻。
5.3.2 钻进中遇孔壁坍塌、冲洗液漏失时,可采用调整冲洗液性能、更换冲洗液等措施,也可采用惰性材料、化学浆液、水泥浆液等护壁、堵漏方法,必要时可采用套管护壁。
5.3.3 钻遇不同程度孔壁坍塌、漏失时,可采取以下措施:
1 孔壁轻微坍塌或轻微漏失,冲洗液不断消耗,但尚可维持钻进时,可用泥浆、乳液冲洗液等进行处理;
2 孔壁一般坍塌或中等漏失,冲洗液消耗量较大,不能正常钻进时,可向冲洗液中加入增黏剂,增加冲洗液的护壁能力;
3 孔壁严重坍塌或严重漏失,不作处理无法钻进时,可灌注速凝专用水泥或化学浆液处理,或下入套管。
5.4 护壁材料与工艺技术要求
5.4.1 护壁堵漏材料应根据护壁要求、冲洗液漏失程度、地下水活动情况和地层情况进行选择及配制。
5.4.2 根据钻进情况调整冲洗液性能,宜符合以下规定:
1 在松散砂层中,冲洗液的失水量要低;
2 在轻微漏失的地层中,冲洗液宜保持低密度和较高黏度;
3 在破碎易坍塌地层中,冲洗液宜具有低失水性、适当的密度和黏度,可添加外加剂;
4 对于水敏性地层,冲洗液宜具有低失水性和较高的抑制性;
5 对滑坡体不宜采用强渗透性冲洗液,宜采用泡沫冲洗液、 膨润土或植物胶等高黏度低渗透性冲洗液或钢套管护壁等。至预估的滑动面(带)以上5m 或发现滑动面(带)迹象时,必须进行干钻,并及时检查岩芯,确定滑动面位置。当必须加水或使用
循环液时,应采用单管双动钻进技术,或双管双动钻进技术,或无泵反循环技术等。
5.4.3 特种水泥堵漏时宜采用快硬早强水泥,各种外加剂应根据水泥品种、护壁堵漏要求、货源情况,按试验配方合理选用。 护壁堵漏水泥应具有以下性能:
1 水泥浆液应具有良好的流动性和适宜的可泵期;
2 水泥浆液早期强度应增长较快;
3 水泥浆液应有适宜的初凝和终凝时间,初凝和终凝间隔时间尽可能短;
4 水泥浆液应具有良好的抗分散性。
5.4.4 易垮塌及涌水地层,宜采用正压差钻进或下套管。
6 膨润土冲洗液护壁
6.1 一般规定
6.1.1 膨润土冲洗液护壁适用于以下地层或情况:
1 黏性土、粉土、砂卵石、滑带土;
2 构造破碎带以及基岩风化带等松散破碎地层。
6.1.2 在厚度较大的淤泥层、流砂土及新近未夯实填土等易产生漏失、坍孔或缩径的松软地层,不宜采用膨润土冲洗液护壁, 应通过试验确定其适用性。
6.1.3 根据地层特点、技术要求、钻进方法、钻孔深度、材料来源和设备条件等情况,配制膨润土冲洗液时,可添加各种处理剂或加重材料。
6.2 材料及配制
6.2.1 现场配浆应按以下公式计算:
1 钻进过程中,应保持孔内泥浆的液柱压力大于地层压力, 确定使用的泥浆密度按式6.2.1-1计算:
式中:p—— 所需配制的泥浆密度( g/cm³);
p ——地层压力( MPa);
H——孔深( m)。
2 现场配制泥浆时所需膨润土量按式6.2.1-2计算:
式中:w——所需膨润土质量(t);
V₁——所需配制的泥浆体积(m³);
P₁——所需配制的泥浆密度(g/cm³);
P₂——膨润土的密度( g/cm³), 取2.2 g/cm³~2.3 g/cm³; P₃ ——水的密度 ( g/cm³), 取1.0 g/cm³。
3 对于稀释泥浆的需水量,地层造浆,泥浆过稠,加处理剂
前需要加水稀释处理,加水量按式6.2.1-3计算:
式中:v水——所需的加水量( m³);
Vu——原浆总体积(m³); Po——原浆密度 ( g/cm³);
P₄ ——加水稀释后密度( g/cm³)。
4 泥浆加重剂的需用量按式6.2.1-4计算:
式中:w——加重剂质量 ( t);
V₀——循环系统泥浆总体积 ( m³);
Po——原浆密度 ( g/cm³);
P₅ ——加重后泥浆密度(g/cm³);
P₆ ——加重剂密度( g/cm³), 重晶石 p₆= 4.2, 石灰石p₆=2.7。
6.2.2 配制泥浆材料应符合下列要求:
1 大量配制泥浆前,结合地层情况进行造浆率和造浆性能试验,确定合适的泥浆配方;
2 严禁用次土、原土以及不符合要求的黏土造浆,膨润土宜选用优质的钠土,其造浆率应在12m³/t 以上,基浆失水量在 20 mL/30 min 以下;
3 制浆用膨润土(除钠膨润土外)应预先水化。制浆时应采用淡水和加入一定量的纯碱,充分搅拌后存放24h。不得采用具有弱腐蚀性以上或受污染的水;
4 为满足钻进工艺要求的各种性能,在基浆中可加入适量的化学处理剂。在钙膨润土造浆时,可加入土量5%~6%的纯碱, 搅拌均匀,静置24h 钠化后再加入处理剂。需要提高泥浆比重时, 在泥浆中可适量放入重晶石粉、石灰石粉。
6.2.3 泥浆主要性能指标应符合表6.2.3的规定。
表6.2.3 不同地层的低固相膨润土冲洗液主要性能指标
6.2.4 在泥浆中添加的加重材料可按表6.2.4选用。
表6.2.4 常用泥浆加重材料
注:加重材料添加量按需计算确定。
6.2.5 根据地层类型、孔内情况调整泥浆性能,常用泥浆处理剂可按表6.2.5选用。
表6.2.5 常用泥浆处理剂
注:添加处理剂的量可根据产品说明书要求适当调整。
6.3 工艺措施
6.3.1 根据地层要求配制适宜的泥浆,泥浆添加剂应严格按顺序添加,不得颠倒。
6.3.2 根据钻进情况及时调整泥浆性能,添加处理剂时应缓慢、 均匀。
6.3.3 使用泥浆时应定期补充新泥浆和处理剂,补充时应以细流方式注入。
6.3.4 使用化学处理剂时,应遵循产品说明书要求,规范操作, 同时配备必要的劳动保护用品。
6.3.5 泥浆使用过程中,采取措施防止外来水源浸入,不得随意
加入清水稀释泥浆。
6.3.6 在松散破碎地层中,控制钻进速度,缩短钻探回次进尺。
6.3.7 孔内泥浆液面稳定高度均应不低于孔口1.0m, 且要高于地下水位。
6.3.8 每钻进20m 或 4h 应检测一次泥浆性能指标,需要添加泥浆时,新浆与劣化浆体积比可按6:1配制混合泥浆。
6.3.9 现场应设置简易的泥浆循环槽,及时清除泥浆槽的沉渣。 当沉渣困难时,可配置专门除渣设备。
6.3.10 终孔后,对废弃的冲洗液应在掺入水泥、石灰类絮凝固化材料硬化后集中处理。
7 植物胶冲洗液护壁
7.1 一般规定
7.1.1 植物胶冲洗液护壁适用于以下地层或情况:
1 松散地层;
2 破碎地层;
3 遇水溶胀、剥落等水敏性地层;
4 滑坡体。
7.1.2 植物胶冲洗液适用于各类孔径、孔深钻孔的钻探护壁。
7.1.3 植物胶冲洗液适用于0℃~35℃。气温高于40℃应采取防变质措施。
7.2 材料及配制
7.2.1 植物胶冲洗液分为无固相冲洗液和低固相冲洗液。
7.2.2 植物胶无固相冲洗液护壁材料及配制方法宜符合表7.2.2 的规定。
表7.2.2 植物胶无固相冲洗液护壁材料及配制方法
注:1.植物胶干粉参考加量为植物胶干粉与清水重量比;
2. 碳酸钠参考加量为碳酸钠与植物胶干粉重量比;
3. 发酵变质的植物胶冲洗液应清除,不得与新浆混合使用。
7.2.3 植物胶低固相冲洗液护壁材料及配制方法宜符合表7.2.3 的规定。
表7.2.3 植物胶低固相冲洗液护壁材料及配制方法
注:1.植物胶干粉或膨润土参考加量为植物胶干粉、膨润土与清水重量比;
2. 碳酸钠参考加量为碳酸钠与膨润土及植物胶干粉总重量比;
7.3 工艺措施
7.3.1 植物胶原料应采取防止发酵变质的措施储存。
7.3.2 配制时,植物胶干粉(或膨润土、植物胶干粉混合物)加入速度以不出现较大的胶团块为宜。
7.3.3 宜采取“低钻压、中~高转速、小泵量”钻进。
7.3.4 及时清理堵塞在吸水头上的絮凝团块。
7.3.5 定期测定返出孔口的植物胶冲洗液性能,植物胶冲洗液性能应符合表7.2.2、表7.2.3的规定,及时除渣。终孔后,宜抽除孔内植物胶冲洗液,并及时对植物胶冲洗液清运处理。
8 泡沫冲洗液护壁
8.1 一般规定
8.1.1 泡沫冲洗液护壁适用于下列地层或情况:
1 松散、破碎地层;
2 漏失地层;
3 遇水分散、溶胀地层;
8.1.2 除涌水钻孔外,泡沫冲洗液适用于不同孔径、孔深的勘察钻孔。
8.1.3 泡沫冲洗液适用于干旱缺水、材料运输不便等地区的勘察钻探。
8.2 材料、配制及性能
8.2.1 配制泡沫冲洗液常用的发泡剂类型及其特点应符合表
8.2.1的规定。
表8.2.1 常用发泡剂类型及特点
8.2.2 发泡剂的选择宜符合下列要求:
1 起泡能力强、泡沫稳定性强、抗污染能力强;
2 凝固点低,具有生物降解能力,毒性小;
3 配制泡沫的基液用量少,成本低;
4 在水质较软,地层中的钙镁离子不高于150mg/L 的条件下应选择淡水作为发泡剂;
5 在水质较硬,地层中的钙镁离子高于150 mg/L的条件下, 或者地层中的含盐量超过5%时,应选择抗钙镁离子污染能力强、 抗盐能力强的发泡剂;
6 在低温条件下,由于泡沫的溶解能力下降,宜使用克拉夫特点相对比较低的发泡剂;
7 地层温度较高时,宜采用抗温能力比较强的发泡剂;
8 地下水比较丰富时,宜选择发泡能力强、携水能力强的发泡剂,适当提高发泡剂的浓度;
9 在环境保护要求比较严格的地区施工时,宜选择生物降解速度快的发泡剂;
10 非离子型的发泡剂应限制使用。
8.2.3 配制泡沫冲洗液常用的稳泡剂类型及其特点应符合表
8.2.3的规定。
表8.2.3 常用稳泡剂类型及特点
8.2.4 稳泡剂的选择应符合下列要求:
1 稳定泡沫能力强;
2 化学性质稳定,不与冲洗液中其他组分发生反应;
3 对冲洗液的性能影响较小;
4 低毒性,无污染,能够在自然环境中降解。
8.2.5 泡沫冲洗液的配制应符合以下规定:
1 一般采用中等硬度以下的水,对硬水应进行沉淀、过滤,
或者添加纯碱、磷酸钠盐等进行软化处理;
2 使用阴离子型发泡剂,应先加碱去除水中的钙镁等高价金属离子;
3 具有抗钙、镁等高价金属离子的复合型发泡剂,直接将泡沫剂(包括其他处理剂)按要求的比例加入搅匀使用;
4 现场应配备预溶解稳泡剂等高分子有机处理剂的容器, 并对稳泡剂等有机处理剂进行预溶解;
5 当需要提高清水泡沫冲洗液的泡沫稳定性和强度、增大悬浮和携带岩粉能力时,添加一定量溶解好的羧甲基纤维素钠 (Na-CMC ), 加量一般为0.05%~0.4%;
6 当需要提高泡沫的稳定性、悬浮岩粉能力,增强护壁堵漏能力时,在加稳泡剂的泡沫冲洗液的配制基础上,添加0.01%~ 0.1%的 HPAM等有机处理剂;
7 配置胶质泡沫冲洗液时,在清水中加入一定量膨润土粉 (加入量为30kg/m³~50kg/m³), 再根据配置要求加入泡沫剂、稳泡剂以及其他胶联剂;
8 泡沫冲洗液的气液比的选择原则应符合表8.2.5的规定。
表8.2.5 泡沫冲洗液气液比选择原则
注:气液比是指泡沫中气体与液体的体积之比。
8.2.6 泡沫冲洗液配方及性能应符合表8.2.6-1、8.2.6-2的规定。
表8.2.6-1 泡沫冲洗液配方
注:根据要求,一般只加入一种发泡剂和一种稳泡剂即可。
表8.2.6-2 泡沫冲洗液性能
8.3 工艺措施
8.3.1 配置泡沫冲洗液的设备应满足以下规定:
1 泡沫冲洗液的配制罐内应配有搅拌器,容积应满足现场要求;
2 现场应配备泡沫冲洗液性能测定装置包括高速搅拌机、 密度计、分析天平、精密pH 试纸、秒表等。空压机、泥浆泵及循环系统应满足现场施工要求。
8.3.2 配制工艺应满足以下规定:
1 在配制罐中按配方要求加入所需量的清水或轻质泥浆, 通过混合漏斗加入所需量的处理剂,循环搅拌使其充分溶解并混合均匀;
2 取样测定泡沫冲洗液性能,性能应满足设计要求。
8.3.3 维护与处理应满足以下规定:
1 钻进过程中,每4h 测定一次泡沫冲洗液性能;
2 补充聚合物稳泡剂时,应将主稳泡剂、辅助稳泡剂等配制成胶液,均匀加入;
3 及时补充发泡剂,遇泥岩地层时适当提高发泡剂的加量。
9 乳液冲洗液护壁
9.1 聚合物乳液冲洗液护壁
9.1.1 聚合物乳液冲洗液护壁适用于以下地层或情况:
3 遇水分散地层。
9.1.2 材料、配制及性能应满足以下规定:
1 所用材料为高聚物乳液;
2 聚合物乳液冲洗液的配方为水、0.5%~0.7%高聚物乳液;
3 聚合物乳液冲洗液配制时,取满足钻探要求用量的清水, 按设计配方加入适量的高聚物乳液,充分搅拌均匀;
4 聚合物乳液冲洗液的性能应满足表9.1.2的规定。
表9.1.2 聚合物乳液冲洗液的性能
9.1.3 聚合物乳液冲洗液护壁的工艺措施应满足以下规定:
1 施工时应提供足够的泵量,孔内冲洗液应具有较快的上返速度;
2 适时检测冲洗液性能,冲洗液性能应维持在合理的范围。
9.2 泡沫乳液冲洗液护壁
9.2.1 泡沫乳液冲洗液护壁适用于以下地层或情况:
1 破碎地层;
2 松散地层;
3 砂卵石地层。
9.2.2 材料、配制及性能应满足以下规定:
1 所用材料为高聚物乳液、发泡剂DF-1、稳泡剂 PEO、植物胶;
2 泡沫乳液冲洗液的材料组分应符合表9.2.2-1的规定;
表9.2.2-1 泡沫乳液冲洗液的组分
注:1.根据地层破碎程度,选择是否加入植物胶;
2. 若地层比较破碎,成孔、取芯困难,可加入植物胶。
3 泡沫乳液冲洗液的性能应符合表9.2.2-2的规定;
表9.2.2-2 泡沫乳液冲洗液的性能
4 泡沫乳液冲洗液配制时,取满足钻探工程要求用量的水, 首先加入满足配方设计加量的高聚物乳液,充分搅拌均匀后,再
加入发泡剂、稳泡剂、植物胶等,充分搅拌形成泡沫乳液冲洗液。
9.2.3 泡沫乳液冲洗液护壁的工艺措施应满足以下要求:
1 松散砂卵石地层,泡沫乳液冲洗液中可添加植物胶;
2 稍密、中密、密实砂卵石地层及弱胶结砂卵石地层,泡沫乳液冲洗液中不需添加植物胶;
3 当需提高泡沫乳液冲洗液的防塌能力时,高聚物乳液加量取0.7%最佳。
10 水泥护壁
10.1 普通水泥护壁
10.1.1 普通水泥护壁适用于以下地层或情况:
2 破碎地层。
10.1.2 材料及配制应符合以下规定:
1 由普通水泥配制的水泥浆水灰比可取0.4~0.6,且性能应满足以下要求:
1)流动性良好, 一般要求在0.5h~1h 内流动度应保持在15 cm~17 cm; 孔深、灌注量大、温度高时,应根据实际情况适当提高10%~30%;
2)强度增长快,早期强度高;
3)具有低失水、低析水、适当的渗透性。
2 当水泥浆体早期强度低时,可加入早强剂。常用早强剂配方应符合表10.1.2-1的规定;
表10.1.2-1 常用早强剂配方
注:上述材料加量均指所加材料质量与水泥干粉质量之比。
3 快速堵漏时,可添加速凝剂,常用速凝剂配方应符合表 10.1.2-2的规定;
表10.1.2-2 常用速凝剂配方
4 水泥浆液灌注量大,时间长,可使用减水剂。常用减水剂配方应符合表10.1.2-3的规定。
表10.1.2-3 常用减水剂配方
10.1.3 根据需要护壁堵漏的深度和地下水位情况,计算需要的水泥浆用量并进行配制。水泥浆采用泥浆泵进行灌注,操作步骤应满足以下要求:
1 灌注前冲洗钻孔,钻具下放到距孔底约0.3m 深度;
2 一次性泵入配制好的水泥浆,不得中途停泵;
3 灌注过程中不应上提钻杆,待注浆完成后才能上提钻杆, 提钻速度应缓慢;采用速凝类浆液时应在浆液初凝前上提钻杆或者采用孔口纯压式灌浆的方式灌注;
4 钻杆提升至水泥浆液面上方大于5m 处,才能清洗钻具;
5 合理确定候凝时间;
6 局部漏失量大的地层应采用向孔内投入软塑性的水泥球的方式予以封堵。
10.2 特种水泥护壁
10.2.1 特种水泥护壁适用于以下地层或情况:
1 钻进松散、破碎、承压等地层;
2 孔壁垮塌与冲洗液漏失严重,采用普通水泥护壁效果不好时。
10.2.2 材料及配制应符合以下规定:
1 特种水泥浆性能应满足以下要求:
1)稳定性良好,要求泌水率小于5%;
2)流动性良好,要求在0.5h~1h 内流动度应保持在 20cm ~25 cm; 孔深、灌注量大时,应根据实际情况适当提高10%~30%;
3)早期强度高,强度增长快,在钻孔内有水时具有一定
的抗分散性。
2 应根据护壁堵漏要求、地层条件和水质等因素确定特种水泥类型。特种水泥护壁堵漏宜采用硫铝酸盐水泥、硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥等;
3 应针对特种水泥的品种和性能选用合适水灰比和外加剂。 水灰比大小及外加剂加量需要结合实际工程情况在实验室与工程现场进行试验确定,水灰比为0.4~0.7;
4 可根据实际地层情况,添加适当的外加剂对浆液性能进行调节,常用外加剂类型有早强剂、减水剂、抗分散剂等;
5 当特种水泥浆体早期强度低时,可在其中加入早强剂。常用早强剂性能应满足表10.1.2-1的规定;
6 需缩短浆液的凝结时间,达到快速护壁时,可添加速凝剂。 常用速凝剂性能应满足表10.1.2-2的规定;
7 特种水泥浆液灌注量大,时间长时,可使用适量的减水剂。 常用高效减水剂性能应满足表10.1.2-3的规定;
8 地下水发育,特种水泥浆液需要增黏、絮凝时,可添加适量的抗分散剂。常用抗分散剂性能应满足表10.2.2的规定;
表10.2.2 常用抗分散剂性能
9 采用硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥进行钻孔护壁,其混合比需要结合实际工程情况进行试验确定,材料配制时宜添加适宜的减水剂、早强剂等;
10 在进行复合水泥浆液护壁时,在添加外加剂基础上,可根据实际情况添加适宜的纳米材料,选用纳米二氧化硅、纳米三氧化二铝等,进一步提升护壁水泥材料的强度等综合性能。纳米材料的加量需结合实际工程情况通过试验确定,一般为水泥重量的0.1%~0.5%;
11 特种水泥浆液配制后可有选择地进行下列室内试验:
1)浆液的密度、流动度、稳定性和可泵期;
2)浆液的初凝和终凝时间;
3)浆液的析水率和结石率;
4)水泥石的抗压强度等。
10.2.3 工艺措施应满足以下规定:
1 特种水泥浆液的配制和使用方法可参照普通水泥浆液;
2 通过压力注浆机或其他注浆设备把特种水泥浆液由钻孔注入地层内部;
3 不应带钻头或钻具进行灌注水泥浆作业。灌注过程或灌浆完毕时,不应上提钻杆,可转动钻杆,待替浆完成后方能上提钻杆;
4 全部水泥浆一次灌注,不应中途停泵,防止浆液断开或被水稀释,但漏失量特别大时可以采取间歇、待凝等措施;
5 提钻速度应缓慢,防止抽吸作用,并及时在孔口回灌清水;
6 在施工中应根据现场实际情况对水泥浆液参数进行调整。
11 套管护壁
11.1 一般规定
11.1.1 套管护壁适用于以下地层或情况:
1 松散填土、软土、松散砂土、碎石土、破碎岩石;
2 较大的溶洞、裂隙、采空区等严重坍塌、缩孔、漏失、涌水性地层;
3 泥岩、页岩、盐岩等易蠕变、遇水膨胀的地层,冲洗液不能有效平衡地层压力、抑制地层膨胀与蠕动的情况;
4 高地应力地层,冲洗液不能有效平衡地层压力,钻孔严重坍塌的情况;
5 水上钻探的水中孔段、水文地质试验需封闭的孔段;
6 其他护壁堵漏方法无效时。
11.1.2 下套管时,孔底应无残留岩芯和沉渣。
11.1.3 下套管时,套管应坐定在完整的基岩或稳定、不漏失的地层中。
11.2 套管类型、直径及长度选择
11.2.1 钻探施工中,采用套管护壁堵漏时,套管类型选择宜符合下列规定:
1 当地层蠕变量较小、套管下入深度较浅或地层压力不大时,宜按附录 A 中表A.0.1选用X 系列套管;
2 当地层蠕变量较大、套管下入深度较深或地层压力较大时,宜按附录A 中表A.0.2 选用W 系列套管。
11.2.2 采用跟管钻进工艺进行随钻护壁堵漏时,钻具规格选择应符合表11.2.2的规定。
表11.2.2 跟管钻具规格
11.2.3 套管直径选择应确保套管与岩芯管、钻头间留有足够的环状间隙。套管与钻头、岩芯管的级配,可按现行国家标准《地质岩心钻探钻具》GB/T 16950执行。
11.2.4 套管长度确定应符合以下规定:
1 套管的长度应根据钻机的机高、夹持器高度及所配短钻杆长度来确定,以方便夹持和拧卸操作为宜。套管下设深度应进入稳定地层不小于0.5m;
2 套管的上端口应略高于地面,套管中心应与立轴中心对正并加以固定,管口周围封填夯实。
11.3 工艺措施
11.3.1 准备工作应符合下列要求:
1 按照设计,准备好足够的套管、套管接箍、专用工具及涂抹丝扣油;
2 检查下入孔内的跟管钻进器具、套管接箍及螺纹质量,管材及螺纹配合应符合现行国家标准《地质岩心钻探钻具》GB/T 16950的要求;
3 准确测量入孔钻具、套管的长度,逐一编号、排队,并记录在班报表上;
4 检查套管所用的吊装工具是否齐全,润滑油、丝扣油或密封胶等是否能满足需求;
5 套管应摆放在管架上,每根套管至少要有两个支撑点,叠放层数不超过3层。管架基础应牢固、平整,垫杆应上下对齐;
6 确保现场有足够的冲洗液能充满套管与孔壁之间的间隙。 11.3.2 套管护壁钻进工艺应符合下列要求:
1 采用常规套管护壁堵漏时,应先钻进后跟进套管。对芯样质量、原位测试要求高的地层,不得强行击入套管;对芯样质量、 原位测试要求高的地层,可采用跟管钻进工艺进行随钻护壁堵漏,套管下设深度与取样位置之间应留三倍管径以上的距离,与标准贯入试验标高顶应留15 cm 以上的距离;
2 将套管连接至钻具上,送入孔内,下放钻具至预定孔深以上0.7m~1.0m 处,开泵、缓慢增加钻压和转速至预定深度;
3 套管的安放应保证不偏斜;钻进中应经常检查孔径,并测定孔斜,超过标准及时纠正;
4 套管接头应拧紧,防止脱扣;
5 应用自由钳或链钳拧卸套管;
6 下小径套管时,套管内径应大于主动钻杆外径;
7 下管中途遇阻,先将套管与主动钻杆连接,开泵循环冲洗液,同时缓慢转动套管柱。若无效,则应将套管柱提出后,再进行修孔,重新下入。
附录A 常用套管规格
A.0.1 DCDMA 标准 X 系列套管按表A.0.1 查取。
表 A.0.1 DCDMA 标准 X 系列
A.0.2 DCDMA 标准 W 系列套管按表A.0.2 查取。
表A.0.2 DCDMA 标准 W 系列
本标准用词说明
1 为便于在执行本标准条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:
1)表示很严格,非这样做不可的:
正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”;
2)表示严格,在正常情况下均应这样做的:
正面词采用“应”,反面词采用“不应”或“不得”;
3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的: 正面词采用“宜”,反面词采用“不宜”;
4)表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用“可”。
2 标准中指明应按其他有关标准执行的,采用“应符合…… 的规定”或“应按……执行”。
引用标准名录
1 《钻探工程名词术语》GB 9151
2 《岩土工程勘察规范》GB 50021
3 《工程勘察通用规范》GB 55017
4 《地质岩心钻探钻具》GB/T 16950
5 《岩土工程勘察安全标准》GB/T 50585
6 《建筑工程地质勘探与取样技术规程》JGJ/T 87
7 《工程地质钻探规程》DZ/T 0017
8 《地质岩心钻探规程》DZ/T0227
9 《地质钻探护壁堵漏技术规程》DZ/T0410 10《工程地质钻探标准》CECS 240
条文 说明
制定说明
本标准制定过程中,编制组进行了大量的调查研究,总结了四川省岩土工程勘察钻探护壁方面的实践经验,同时参考了国内外先进技术法规、技术标准,许多单位和学者的研究成果是本次制定标准过程中极有价值的参考资料。通过征求意见和反复讨论、 分析、论证、试验取得了岩土工程钻探护壁的重要技术参数。
为便于广大勘察、设计、施工、科研、学校等单位有关人员在使用本标准时能正确理解和执行条文规定,编制组按章、节、 条顺序编制了本标准的条文说明,对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明。但是,本条文说明不具备与标准正文同等的法律效力,仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考。
1.0.1 目前四川省尚没有一部标准对岩土工程钻探护壁措施的方案选择、实施进行规范,本标准适时编写,达到提高岩土工程勘察钻探质量的目的。
1.0.2 本条文对本标准的适用范围作出规定。
1.0.3 在钻探过程中,不稳定地层的垮塌特征和漏失情况差异较大,采用的钻探设备、钻探工艺也各异,同时周边环境、地下水污染(水源区)、施工供水水源等条件也制约着施工方案, 故采用钻探护壁及堵漏方式应结合具体的地质条件、周边环境、 钻探设备及工艺进行方案设计,应选取合理可行的护壁方式并组织施工。
2.1.13 膨润土冲洗液为规范称谓,习惯称谓为膨润土泥浆。
3.0.1 勘察项目进场前,应充分搜集场地及周边已有地质资料, 分析并预测场地可能存在的不稳定地层,针对不同类型的不稳定地层制定针对性的钻探护壁或堵漏的技术措施方案,便于实施过程中及时采取相应措施,确保钻探过程顺利进行。
3.0.2 钻探过程中根据垮孔或漏失程度不同,将选用不同的护壁方式,有时单一的方式可能达不到预计护壁或堵漏效果,可根据实际情况采用多种方式同时进行,以达到护壁的目的。
3.0.3 钻探护壁应优先选用无毒、无害的材料,并满足绿色、 环保及节能要求。严禁使用对土壤、地下水可能产生化学污染的材料。
3.0.6 浆液的配制应在现场进行,并经多次试配,使浆液性能最优,护壁防塌、堵漏效果达到最佳。
3.0.8 国家有关勘察设计收费标准、文件中,仅对跟管钻进、泥浆护壁、基岩无水干钻钻探、基岩破碎带钻进取芯的附加调整系数作出规定。对植物胶冲洗液、泡沫冲洗液、乳液、水泥等护壁方式的勘察收费计价未明确,造成勘察工程按定额计价无相关取费依据,产生费用争议。为此,本标准在此条文中做出明确规定。当四川省内岩土工程勘察采用以上护壁方式计费时,可按此条执行。
4.0.1 岩土工程勘察钻探作业具有流动性大、生产周期短等特点,钻探作业力求连续、有效、正常进行,考虑钻遇各类地层孔壁与冲洗液间压力相互不平衡、不稳定情况,根据物理机理和化学机理引发孔壁不稳定、影响正常钻进的现象,将四川地区内不稳定地层划分为:力学不稳定、遇水不稳定和漏失不稳定三类。
1 力学不稳定地层包括:①松散不稳定地层,如抛填土、粉砂、流砂、风化堆积层;②破碎不稳定地层,如破碎闪长岩、石英角砾岩、断层破碎带等硬、脆、碎地层;③应力不稳定地层, 含蠕变地层和承压地层,地应力主要来源于上覆地层的自重和构造运动的残余应力,压应力主要来源于背斜构造或逆掩断层的封闭构造的浅表储水(气)压力;
2 遇水不稳定地层,即水敏性地层,其水敏性程度,主要取决于所含黏土矿物、可溶盐本身的类型、性质和含量多少。如所含以硫酸盐类、卤素类盐岩、钾盐、芒硝、石膏及天然碱为主, 则水敏性极强;如含大量钠或钙蒙脱石矿物的松软地层,水敏性很强;如所含矿物以高岭石、伊利石为主的硬黏土岩,则水敏性较弱;
3 漏失不稳定地层,本标准特指水对可溶性碳酸岩的长期侵蚀、破坏和改造作用,形成的土洞、溶洞、暗河、裂隙强发育的喀斯特岩溶地层、松散堆填风化岩块。
4.0.3 不稳定地层钻进与取样问题一直是工程勘察、地矿勘探和工程施工中的主要技术难题。若处理不当,会造成钻进工作的
困难,引起孔内各种事故、被迫停钻,有时甚至使事故恶化导致钻孔报废,由此带来了钻孔质量差、钻进效率低,钻进成本高。 因此,在了解和掌握不稳定地层特征及现象的基础上,合理选择护壁方式十分必要。
5.1.1 作业前对场地踏勘,调查当地的钻探工艺、护壁材料,可能遇到的问题等,具有较好的指导性、针对性,对提高钻探质量、 取芯率等有利。
5.1.2 场地不平整、不坚固是钻探事故发生的重要原因;取芯率的高低与钻机本身是否“三心归一”密切相关。
5.1.4 对不稳定地层容易受到扰动而塌孔、掉块等,钻探过程中应根据地层特性选择适宜的转速、压力、泵量等钻探参数,回次进尺不宜超过1m。
5.1.5 勘察完成后应对现场进行处置,如钻孔回填、泥浆池处置等。遇水膨胀、岩溶等地层,应及时回填。特殊用途孔指地下水位长期监测孔、深部位移监测孔等。
5.1.6 易坍塌地层采用单管钻进,不能有效提取孔内岩芯,导致碎块留在孔内研磨,对孔壁稳定不利,并且取芯率极低,而双管钻进能极大提高取芯率和改善钻进环境。
5.2.2 钻进过程中,提升钻具过快,孔内浆液面迅速降低,形成负压,可能导致水侵或孔壁坍塌、缩径;下降钻具时速度过大, 会使孔内压力瞬时剧增而导致漏失。
5.2.6 对不稳定地层,孔壁一旦出现不稳定迹象、坍塌后,将引起孔壁坍塌的连锁反应。因此,保证孔壁稳定应采取预防为主, 处置为辅。
5.3.1 孔壁坍塌后,取出钻杆钻具是第一要务,一旦埋钻,将可能导致钻探事故及孔内事故的发生。
5.3.2 较之套管护壁,冲洗液能够保证孔壁稳定时,既能提高钻进速度,又有利于减轻对地层的扰动破坏。护壁堵漏方式应根据地层、坍塌漏失的现场实际情况,结合堵漏工具和材料,将一种或几种方法综合考虑利用。
5.3.3 孔壁坍塌:特指工程勘察钻进中,孔壁岩、土体在外力或重力作用下,超过自身的强度极限或因结构稳定性破坏而造成的钻探事故。分为严重坍塌、一般坍塌、轻微坍塌三级。
严重坍塌:是指钻探过程中,孔壁自稳能力极差,松散或破碎的岩、土体发生边钻边垮塌、严重缩径,钻孔无进尺或产生孔深越钻越浅,甚至埋钻的现象。
轻微坍塌:是指钻探过程中,孔壁整体稳定,仅局部破碎孔段产生轻微或少量掉块、轻微卡钻,单一冲洗液仍可持续完成钻进的现象。
一般坍塌:除严重坍塌和轻微坍塌外,其他均视为一般坍塌。
5.4.1 冲洗液具有冷却钻头、排除岩粉、保护岩芯、润滑钻具、
传递动力及平衡地层压力的作用。合理选用冲洗液,能有效保证钻探质量和进度以及取芯质量。同时,冲洗液的选用还应满足环保要求,防止冲洗液对环境造成污染。
5.4.2 冲洗液选择时可按如下要求进行:冲洗液应根据地层岩性、任务要求、钻进方法、设备条件和环境保护要求选用;钻进稳定完整地层时,宜选用清水作冲洗液;钻进松散、掉块、裂隙地层或胶结较差的地层时,宜选用不同性能的优质泥浆、植物胶或聚丙烯酰胺作冲洗液;钻进片岩、千枚岩、页岩、黏土岩等遇水膨胀地层时,宜选用钙处理泥浆或不分散低固相泥浆;钻进可溶性盐类地层时,应选用与该地层可溶性盐类相应的饱和盐水泥浆。
在复杂地层中钻进时,不同地层对浆液的性能要求是不同的。 在松散砂层中,如果浆液失水量较大,则形成的泥皮松厚,孔径缩小,泥皮脱落,易导致孔内坍塌;在破碎易坍塌地层中,控制泥浆失水量,可减少渗入孔壁的自由水,形成薄而致密的泥皮, 有利于稳定孔壁;而在轻微漏失的地层中,要求浆液密度低,黏度较高。
由于既有滑坡勘察钻探施工时,诱发或加剧滑坡的现象时有发生,故对滑坡体勘察钻探时不宜采用强渗透性冲洗液,对于处于基本稳定的滑坡体可采用泡沫冲洗液或植物胶冲洗液等,对于处于蠕滑阶段等不稳定性滑坡体应采用钢套管护壁干钻钻进工艺。
5.4.3 采用特种水泥进行护壁堵漏,水泥浆应具有一定的性能, 本条规定了水泥浆液性能的一般要求。
1 水泥浆液的可泵性主要是指拌和完成之后拥有较好的流动性,便于用泵抽送并压入孔内要求的预灌部位,通常流动度应大
于15cm; 可泵期是指水泥浆液能用水泵抽送的时间期限。水泥浆的可泵期至少应保证水泥浆液流动度在15cm 持续40 min~60 min;
2 护壁堵漏属于临时工程,为了减少水泥浆在钻孔内的候凝时间,尽快恢复正常钻进,要求水泥早期强度增长应较快;
3 水泥浆初凝后,应能尽快终凝。终凝后水泥强度能迅速提升,在裂隙较大、漏失严重的地层有较大意义;
4 水泥浆液应不易流失,具有较强的抗分散能力。
5.4.4 为防止涌水地层因涌水而导致孔壁不稳定或坍塌,孔内泥浆压力应超过涌水压力,当无法保证孔壁稳定时宜下套管。
6.1.1 作为造浆材料的黏土主要包括膨润土、次膨润土、高岭土、 红黏土、胶泥等。结合四川地区实际使用情况,考虑到膨润土具有造浆能力强、质量优、性能稳定且成本低等优点,本标准优先推荐使用膨润土作为造浆材料。膨润土具有极强的吸水膨胀性,
能吸附自身体积8~15倍的水,体积膨胀倍数可高达10~30倍, 且水化后能形成黏稠而相对稳定的凝胶体,有较强的保水性能, 即使长期存放,水分自然干燥体积收缩后,若再遇水吸湿仍能使体积产生膨胀并再次形成凝胶。
6.1.2 松散、孔隙大的填土层容易发生护壁液渗漏,浆液消耗量大,造成护壁成本增高。厚层流砂土、淤泥层具有抗剪强度低、 承载力低、高灵敏性的特点,特别在饱水状态下,还具有触变、 流变性等特点,经钻探扰动后孔壁稳定性极差,极易造成孔壁坍塌、缩孔、埋钻,无法保证钻探正常钻进。
6.1.3 为适应各种类型的地层对膨润土冲洗液性能参数的要求, 只有根据孔内具体情况,科学地运用各种加重材料和处理剂来改善和控制膨润土冲洗液的性能参数,才能在各种复杂地层中顺利钻进。常用的加重材料有重晶石粉、石灰石粉。处理剂包括无机处理剂和有机处理剂。其中无机处理剂包括氢氧化钠( NaOH)、 氢氧化钾( KOH)、石灰( CaO)、碳酸钠( Na₂CO₃)、氯化钙( CaCl₂)、 石膏( CaSO₄)、 重铬酸钾( K₂Cr₂O₂)、 硅酸钠、氯化钠 ( NaC1)
等。有机处理剂包括降黏剂(如单宁酸钠、磺甲基单宁等)、降滤失剂(如钠羧甲基纤维素盐、聚丙烯酸钙等)、增黏剂(如聚合物增黏剂、磺化聚丙烯酰胺等)、絮凝剂(如聚丙烯酰胺、水解聚丙烯酰胺等)、页岩抑制剂(如水解聚丙烯腈钾盐、磺化沥青等)、润滑剂(如极压润滑剂、无荧光润滑剂等)、泡沫剂(如烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠等)、消泡剂(如甘油聚醚、有机硅)、 堵漏剂等。
6.2.1 泥浆的配制应根据钻探目的、地层特点、钻进工艺方法等综合考虑。不同地层,对泥浆的配制要求重点不一样。对于孔壁较松散、破碎的地层,配制泥浆时应重点考虑泥浆的黏度和切力等流变指标;对于较为稳固且坚硬的岩石,配制应注重泥浆钻头冷却和钻具的润滑作用。根据钻进实际情况,明确设计核心点, 对于泥浆设计的成功具有重要的意义。当设计泥浆性能出现矛盾时,坚持考虑主要问题,适当放宽部分次要指标的要求,保证整体性能,以节约成本,提高效率。
从平衡地层压力角度上分析,计算泥浆密度时,对地层侧压力或地层孔隙流体压力应分别进行计算,综合确定该压力值。通常泥浆密度为1.05 g/cm³~1.40 g/cm³。
条文中的地层压力是指孔隙中流体具有的压力,也称地层孔隙压力。某地区正常的地层压力就是该地区较为普遍的地层水所形成的静液柱压力,其计算公式为
P= pgH=0.0098 pH (1)
式中:P——正常地层压力( MPa);
p ——地层水密度( g/cm³);
g— 重力加速度 (N/g);
H——地层深度( m)。
6.2.2 鉴于目前各地泥浆材料(黏土、水,甚至处理剂)的性质有差异,不宜生搬硬套他人经验数据,有时可能达不到预期的目的,造成浪费。
采用优质的膨润土作为造浆材料,浆液具有泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等特点,综合核算经济成本低,且孔内事故率低。用黏土配制泥浆时, 先用水将其浸泡1h~24h, 使黏土颗粒充分水化,提高分散度和造浆率,同时也有利于保持泥浆性能的稳定。对钙质膨润土,为提高造浆率,在使用前可加入适量的纯碱进行预水化处理。
水作为泥浆重要的组成部分,水中的化学矿物对泥浆性能影响较大。如果水中矿物含量高,会使黏十颗粒的水化作用减弱, 并容易发生聚沉。通常制浆用水可就地取水,生活用水、河水、
湖水等淡水一般可满足,除配制盐水泥浆外,不宜采用咸水或海水。
为适应各种不同岩性的地层对泥浆性能参数的要求,只有根据孔内具体情况,科学地运用各种处理剂来改善和控制泥浆性能参数,才能在各种复杂地层中顺利钻进。目前常用的处理剂型有多种。许多处理剂本身都具有多种功能,如腐植酸钾( KHm) 具有絮凝、降失水和稀释作用等。所以选择泥浆处理剂时,要以其主要功能来选用。
用钙膨润土造浆时可加入土量5%~6%的Na₂CO₃, 以提供的
钠离子来置换黏土中的钙离子,使钙基土改变为钠基土,从而增强黏土的水化和分散,提高造浆率。
6.2.3 失水量测定、泥皮测定、黏度测定、静切力测定、胶体率测定、含砂量测定、酸碱值测定方法参考现行行业标准《地质钻探护壁堵漏技术规程》DZ/T 0410。
6.2.4 加重材料可提高泥浆密度,以平衡地层压力、防止涌水等。 同一种加重剂,粒度分布不同,其临界密度和摩阻系数也不同。
建议采用400目以上的加重剂进行加重,以保证现场加重剂的悬浮稳定性。考虑到石灰石加重效果较低,铁矿粉磨损性较高,方铅矿粉成本较高,而重晶石粉货源广、价格适中等因素,实验室进行实验时通常采用重晶石粉。
6.2.5 为适应各种地层钻进的需要,提高钻探效率,常在膨润土冲洗液中添加各种处理剂,能有效地调整泥浆性能的化学制剂。 常用的有两大类,一是无机处理剂,如碳酸钠、氢氧化钠、磷酸钠、石灰、氢氧化钙(石灰乳)、氯化钙、硫酸钙(石膏);另一类是有机处理剂,包括低、中分子的有机化合物及高分子聚合物、 天然植物胶及表面活性剂等。
6.3.7 操作人员要随时观察孔内泥浆稳定液的液面情况,随时向孔内补充泥浆稳定液,不得在施工过程中出现孔内稳定液面下降过多的现象,使孔内稳定液标高一直处于比较平稳状态。从力学角度看,泥浆压力必须大于地下水压力并平衡掉部分土压力, 护壁作用才能有效发挥。
6.3.8 现场宜备有测定泥浆性能的仪器,如密度计、黏度计、含
砂量计(杯)、失水量测定仪和pH 试纸等。在施工过程中,对于劣化不是太严重的泥浆,为了节约成本并提高泥浆重复使用率, 结合经验,可按照新浆与劣化浆体积比按6:1配制混合泥浆。根据现场使用效果情况,泥浆重复使用率提高,废弃的泥浆减少, 降低了对环境的影响。
6.3.9 钻进中,若泥浆除渣不好,会加大钻进阻力,加速水泵零件磨损,严重时造成孔内事故。所以,使用泥浆现场,要根据场地实际情况,设置简易实用的泥浆循环槽,并派专人及时清除循环槽中的沉渣。沉渣困难时可配备除砂器、振动筛等净化设备。
6.3.10 由于固废处置一般需要办理相关手续,考虑到由勘察单位外运至特定固废处置场处理,实施难度较大,可实施性不强, 建议固化后由建设单位在场地内指定位置集中掩埋或堆放,施工场平时一并清除。
7.1.3 植物胶是天然多糖类支链型高分子材料,具有亲水性、可溶性、降失水性、黏结性、高流动性、润滑性、黏弹性、流变性等特点。用水溶胀后形成网状结构,在孔壁吸附形成胶膜,防止水分渗入和穿透,避免液化和崩塌,可避免孔壁被冲刷,起到隔水的作用,不仅可稳定孔壁,而且还能提高岩芯采取率。浓度越高,网状胶膜越厚越密实,护壁的效果越好,尤其是成都地区砂卵石地层护壁效果较好。同时,植物胶具有较好的悬浮和携带岩粉、冷却钻头的能力,润滑减阻能提高钻孔钻进效率,减轻钻具的磨损,且植物胶在使用过程中对环境无污染。温度对植物胶冲洗液的影响主要表现在影响植物胶的黏度方面,当温度超过一定临界温度时,植物胶就会发生降解;植物胶溶液的黏度通常随温度的升高而降低。结合四川各地区夏季气温差异较大,川东、川南地区夏季最高气温可达40℃以上,采用植物胶作为冲洗液时, 应注意采取防变质措施。
7.2.3 天然植物胶种类众多,如SM 植物胶、ST 植物胶、SH 植物胶、KL 植物胶、PW 植物胶、QM 植物胶、CT 植物胶等。根据植物胶来自植物部位的不同,可分为种子类植物胶和根茎类植物胶两大类。种子类植物胶有瓜尔胶、香豆胶、田菁胶、胡里豆胶、
苦苈豆胶等;根茎类植物胶有魔芋胶、荨麻胶、籽藤胶、细黏药胶、榆树皮胶等。不同种类的植物胶其使用环境及要求不同,使用时需按相应的说明书操作。本标准采用目前技术成熟且常用的 SM 植物胶。配制时根据不同地层特性 SM 植物胶加量不同,加量越大,其黏度越高,护壁护芯效果越好,但成本越高;实际钻进工作中可根据地层适当调整植物胶加量。浆液配制时应待纯碱完全溶解后,再加入植物胶干粉(或膨润土和植物胶干粉的混合物),否则将影响植物胶粉的分散,易形成大小不一的团块,而降低浆液的性能,堵塞吸水头,给钻进工作带来障碍。搅拌好的浆液应充分浸泡待稠化后才能使用,浸泡时间常与气温有一定关系, 气温较高浸泡时间相对较短。发酵变质的浆液应弃用。沉渣困难时,可加入适量水解聚丙烯酰胺( HPAM)。
7.3.2~7.3.5 植物胶属于固体大分子,植物胶的细度一般为 60目~80目,配制时应均匀加入植物胶干粉(或膨润土和植物胶干粉的混合物)且加入速度不应过快, 一边加入一边机械搅拌, 避免形成团块,降低浆液的性能。同时,应经常清理堵塞在吸水头上的絮凝团块,避免吸人导致孔内的植物胶冲洗液浓度降低,达不到最佳的护壁效果;采用SM 植物胶钻进宜遵循“低压力、中~ 高转速、小泵量”的原则,以达到平稳的钻进速度的目的;采用技术参数为:转速300 r/min~800 r/min,钻压5kN~7kN, 流量 30 L/min~40 L/min。在钻探过程中,应实时观测植物胶冲洗液的使用效果,特别在复杂地层中,及时根据钻探数据,对冲洗液浓度进行调整或加入添加剂进行改良。
8.1.1~8.1.3 在适用地层条件下,对于环境条件限制较大、环境或施工要求特殊的钻进,为提高钻进效率和质量,保证取芯率, 宜采用泡沫冲洗液,如泥浆处理成本较高的钻孔、地质灾害(如滑坡)的勘察孔、水平孔等的钻进。
8.2.1 发泡剂溶解度随温度的变化存在明显的转折点,即在较低的一段温度范围内溶解度随温度上升非常缓慢,当温度上升到某一定值时溶解度随温度上升而迅速增大,把该温度称为克拉夫特点(又称临界溶解温度)。
8.2.2 起泡能力强,是指泡沫基液与气体接触后可产生大量泡沫,即泡沫体积膨胀倍数高。
泡沫稳定性强,是指即使在较长时间的泵送剪切条件下,仍能保持泡沫的稳定性。
抗污染能力强,是指不泡沫与地层或地下水发生各种化学反应。
8.2.5 清水泡沫冲洗液是指直接在软水(或经过处理的硬水)中加入泡沫剂搅匀制的泡沫冲洗液,不再添加其他任何附加材料。 其泡沫剂的加量一般为0.3%~1%。
条文中的材料加量均指所加材料的质量(单位:g) 与清水的体积(单位: mL) 之比。
1 聚丙烯酰胺乳液是专门针对岩土工程勘察钻探冲洗液用的乳液,相比其他乳液,具有更好的效果,且其用量少;
2 聚丙烯酰胺乳液的加量增加,乳液冲洗液的护壁效果越好,但加量一般不超过0.7%。
9.1.3 工艺措施应满足以下规定:
1 加量小于0.5%时,需要提升泵量来保证孔内岩屑的携带;
2 合理的性能,是指表9.1.2所列出的性能范围。
2 根据地层破碎程度,选择是否加入植物胶。若地层比较破碎,成孔、取芯困难,加入植物胶,可以增强泡沫乳液冲洗液体系的护壁护芯能力。
9.2.3 工艺措施应满足以下规定:
1~2 对于松散砂卵石地层,泡沫乳液中添加植物胶,更有利于提高取芯率,获得更好的原状岩芯。
10.1.2 普通水泥是指普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥以及复合硅酸盐水泥。
10.2.1 当钻进松散、破碎、承压等地层或钻孔孔壁垮塌与冲洗液漏失严重时,采用普通水泥护壁效果往往无法保证,而采用特种水泥护壁则是一种行之有效的护壁方式。应根据地层和钻孔实际情况,选择一种或综合利用多种护壁堵漏方法。
10.2.2 材料及配制应满足以下规定:
1 特种水泥一般用于特定环境起到特殊作用,因此其除具有普通水泥的性能外,在稳定性、流动性、早期强度、抗分散性等方面也更具优势;
2 特种水泥在钻探中起到护壁堵漏等作用,合理选用特种水泥,可以保证护壁质量,提高钻探效率和进度;
4~8 实际钻探过程中遭遇地层情况复杂多样,需要添加合适的外加剂使特种水泥浆


