小口径中深孔水泥封孔技术.pdf

1 6 探矿工程 1 9 9 4 年第 4期 ／ i ／／ 2 『 小 口 径 中 深 孔 水 泥 封 孔 技 术 福 建 省 鼽地 质 大 队 『 乡 ’ 关 键 词 L 福 建省 紫金 山铜 金矿 区， 钻探 施 工采用直径 5 6 r Ⅱ Ⅱ 1 金 刚石 钻 头钻 进成 孔 ， 详 查 阶段 孔深 为 7 0 0～ 9 5 o m ， 最 深孔 达 l 2 7 3 m ． 该矿 区见 矿 层数 多 ， 连 同含水 层位 和含水 构造 层 ， 需水 泥 封 闭的孔段 常 达数 百米 ， 最长单 层封孔 段 达 8 6 5 m 。 由于 钻 孔 深 ， 口径小 ， 一 次 封 闭孔 段长 ， 在封 孔 时 出现 一 些 孔 内事 故 和封 孔 质 量 事 故。 为 了保 证 封孔 质量 ， 确保 水泥 封孔 施工 安全 ， 依 据小 口 径钻 孔 的特点 ， 在封 孔架 桥、 灌 注水泥 工艺 方 面采取 了 措施 ． 取得 了 良好效 果。 1 存 在 的主 耍 问题 L l 架 桥位 置 不 够 准确 ， 架 桥 术 塞 不 易 固定 在 预 定 位置 。 金刚 石钻进 钻孔 孔径 规则 ， 并 因钻 进 过 程 中使 用 润滑 材料 ， 孔 壁光 滑 ， 木塞 不易 固定 ， 以致下 钻架桥 时不 易拧脱 或 因浮力 作用 而上 浮 ， 位置 不 准 ． 1 ． 2易发生 封孔 埋钻 事 故 钻孔 与 钻杆 桂之 间 的环 状 问 隙 小 ， 水 泥 浆 稠 度 大， 而且 随 时问延 长稠度 不 断增 大 ，当长孔 段 封 孔 一 次灌 注水 泥 浆 量 大 而 又 不 适 时 提 钻 时 ， 钻 杆 埋 住 太 长 ， 形成 糊钻 ， 如不 及 时采取措 施 ， 随着水泥的终凝而无 法处 理 。 1 3水 泥封孔 质量 不保 证 由于 经 常发生埋 钻 ， 担 心长 孔 段 封 孔 时钻 具 提 不 起来 ， 因此 ， 加 大水 灰 比以增加 水 泥浆 的 流动 度 和延长 水 泥的凝 结 时问 ， 或封孔 时钻 杆 离封 孔位 置很 高 ， 致使 水 泥浆不 凝结 或结 石质量 差 甚至 流失 ， 影 响 了 封 孔 质 量 。 2 长孔段封孔技术。 长 孔段 封孔水 泥浆 灌注 量 大 ， 最 多的 达到 8 o 多 包 水 泥 ， 一 次封孔 用几 十 包水 泥是 常 有 的 。在 小 C l 径 钻 孔 中一 次 灌注这 么多水 泥 ， 怎样才 能 确保 安全， 可行 的 办法 就是 在水 泥浆 不被 稀释 的情 况 下 中途 提 钻， 分 孜 灌 注 ．如何 确定每 次 灌注量 ， 每 次 灌 注 后 应 提 多 少钻 杆才 扼保 证 钻 杆 顺 利 提 起 而 又 不 会 造 成 封 孔质 量 事 故 ， 是 长孔 段分 次灌 水泥 封孔 的技 术关 键． Z1架桥 用废 钢绳 、 废胶 管等 作为 架 桥材 料 。利 用 这 些 材 料 的弹 性 作用 支撑在光精 的孔 壁 上 ， 上 部 填 废 b、 碎 砂 石等 ， 其 方法 如下 。 1 加 工 架 桥 钻 具 。 用 1 -2～1 ． 5 m 长 的 直 径 5 4 mm下 端 车 成 喇 叭 形 的 岩 心 管 ， 作 为 架 桥物 容 纳 管 ， 为 了使 架 桥 物 窖 易 推 出 ， 岩 心 管 内壁 要 求 光 滑 平 顺 ． 2 把 钢丝绳 或胶 管截 成 n1 ～ nl 5 m 长 ， 钢 丝绳 分开 ， 每5 ～ 6 根钢丝集成一股， 对中弯成。 f 1 形， 每 3 股均匀交里绑成 钢丝爪， 从钻具下端塞人。若用胶 管 ， 则 应破 开数 片， 便 于 塞人 钻具 。 3 将 6～ 7 c m 长 的 废 岩 心 3～ 4 段 、 塑料 布 团 ． 碎 石块 直 径 1～ 1 5 c r n 、 砂 粒 等 依 次 装 入岩 心 管 ， 最 后用 与岩 心管 内径 相近的 软布 袋装 入细 砂土 ， 装 入岩 心 管上端 。 4 ] 用钻杆 把架 桥钻 具送 到 预 定 位 置 ， 开 泵 ， 依 靠 冲 洗 液 的 液 压作 用 推 动 砂 土布 袋 ， 把 管 内所 有 填 料 顶 出管 外． 钢丝 爪一旦 赦 推出管 外 ， 由于 弹 性 作 用 使 钢 丝爪 张开 ， 支 撑在孔 壁 上 ， 托住 上 部 废 岩 心菩 物 ， 形 成 架 桥 2 2有 关计 算 2 土1 水泥 用量计 算 2 土1 ． 1 封 闭孔段 水泥 浆量 Vy ．Y d 日 ． f 1 式 中 R 欲 封钻 孔 理 论 半径 ， m 日一欲封孔 段 长 度 ， m 0 一钻 孔超 径系 蕺 ， 取 1 ．2～ 1 ． 7 2 土1 2 干 水泥 量 G P mP ． 2 式 中 ， 分别为水和水泥密度， k 咖 ； m一水 藏 比。 2 土1 3用 水量 W mG ． 维普资讯 1 9 9 4 年 第 4 期 探矿工程 l 7 2 ． 2 ． 2 分 次 灌注量 的确定 钻 杆 内水泥 浆柱 压力 为 矿 区潜 水 面低 ， 钻孔 深 ， 钻杆 柱 内充满 水 泥浆时 ， 与钻 杆和 孔壁 之 间晾 的液柱 压差 根太 ， 因此 ， 一 次不能 泵进 太多 水 泥浆 ， 否 则将 造成 埋钻 ，在实 际应用 中 ， 以 钻杆 内充 满 水泥浆 ， 水 泥浆 刚好 到 达封 孔 位 置 底部 为 宜 但 在 封 自 l 位 置 较浅而 水 位面 较 高 时可 以压 出部 份 水 泥浆 。 2 址 l 第 n次的 水泥浆 灌注 量 Q 一 ． 式 中 第 n次 封 孔 孔 深 ， m 一钻杆实 测单 位 内容 积 ， ； 地 表 循 环 系 统 窖 积 ， 一般 取 0 ．0 5 ， 如 前 次灌 完 后 管道 内水泥 浆 未排除 ， 不 加 ， 只适当补充； Q 前次灌水泥后钻杆内平衡外环晾 水柱压力未排出的水泥浆， ， Q - ， VQ 一 抽 V． 2 2 越 第 n次灌水 泥后 允许 提 钻长 度 如 附 图所示 ， 水 泥浆 灌完后 钻杆 提到 一定 高度 ， 并 有 3 ～ 5 m 埋 管情 况下 压力平 衡状 态 。根 据流 体力 学 基 本方 程 ， 在钻 杆外 环隙 水泥 液面 处， 环状 间晾 的液柱 压力应 为 P 0 C 一 h I A h h 一 _ i 。 -● ．- _ ． 一 ． 一 一 一 嚣 又 、 ． 钻杆提膏后孔内压力平衡情况 只【 H - 一 ； 当液柱 压力 处于 平衡 时 ， 两 式相等 ， 整理 可得 h Ⅲ V 一衄 一 一 h 一 一 ， ． 5 式 中 r 一第 n次 灌 水 泥后 允 许 提 钻长度 ， r f lt r - 一 要 求 的 埋 营 长 度 ， 一 般 取 5 m 4 在 封 孔 段 钻孔 单 位 容 积 ， r 水 泥 浆 密 度 ， 当 m0 ． 6时 ， 取 2 ． 9 6 k 咖 h i 一稳定水位 面到孔 日距离， m A h I 稳定 水位 面 随封孔 灌 水 泥 的 变化值 ， r f lt ， 如 变化不 大 ， 可忽 略不计 ． 2 - 2 ．2 3 末 次 灌水 泥 的替 浆水 量计算 Q j ‘ Q一 一Q ． 日 式中 H 末 次灌水泥钻杆长度， m Q 末次 灌水 泥量 ， ． 替浆水量公式对水位面较浅 时比较准确， 意睬着 把大约一半的水泥浆压到钻杆外， 一半 留在钻杆 内， 以 保 证 水 泥 浆 不 被 稀 释 ， 但 还 应根 据孔 内具 体 情 况 而 定 ， 当最 后 一 次 灌水 泥 完 后 孔 内 无水 位 或 水 位 很 低 时 ， 只需 压 少量 水 清洗 钻 杆 即可 ， 2 3注 意事 项 长孔 段 封孔除 按 常规 封孔 要求 操 作 外 ， 还 应特 别 注意 以下事 项 ． 2 ． 3 ． 1 正确确定 钻 孔超 径 系数 值 钻孔 超径 系数 的取值 正确 与否 ， 对封 孔 成 败 影 响根 大 ， 直接 关 系到安 全提 钻 高度 的 准确 性 ， 因此 ， 必 须 根据地 层情 况进 行 确定 ， 在地层 完整时 ， 取 l -2 ～ 1 ． 3 ． 有 裂 隙， 弦 失和超 径孔 段 ， 应根据 程 度 取 1 -4～ 1 ． 7 ． 有 的钻 孔 还 须 按 实 封 结 果 加 以 调 整 补 灌 ．在 一 个 钻孔 中 ， 取 值 应 按 封 孔 孔 段 地 层 情 况 分 段确 定 ． 取值 太 ， 提 钻不 够 ， 造 成第 2 次 灌水泥 埋管 ， 取 值太 小， 钻杆 提 离液 面产 生 中间段 稀释 。 2 ． 3 ． 2水灰 比应 适 当 封孔水 泥浆 水 灰 比一 般 要 求 n 5左 右 ， 但在 小 口 径 钻孔 中， 由于 环 隙小 ， 要 求水 泥 浆的 流 动 性 能 好 ， 在 没使用 减 水 荆， 埋 凝 荆等 添加 剂 时， 水 灰 比可 适 当放 大 ， 控 制 在 0 ． 6 ～ 0 ． 6 5． 实践 证 明， 用普通 4 2 5 -泥， 水 灰 比 0 ． 6～ 叫 时水 泥结石 良好 ． 2 3 3用 小一径 钻杆 下 人钻 孔 内 的 钻杆 前 端 必 须 带 3 o～5 0 l n 直 径 4 2 咖钻杆 ， 不得 带 粗 径 钻 具 ， 以增 大 环状 间 隙， 防止 水 泥浆计算 用量 与钻 孔 实际情 况 相差 较 大 时 ， 造 成第 一 次 灌水 泥后埋 管 过长 ， 使用 小一 径钻杆 ， 提高 了封孔 的安 全性 ． 2 ． 3 A控制提钻 速 度 维普资讯 1 8 探矿工程 1 9 9 4 年第 4 期 每 次水 泥 浆灌完 后， 中途 不得 替水 ， 否则将 产生 两 次灌 浆的 界面 水泥 浆稀释 ，提 升钻 具的 速度应 随着 钻 杆提 高而 ； 噍慢 ， 因为开始 时 压差大 ， 水泥 浆滑环 状 间隙 上返 的速度 快 ， 随着 钻杆 提 高 ， 压 差 逐 渐 变 小 ， 则应 放 慢提 钻速度 ， 以 防钻杆 提离 液面 造成稀 释 。 3封孔 实例 紫 金 山 Z K1 9 0 9孔 ， 终孔 孔 深 8 7 0 ． 2 4m， 设计封孔殴 2 7 8 ． 1 5 ～ 4 8 9 ． 9 8m 、 5 3 5 ．0 4 -- 6 4 74 3 t r l 、 8 3 5 ． 6 1 8 5 2 ． 1 1 i 1 3 ． 钻孔 口径 5 6 mi l l ， 稳 定 水 位 1 8 5 m ， 本 孔 实 封 2层 ， 2 7 8 ． 1 5 ～ 6 4 7 ． 4 3 i n、 8 3 5 6 1 ～ 8 7 0 - 2 4 i n K 取 1 - 2。 该孔 第 1 次采 用废钢 丝架 桥 和长孔 段分 次 灌水 泥 技术 ， 具有 试验性 质 。第 1层实 封水 泥 4包 ， 次 日取 样 后于 6 5 0 m 架桥 封第 2 层 ， 该段篙封 3 7 2 i 1 3． 。 计算采用分 3 次灌 浆， 实 际 2 次 灌完 ， 第 1 状用水 泥 1 6 包 ， 提钻 1 7 3 m ． 第 2次计算 8包 ， 实封 1 0 包 ， 提钻 1 3 5 m ， 然后替水 1 0 0 L 把管 道 内和钻 杆 内水泥浆 压 人 孔 内， 提 出 全 部 钻 杆 。 各段 水灰 比均 为 0 ． 6。 候凝 2 4 h， 取 样时在 3 1 5 i n 下不 去取 上半凝 固样 ， 认为 水泥 量不 够， 又补 4包水 泥 ， 该孔 经 透 孔 检 验 ， 在 2 2 9 m 取 上 水 泥 心 ， 透 孔 结 果 ， 除 孔 深 4 0 0 m 上 部 出 现 部 分 孔 段 水 混 胶 结 较 差 外， 大部分孔段水泥结石 良好， 封孔 位置准确， 质量合 格 并 经总结 经验， 制定规程后推 广本 队各 矿 区应 用。 4质 量检验 水 泥封孔 后 是否 到位 ， 应经 取 液 面 样 检 验 。紫 金 山矿 区把探 测液 面位 置并 取半 凝 固样作 为检验 封孔质 量 的 主要手 段 ， 并 抽 样形 式每 年 选 择 少 量透 孔作 详 细 检验 。 1 9 9 2 年 以来 ， 对完 工 的 7 0多个孔 每层封 孔 都采 用 专 门工 具进 行取 样 ， 并 送水 文员 检验 ， 少 量大 漏失孔未 到 位 的及 时进行 补封 ， 确保 了 封孔质 量 。同时还抽取 4 个 孔进 行透孔 ， 其 结果 表 明， 采 用废 钢丝 等材料 架桥 以 及 小 口径长孔 段 封孔 技术 是成 功 的， 达到 预期 目的 。 5结 柬语 小 口径 中深孔 水 泥封孔 ， 特别 是 小 口径 钻 孔 长 孔 段 封孔 ， 在架 桥 和灌 注水泥 方 面， 只 要经过 认真 计算 ， 采用 的方法 得 当， 措施 正确 ， 是 可 以达到 预期封孔 目的 的。 实 践 证 明， 用 废 钢 丝 绳 等 弹 性 材 料 架 桥 准 确 可 靠 ， 透孔 无后 患 。应 用压力 平衡 原理 ， 确 定长孔 段分次 灌水 泥浆量 和安 全提 钻长 度 ， 只 要 掌握 钻孔 实 际地 层 情 况 ， 正 确 选 择 超 径 系 数 x 值 。 方 法 是 可 行 的。 但 是 ， 由于孔 内实 际情 况 千差 万刷 ， 稳 定水位 面在 封孔过 程 中的变化 难 以确 定 ； 水 泥浆在 钻 杆 与孔 壁 之 环 隙上 返 速度 随压差 的变化 是可 变 的， 如 何根 据 这一 可变 因 素控制合理的提钻速度， 只能根据各矿区实际情况， 根 据 施工 经验 进行 调整 控制 ， 才能 取得 晟佳 效果 。 M e di u m- De p t h S l i m Ho l e Ce me n t a t i o n Te c h n i q u e Ch e n X ／ i No ． 8 Ge o l o g i c a l a n g a d e o f F u j i a n P rov i n c e Aka r a e t P r o b l e ms ∞ Ⅲl删 s 1 i m h o l e ∞ I 】 g a r e a ma y ．T - mi c a l m∞m o f i ／ ] g d i w一d e e p ho | e ∞a l _m g a I e t b 即 应a Ⅱ y p r e s e n t e d ,t h r o u g h fi e l d a p p l ic a t i o n a n d p e n e t r a t i o n i mp e c t i o n o f 0 瞄o fd Nl ho le s ,h a v e p rov e d t o b ef e a s i b l e ． 脚w a r d s me d a a - - d e p t h幽hol e ， ho | e s e a b u e r la t a mo t mt 上接第 5页 更 正 i s d e s c ri b e d ．c o mp a r e d w i t h c o n v e n t i o n a l出s j l l l g t h ． 期 页 行 惧 正 o d s ，Ge o me U i p l a ma i u s e d i n s p m g o p“ma a a o n 1 9 9 4 年第 2 期5 第 3 行 张永慧 何永慧 出 i 0 f XR C 1 ma I I r i d ．m g c a 【 s f o r l ine d s b a ， 5 2 左第l B 1 9 行及表l l g 3 l g i 堪 目 s 露 e o ／ l o r a y o b v i o u s l y ． 1 9 9 4 年第 3 期 2 4 右第 1 2 行 冷长兴 狰长仁 脚_ 岫Ge o me t r i c a l p l a m q xR c_ l mm a r l - 2 4 右倒第 8 行 探矿工艺 探矿工程 凼 ∞f o r d j n e d I I a ， 出 5 2 右第 6 行 汔 汽 谨 此 向作者 读 者致教 。 维普资讯