灌注水泥浆护壁堵漏工艺

灌注水泥浆护壁堵漏工艺
1、前言
1.1钻孔漏失的原因及处理方式
钻孔漏失的根本原因是孔内液柱相对岩层产生压差，以及岩石中存在有孔隙、裂缝、洞穴等漏失通道。

对于漏失治理，按照漏失量大小情况，主要有以下三种处理方法：①对于微小漏失采用增阻法，即增大流失通道的流动阻力，如使用聚丙烯酰胺的絮凝作用阻塞微小裂隙或泥浆形成泥皮护壁；②对于严重漏失采用注浆固结法，即采用凝固剂的固结硬化作用封堵，如本文所述的灌注水泥浆封堵处理；③对于溶洞及浅部破碎带采用隔离法，即下套管隔离处理。

1.2固结硬化性处理的优点
在下套管无法处理的孔段，主要使用注浆固结硬化处理较为有效，其具有较好的粘结性和稳定性，处理后可以得到强度较高的不漏失的固结圈，固结破碎地层的孔壁活石裂隙，以达到护壁作用。

1.3水泥浆液的配制
水泥浆液主要是以常见的硅酸盐水泥为基础成分，用水按一定水灰比搅拌调成水泥浆。

同时可加入各种外加剂以达到调节水泥的功能和性能的目的。

加入速凝剂可调节其凝结硬化速度，加入早强剂可调节其早期强度，加入膨胀剂可增强水泥和岩层的粘结强度，加入堵漏剂可防止水泥浆流失等。

常见的食盐和水玻璃都可以作为速凝剂。

2、水泥浆灌注工艺
2.1准备工作
①通过测量钻具，校正孔深，分析计算以确定钻孔所需封堵孔段的具体位置。

②通过扫孔，洗孔，保证孔底和封堵孔段的清洁；测定孔内水位；如在钻孔中部封堵，则需要做好架桥工作。

③查明孔内复杂地层的岩性特点、构造特征、含水情况及漏失程度，以确定所需灌注的深度、外加剂类别、浆液用量、凝固时间以及灌注方法和要求。

④备足所需材料，计算好水灰比、灌浆量、压水量（替浆量）、侯凝时间。

2.2灌注流程图
准备工作——洗孔、扫孔到底（搅拌水泥浆）——提钻距孔底0.5米——灌浆——注水压水——提钻。

清洗钻具——探孔——扫孔
2.3灌注水泥浆注意事项
①堵漏时，坚持洗孔；护壁时，坚持扫孔到底，保证清除孔内岩屑和钻具畅通。

②钻具应下至距离孔底或者架桥处0.3-0.5米处，以减少水泥浆的稀释。

③灌注过程中或灌注完毕，不能上提钻具，待压水后方能上提钻具；但可回转钻具，谨防孔内岩屑在钻具外壁沉淀导致卡钻。

④全部水泥浆量应一次灌完，不得中途停泵，浆液会断开或者被水稀释；压水以水泥浆进入钻孔外壁为准，井内无水位也可不压水；压水完毕，钻具提至离开水泥面10-15米处后方能清洗钻具。

⑤提钻速度要慢，防止抽吸作用，并及时在孔口回灌清水。

⑥确定水灰比，在保证可泵性的条件下，可尽量减小水灰比。

3.数据计算
案例：某孔施工孔深200米，套管罩至120米，现为NQ口径钻进；孔内漏失严重，经测定静水位保持在160米；该孔180米至200米为矽卡岩破碎带，掉块、卡钻严重，准备灌水泥浆护壁处理。

以该孔为例，计算说明如下：
3.1水灰比
水灰比即为水与水泥浆的重量比，最佳比例以该类型水泥在常温下配制水泥浆的流动性和可泵性来确定，可加减水剂进行调节。

一般普通硅酸盐水泥水灰比为0.4-0.5。

3.2单包水泥的可灌注深度
水灰比取0.4，则一包水泥（50KG）可制得约35L密度为2.3g/cm3的水泥浆（未含地表损失量5%-10%）。

可灌注NQ管内深度为35/2.8=12.5 m，灌注NQ 钻孔深度为35/4.4=7.9 m。

3.3钻孔的实际灌注量
①理论计算上需考虑地表损失量，如取10%，则NQ钻孔可灌注约为
7.9*90%=7.1 m。

如需封堵20米孔壁，则需要水泥量为20/7.1≈3包。

②实际操作中，灌注水泥量除了要考虑水泥浆的地表损失量外，还得考虑孔内漏失情况确定漏失系数。

漏失钻孔灌注水泥量（包）：N=H1r/H2K
式中：H1——所需封堵深度，m；H2——单包水泥的钻孔内填充深度（见表1），m；K ——水泥浆的地表损失量；r ——漏失系数①。

漏失系数按孔内地质情况结合操作经验确定，轻微漏失钻孔可取1-1.5倍值；严重漏失钻孔可取1.5-3倍值；溶洞等可先投料堵封再灌水泥浆固化处理。

当漏失量过大且投料封堵无效时，则不适合以灌注水泥浆处理。

3.4水泥浆位置的确定
泵注时，地面管线（吸水管、泵、高压管等）容积一般为60-80L，当一次泵送3包水泥105L水泥浆全部抽完时，水泥浆进入钻杆内的长度为（105-60）/2.8=16米。

则水泥浆前锋距离孔底还差200-16=184米，如果将钻杆向上提离孔底，水泥浆会被孔底的水稀释。

此时须立即将水泵莲蓬头转投入清水池中继续泵入清水，将水泥浆压入孔底（即压水）。

结束语
总之，水泥浆灌注护壁处理的前提是对于灌注方法的确定、灌注浆量的计算、压水量的计算、凝固时间和强度的控制等理论的掌握。

成败的关键在于现场对孔内封堵段情况的准确了解，以及严格遵守操作程序和相互紧密配合等，这点主要取决于操作班长丰富的经验和对孔内情况判断的敏感度。

对于一次封堵失败的情况须摸清失败原因后分析确定后续处理步骤。

参考文献：
[1]《地址岩心钻探规程》DZT 0227-2010 P33司（有色金属华东地质勘查局810队）江苏南京210034）。