水泥浆护壁灌注工艺

2015-09-29 123 0

  向孔内灌注水泥的方法有水泵灌注法、灌注器灌注法、孔口灌注法及干料投放法等。
  1. 水泵灌注法
  水泵灌注法是最常用的方法,它是通过钻杆将水泥浆用水泵压入孔内漏失或坍塌的岩层,以达到护堵的目的。此方法适用于灌浆量大,不受钻孔深度限制的水泥灌注。在钻孔中部只要架桥后也可适用。用此方法还可实现加压灌注。利用水泵灌注法施工简便,无需特珠设备和工具,但对水泥浆要求流动性好,易于泵送。 图12-12 灌注水泥示意图 水泵灌注法的操作过程为:堵漏时,钻具下到预定深度距孔底约0.3~0.5m左右时,先泵入清水以检查钻杆内部确实畅通良好时,即可泵入配好的水泥浆。将水泵莲蓬头放入水泥浆桶内即泵送水泥浆。不论堵漏或护壁,刚开泵时应先打开水泵回水管,将吸水管及水泵中的清水排出,喷浆后再打开三通将水泥浆送入孔内。待泵吸水泥浆过程完后,立即将莲蓬头放入准备好的替浆水桶中,开泵替浆。为了使孔底返流均匀,替浆时可适当慢转钻具。替浆的压力量应根据孔内水位高低,以达到孔内液柱压力平衡为原则,可按下式进行估计计算: (12-23)式中:--替水泥浆所需压水量,kg; L--钻杆柱长度,m; l--孔内静水位离孔口高度,m;q--每米钻杆内容积,L;--地面管线及水泵容积;K--压水系数,浅孔取0.9、深孔取0.95。
  根据上式计算,当孔内无水或水位很低时,压水量达到机上钻杆后(约60~80L),即应停泵,然后拆开机上钻杆,靠钻杆内外液柱压力差,使水泥浆继续沿钻杆内下降,并从钻具底部返出钻杆外,直至钻杆内外压力达到平衡为止。
  当水位很高或返水孔,则压水量接近于钻具内容积加上地面管线容积乘以压水系数,可以保证水不压出钻具底部,这时钻杆外的水泥浆高度比钻具的水泥浆高度会大一些。当提钻时,会向钻杆内回流或填补孔底空间,水泥浆不会被稀释。
  替浆完毕即可提钻,应将钻具提离水泥面10~15m以上(1~2个立根)后再冲洗钻具。提钻速度一定要慢,过快则易发生抽吸作用而使灌注工作失败。为了保证孔内压力平衡,还应考虑在孔口回灌清水。
  当机上钻杆卸开以后,应开泵清洗水泵、高压管线和机上钻杆内的残留浆液,以保证循环畅通。
  综上所述水泵灌注法应遵循的技术规程如下:
  (1)堵漏时,坚持冲孔;护壁时,坚持扫孔到底,保证清除孔内岩屑并检查钻具通畅。
  (2)钻具下到离孔底0.3~0.5m或架桥处,以减少水泥浆的稀释。 图7-13 灌注水泥示意图
  (3)灌注过程或灌浆完毕,可转动钻具,不能上提钻具,待替浆后方能上提钻具。
  (4)全部浆量应一次灌完,不得中途停泵,防止浆液断开或被水稀释。
  (5)泵浆前打开回水管,排出清水不得注入孔内。
  (6)应考虑孔内水位高低,准确计算替浆压水量。
  (7)替浆完提钻应离开水泥面10~15m方能清洗钻具。
  (8)提钻速度要慢,防止抽吸作用并及时在孔口回灌清水。
  (9)尽量减小水灰比,采用水泥减水剂保证浆液可泵性好。
  (10)坚持探测水泥面强度,合理确定候凝时间。
  水泵灌注法还可用在下列特殊情况下:
  (1)加压灌注法
  为了保证水泥浆液能更好地进入所堵漏地层,形成足够的渗流半径,有效地加固孔壁岩石,可采用孔口管上部加密封装置,或在钻杆上加钻孔封隔器以封堵漏失层上部,以使在灌注时孔内造成高压,迫使水泥浆进入地层。
  (2)分段灌注法
  当遇到厚度较大的破碎地带如硬脆碎的松散地层时,大小不等的孵砾石在钻进时会经常出现遇阻、卡钻或提钻后垮塌现象,这时可采用钻进一段灌注一段的分段灌注法。
  (3)充填注浆法
  当裂隙较大或遇小溶洞时,灌注前最好先投入一定量的惰性材料起到堵塞、架桥、充填作用。投入后,下钻具进行挤压,然后再进行灌注。这样既可减少流失,又能提高封堵效果。
  (4)网袋注水泥法
  当遇到较大溶洞时,为了降低水泥浆的大量流失,最好采用网袋注水泥,以控制水泥浆的扩散流失范围(图12-13)。 图12-13 网袋灌注水泥浆示意图
  1-钻孔;2-钻杆;3-正反接头;4-布袋;5-带孔眼的钻杆;6-溶洞;7-水泥浆;8-堵塞物 
  2. 灌注器灌注法
  当堵塞大的裂隙或溶洞时,为了减少水泥浆的流失,往往选用水灰比较小(0.3~0.35)、浓度大的水泥浆或速效混合液进行灌注。这时水泵无法吸入泵送,可采用灌注器灌注法。有时当封闭的孔段较短,浆量不多或钻进中遇到多层间断漏失,为了及时处理也可采用此法。此法优点是不受孔深限制,浆液性能不受流动性限制且对水泥浆稀释较少,但需专用灌注器,灌注时要求相当严格。
  灌注器的种类较多,目前大多采用水压活塞式灌注器,其工作原理是:灌浆时,将水泥浆装入盛浆管内,然后将灌注器用钻杆下至漏失层位,开动水泵后压力水经钻杆进入灌注器推动水泥浆,上部活塞将灌注器的排浆阀打开,则水泥浆被压出进入漏失层。图7-14所示是一种水压活塞式灌注器。其结构简单,操作方便,工作时在水压作用下通过活塞6把盛浆管4的水泥浆往下挤压,剪断销钉9,打开活门8,水泥浆即可排出管外,进入需要封堵的部位。 图12-14 活塞式灌注器
  1-压盖;2-滑动接头;3-钻杆;4-盛浆管;5-分水接头;6-活塞;7-接头;8-阀门;9-销钉  目前,现场为了加大灌注量,采用不同尺寸的岩芯管作为盛浆管,制造简易的岩芯管灌注器,取得了良好的技术经济效益。
  3. 孔口灌注法
  当孔较浅,裂隙宽且孔内水位很低,则可从孔口直接倒入浓度较大的水泥浆,利用孔口与孔内液面高差所产生的位能,将水泥浆压入所封堵层。为了使孔口灌注顺利,也可在孔口插入小尺寸套管至灌注孔段,再从套管中倒入水泥浆,借水泥浆的自重下入。
  4. 干料投放法
  将水泥用塑料袋装好,单独送入孔内或随钻具下入孔内,然后用钻具搅拌,利用钻孔内的水搅拌和捣固,使浆液进入裂隙而堵漏。
  5. 水泥球投入法
  将水泥与少量水混合成水泥球或专门制作具有合适的凝固时间和强度的水泥丸,投入孔内后再下入钻具冲击挤压,使其挤入漏失层。

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