汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探斷層泥孔段孔壁失穩(wěn)及泥漿技術(shù)對策研究.pdf

1、2008年5月12日14時(shí)28分,我國汶川發(fā)生了舉世震驚的8.0級(jí)特大地震,給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失,黨中央、國務(wù)院對此高度重視,立即成立了國務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部。為了研究地震的發(fā)震機(jī)理以及進(jìn)行地震監(jiān)測和預(yù)報(bào),國土資源部會(huì)同科技部和中國地震局組織實(shí)施汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探工程。
　　 汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探的研究內(nèi)容,是在龍門山北川-映秀斷裂及龍門山前緣安縣-灌縣斷裂附近實(shí)施5口科學(xué)群鉆的基礎(chǔ)上,開展地質(zhì)構(gòu)造、地震地質(zhì)、巖

2、石力學(xué)、化學(xué)物理、地震物理、流體作用和流變學(xué)等多學(xué)科研究。對大地震和復(fù)發(fā)微地震的源區(qū)進(jìn)行多學(xué)科觀測和測試,揭示控制斷裂作用及地震發(fā)生的物理和化學(xué)作用。綜合地球物理測井、巖心以及通過主動(dòng)震源地震成像和觀測,識(shí)別活動(dòng)斷裂各種構(gòu)造要素,測量斷裂破壞帶的寬度和破壞強(qiáng)度,確定斷裂的構(gòu)造屬性。并在孔內(nèi)安放儀器,建立長期的地震觀測站。
　　 汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探一號(hào)孔(WFSD-1)在孔深585米時(shí)鉆遇斷層泥,孔壁嚴(yán)重失穩(wěn),先后兩次發(fā)生惡性

3、卡鉆事故,迫不得已進(jìn)行側(cè)鉆,嚴(yán)重制約了整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度。
　　 無論是從事地質(zhì)巖心鉆探,還是從事石油鉆井的工程技術(shù)人員,在過去幾乎都沒有在大地震發(fā)生不久后在斷層泥地層鉆探取心的經(jīng)歷。在WFSD-1孔鉆探施工中,解決斷層泥地層取心鉆進(jìn)問題,對鉆探技術(shù)人員來說是一個(gè)新課題。
　　 對斷層泥孔段孔壁穩(wěn)定性基本力學(xué)機(jī)理、孔壁破壞準(zhǔn)則、坍塌壓力和破裂壓力的計(jì)算以及影響孔壁穩(wěn)定的因素進(jìn)行了分析。并對斷層泥的物質(zhì)組成及其理化性能進(jìn)行了試

4、驗(yàn)測試分析,得出斷層泥的原始含水率較低、分散性很強(qiáng)、滲透率很低及吸水易膨脹的結(jié)論；同時(shí)也通過試驗(yàn)測試了斷層泥在原始含水率狀態(tài)及風(fēng)干狀態(tài)下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度,以及斷層泥在不同含水率狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度,得出斷層泥的含水率對其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度有很大的影響,隨著含水率的增加,其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度急劇下降。
　　 通過對斷層泥孔段孔壁穩(wěn)定性基本力學(xué)機(jī)理的分析,以及對斷層泥的理化性能和物理力學(xué)性能的試驗(yàn)測試研究等,提出了斷層泥鉆探

5、面臨的問題,即:
　　 (1)高地應(yīng)力引起斷層泥發(fā)生塑性流動(dòng),從而使得鉆孔縮徑；
　　 (2)斷層泥吸水發(fā)生體積膨脹引起鉆孔縮徑；
　　 (3)由于斷層泥的強(qiáng)粘滯性以及強(qiáng)分散性,容易發(fā)生壓差粘滯卡鉆。
　　 針對上述三點(diǎn)問題,進(jìn)而提出了相應(yīng)解決思路及泥漿技術(shù)對策,即:
　　 (1)提高泥漿的比重,增大泥漿液柱壓力來平衡高地應(yīng)力；
　　 (2)降低泥漿的失水量且實(shí)現(xiàn)泥漿低滲透性,來抑制斷層泥