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28分,我國汶川發(fā)生了舉世震驚的8.0級特大地震,給人民群眾的生命財產(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)震機理以及進行地震監(jiān)測和預(yù)報,國土資源部會同科技部和中國地震局組織實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、巖心以及通過主動震源地震成像和觀測,識別活動斷裂各種構(gòu)造要素,測量斷裂破壞帶的寬度和破壞強度,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)鉆探一號孔(WFSD-1)在孔深585米時鉆遇斷層泥,孔壁嚴(yán)重失穩(wěn),先后兩次發(fā)生惡性

3、卡鉆事故,迫不得已進行側(cè)鉆,嚴(yán)重制約了整個項目的進度。
　　 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問題,對鉆探技術(shù)人員來說是一個新課題。
　　 對斷層泥孔段孔壁穩(wěn)定性基本力學(xué)機理、孔壁破壞準(zhǔn)則、坍塌壓力和破裂壓力的計算以及影響孔壁穩(wěn)定的因素進行了分析。并對斷層泥的物質(zhì)組成及其理化性能進行了試

4、驗測試分析,得出斷層泥的原始含水率較低、分散性很強、滲透率很低及吸水易膨脹的結(jié)論；同時也通過試驗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)限抗壓強度,以及斷層泥在不同含水率狀態(tài)下的抗剪強度,得出斷層泥的含水率對其無側(cè)限抗壓強度和抗剪強度有很大的影響,隨著含水率的增加,其無側(cè)限抗壓強度和抗剪強度急劇下降。
　　 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,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)由于斷層泥的強粘滯性以及強分散性,容易發(fā)生壓差粘滯卡鉆。
　　 針對上述三點問題,進而提出了相應(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現(xiàn)泥漿低滲透性,來抑制斷層泥