一种高水头动水条件下采用纤维型加重泥浆的钻孔方法与流程

本发明涉及一种高水头动水条件下采用纤维型加重泥浆的钻孔方法。

背景技术：

泸定水电站位于甘孜州泸定县境内，大渡河干流中游，为大渡河干流规划调整推荐22级方案的第12个梯级电站，坝址距下游泸定县城2.5km。泸定水电站采用大坝挡水、右岸引水至地面发电厂房的混合式开发方式。水库正常蓄水位为1378.00m，总库容2.195亿立方米，具有日调节性能，装机容量920mw。

泸定水电站运行良好，单独运行时，多年平均年发电量为37.82亿kw·h，装机年利用小时数为4111h。当与双江口水库联合运行时，泸定水电站多年平均年发电量为39.89亿kw·h，装机年利用小时数为4335h。但在运行期间，泸定水电站大坝下游河道右岸出现涌水，涌水点高程约1306m，涌水含砂。为保证泸定水电站采用大坝继续安全可靠的运行，亟待解决大坝下游河道右岸涌水点涌水涌砂的问题。

根据专业分析，泸定水电站现在的地质条件与调查报告中相比已经发生了重大变化：1200m高程以上已经进行了混凝土防渗墙施工；1200m以下虽没有防渗墙，但也进行过灌浆，与地层的原始状态也有一定差别。而在泸定水电站的灌浆过程中，灌浆孔共设计有三排，墙内两排，下游一排。从实施情况看，墙内的两排孔因在预埋管内实施，而预埋管垂直度往往不佳，相当多的预埋管钻孔都难以进行。所以，实际上，完全可依赖的钻孔只有一排，即防渗墙下游侧新布的一排灌浆孔。

下游排灌浆孔有以下几个特点：第一，垂直方向上通透，可由廊道底板的1311m完全穿透155m覆盖层至1156m，起钻后，下设套阀管后可从管中继续钻进至基岩相对不透水层，实现全孔全段次灌浆，而墙上两排是在预埋管中进行的，只能对墙下(1200m)进行灌浆，对1200-1311间的111m不起作用；第二，该排孔遇到的各种地层是经过防渗墙和原来的墙下帷幕灌浆处理过的，与原始的地质状态有着很大不同，因此灌浆前对受灌部位和受灌体的实际状况没有办法进行判断，这就需要一种在任何地质条件下均能获得满意效果的灌浆方案。另外，该方案能在一定程度上起到检验的作用，而该检验应当与工程实际运行状况形成较好的衔接。

经具体研究分析：泸定水电站已蓄水，坝顶高程1385m，正常蓄水高程1375m左右，按正常情况，覆盖层补强应在坝顶实施。但是，事实上不能这样做。原因有两个，其一是坝体防渗体结构中包含廊道，造成坝体防渗和坝基防渗之间的分离，其二是覆盖层最深处在1156m左右，从坝顶实施时须覆盖层钻灌230m左右，以目前的技术能力不能满足要求。所以，在灌浆廊道内实施补灌是唯一可行的方案，但灌浆廊道底板高程为1311m，承受的水头为60-70m，因此防止涌水涌砂成为大坝安全运行的关键，绝不能出现问题，甚至可以说，可以不进行补强灌浆，也不能大量涌砂。

之前，在灌浆廊道内进行过三次孔口封闭法灌浆，均以失败告终，说明该技术方案有内存缺陷。其原因有三。第一，孔口封闭法为全孔受压，无法针对特定段次进行精准灌浆，因此效果很差；第二，重复扫孔工程量太大，特别是100m以上深孔段，往往因原孔内水泥结石比孔壁地层更完整而扫偏，极大影响了钻孔的效率；第三，当时所选用的灌浆材料为常规水泥基浆液或普通膏状浆液，其抗动水能力差，胶凝时间较长，故留存率很低，固结后性能很差，在动水长期持续冲刷下，最终被彻底破坏，大坝运行数据中的刚刚灌完时下游渗水量先减小而后增大即与此密切相关。

既然已知孔口封闭法不可行，采用套阀管法成为必然选择。但是，常规的风动潜孔式跟管钻进而后安设套阀管的方法完全不具备实施条件。因为廊道4m厚的盖板下部即为覆盖层，风动钻孔一旦打穿盖板，钻孔所用的风就会和孔内的被水饱和的地层相遇，不可避免地出现大量涌水涌砂而威胁大坝安全。此外，146mm跟管-89mm套阀管组合所用的设备尺寸较大，廊道内空间狭小，无法实施。

综上所述，泸定水电站集合有六大不利条件，即：“狭小空间内、高水头、动水条件下、深厚覆盖层、永久性帷幕、控制灌浆”，在实施新的技术方案中，需要在高水头、动水条件下进行钻孔，为应对钻孔过程中涌水的情况，需要提出更佳的技术方案。

技术实现要素：

鉴于现有技术中孔口封闭装置封闭性较差这一技术问题，本申请旨在提供一种封闭效果更佳的孔口封闭装置。

第一方面，一种孔口封闭装置，包括：第一密封阀件、与所述第一密封阀件相连接且位于其上方的一级密封装置和与所述一级密封装置相连接且位于其上方的二级密封装置；所述一级密封装置包括：与所述第一密封阀件固接的第一密封管和内置于所述第一密封管内且设有第一通孔的第一胶球；所述第一密封管内设有环形第一承托板；所述第一密封管内壁配接有环状中封盖；所述二级密封装置包括：与所述第一密封管自由端固接的第二密封管和内置于所述第二密封管且设有第二通孔的第二胶球；所述第二密封管内设有环形第二承托板；所述第二密封管自由端配接有环状顶封盖；所述第二密封管侧壁设有至少一个与其内部连通的出浆管。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一密封阀件为球阀或板阀。

本技术方案的第一方面公开有一种孔口封闭装置，本技术方案中设计的第一密封阀件、一级密封装置和二级密封装置提供了三级密封措施。其中：第一密封阀件与孔口相连，对孔口处的涌水涌砂起到封堵作用。本孔口封闭装置采用的两级密封装置，其中：一级密封装置用于钻具的密封；二级密封装置用于钻杆的密封，在起钻完成后能迅速达到封闭状态，有效防止涌水涌砂。

在下设钻具钻杆时，保持第一密封阀件处于关闭状态，依次将第一密封管与第一密封阀件连接并将第一胶球置入第一承托板上且利用中封盖将胶球的位置限定。再将第二密封管与一级密封装置连接后下设钻具。待钻具进入一级密封装置后打开第一密封阀件，使钻具可以通过第一密封阀件进入钻孔内。当钻具全部通过二级密封装置且未完全通过一级密封装置时，安装二级密封装置内第二胶球并利用顶封盖将其上部压紧固定，再下设钻杆至需要深度，下设过程结束。

依靠二级密封装置对钻杆的封闭，可以保证钻孔过程中孔内涌水涌砂无法涌出。伴随普通型加重泥浆、纤维型加重泥浆或低强度灌浆材料通过钻杆内进浆并经由出浆管回浆，进行钻进工序作业。

在起拔时，先起拔钻杆，待钻杆全部通过一级密封装置后，将二级密封装置顶部顶压盖拆卸并取出二级封闭装置内胶球，后起拔钻具，待钻具全部通过板阀后且未全部通过一级封闭装置时，关闭板阀，将钻具全部拔出，起拔过程结束。

二级密封结构的设计，能够在钻具和钻杆尺寸存在差异的情况下，对二者均起到良好的密封效果。亦能够适应钻具和钻杆同口径的情况，此时，有两种处理方式：其一是，将一级密封装置内的第一胶球更换为与第二胶球同尺寸，整体孔口封闭装置的结构不会改变；其二是，无需下设第一胶球，仅利用二级密封装置及其内的相关组件即可，此时，可以省略一级密封装置的结构。

综上所述，基于二级密封结构的设计，本技术方案中的孔口封闭装置，一方面，钻孔作业下，能够保证起钻和下钻的过程中钻杆和钻具通过孔口封闭装置时都要达到封闭状态；另一方面，其适应性很强，能够适应不同的工作状况。

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本申请旨在提供一种能够有效地解决钻孔过程中涌水这一问题的高水头动水条件下钻孔方法。

第二方面，一种高水头动水条件下钻孔方法，包括：以下步骤：在孔口处设置孔口封闭装置，启动钻机钻孔；当钻孔深度达到第一预设深度时，泵入纤维型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔；当纤维型加重泥浆的回浆量降低10-30％或回浆比重降低20-30％时，切换泵入3d强度2.0-5.0mpa低强度灌浆材料同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔；当低强度灌浆材料的回浆量和回浆比重降低稳定于5％以内时，继续泵入低强度灌浆材料至预设时长后，切换泵入纤维型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔直至钻孔达到第二预设深度。

根据本申请实施例提供的技术方案，还包括：以下步骤：当低强度灌浆材料的回浆量和回浆比重降低稳定于5％以内时，继续泵入低强度灌浆材料至预设时长后，切换泵入普通型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔直至钻孔达到第二预设深度。

根据本申请实施例提供的技术方案，钻孔至第二预设深度之后，还包括：以下步骤：切换泵入套壳料，至孔底充满套壳料；逐步起钻，并保持泵入套壳料至钻孔内充满套壳料；起钻后，下设套阀管。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述普通型加重泥浆的配比为：膨润土：110-130份；重晶石3000-3500份；植物胶：30-50份。其中：膨润土是天然无机材料，耐久性好，对周围环境不会造成污染；重晶石起到压重作用，植物胶可提高重晶石的悬浮性能。基于该配比得到的普通型加重泥浆，能够对孔段内渗水进行有效封堵。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述纤维型加重泥浆的配比为：膨润土：110-130份；重晶石3000-3500份；植物胶：30-50份；聚丙烯纤维：8-12份。在膨润土-重晶石-植物胶体系基础上加入聚丙烯纤维，其中的纤维成分对孔壁内存在的中等或中等偏大孔隙进行填塞，使钻孔周边形成一个相对均匀的渗流场，保持钻孔的稳定，减少加重泥浆的损耗。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述纤维型加重泥浆的配比为：膨润土：110-130份；重晶石3000-3500份；植物胶：30-50份；聚酯纤维：15-25份。在膨润土-重晶石-植物胶体系基础上加入聚酯纤维，其中的纤维成分对孔壁内存在的中等或中等偏大孔隙进行填塞，使钻孔周边形成一个相对均匀的渗流场，保持钻孔的稳定，减少加重泥浆的损耗。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述低强度灌浆材料配比为：硫铝酸盐水泥85-125份；钠基膨润土5-20份；碳酸锂0.04-0.20份；水90-110份。硫铝酸盐水泥作为基材；层间阳离子种类决定膨润土的类型，层间阳离子为na⁺时称钠基膨润土，吸水速度慢，但吸水率和膨胀倍数大；阳离子交换量高；在水介质中分散性好，胶质价高；它的胶体悬浮液触变性、粘度、润滑性好，有较高的可塑性和较强的粘结性。基于上述配比得到的低强度灌浆材料，初凝时间约60-150min，浆液施工3天后的抗压强度在2.0-5.0mpa左右。其能够被应用于替换纤维型加重泥浆，对较大的漏失孔段进行封堵。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述套壳料配比为：硫铝酸盐水泥40-70份；钠基膨润土25-100份；碳酸锂0.02-0.1份；水100份。套壳料配备材料与低强度灌浆材料相同，但是，核心物质的比例不同，其内钠基膨润土比例比低强度灌浆材料要大。基于上述配比得到的套壳料，初凝时间约6-24h，强度1mpa以下。其凝结时间比低强度灌浆材料要长，但强度较低，便于后续下设套阀管。

本申请的第二方面公开有一种高水头动水条件下钻孔方法，此方法针对高水头动水条件下钻孔的过程中涌水的情况，提出了上述的技术方案。在本技术方案中，启动钻机钻孔之后，当钻孔深度达到第一预设深度时，孔段可能存在的中等或中等偏大孔隙，此时泵入的纤维型加重泥浆含有纤维成分，故其内所含有的纤维成分对该孔段可能存在的中等或中等偏大孔隙进行填塞能够在钻孔周边形成一个相对均匀的渗流场，保持钻孔的稳定，能够在此时钻孔深度所面临的条件下，对钻孔孔壁起到良好的防护效果，减少纤维型加重泥浆的损耗。同时监测纤维型加重泥浆回浆量和回浆比重，若其回浆量降低保持在10％以内且回浆比重降低保持在20％以内时，则继续钻孔直至到达第二预设深度。但若纤维型加重泥浆的回浆量降低10-30％或回浆比重降低20-30％时，即表明涌水量激增，则有较大漏失孔段，需要切换泵入低强度灌浆材料，钻孔内已经存在的纤维型加重泥浆中的纤维成分自然组合成为低强度快凝型纤维浆液，可有效地对较大漏失孔段进行充填、固结作用，保证孔壁稳定。泵入低强度灌浆材料之后监测其回浆量和回浆比重，低强度灌浆材料的回浆量和回浆比重降低稳定于5％以内时，继续泵入低强度灌浆材料至预设时长后，切换泵入纤维型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔直至钻孔达到第二预设深度。

采用低强度灌浆材料作为护壁浆液是本技术方案首创的，在漏失较大地层周边采用低强度灌浆材料作为护壁浆液，不仅仅是防止钻孔涌水涌沙，更重要的自身还成为了“外层套壳料”，从而为高水头动水条件下的作业孔内下套阀管创造可行条件，避免套壳料因缺少跟管的保护而被动水冲走。低强度灌浆材料作为护壁浆液要求强度2.0-5.0mpa，以便于后续灌浆步骤中灌浆液能够进入地层。

本技术方案中，泵入低强度灌浆材料之后监测其回浆量和回浆比重，低强度灌浆材料的回浆量和回浆比重降低稳定于5％以内时，继续泵入低强度灌浆材料至预设时长后，切换泵入普通型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔直至钻孔达到第二预设深度。普通型加重泥浆制作成本较纤维型加重泥浆价格较低，当低强度灌浆材料对于较大漏失孔段有较强修复效果好，可以切换为普通型加重泥浆，以降低整体的施工作业成本。

本技术方案中，进一步地，钻孔至第二预设深度之后，还包括：以下步骤：切换泵入套壳料，至孔底充满套壳料；逐步起钻，并保持泵入套壳料至钻孔内充满套壳料，以便于起钻后，下设套阀管。注入的套壳料，将孔内的第一种或纤维型加重泥浆顶出，进入孔内的套壳料对整孔进行了包覆，对整孔起到防渗作用且对起钻后下设的套阀管起到固定作用，以利于之后的灌浆程序。

本技术方案中，更进一步地，本技术方案中分别针对普通型加重泥浆、纤维型加重泥浆和低强度灌浆材料的特性需求，给出了三者各自的配方配比。

综上所述，针对高水头动水条件下钻孔的过程中随着钻孔深度的不同而引起涌水情况的不同，提出了分段泵入不同种类浆液的做法，利用普通型加重泥浆、纤维型加重泥浆和低强度灌浆材料之间特性不同，将其在不同的情况下切换使用，使得整个的钻孔过程得以稳定可靠地进行，有效地解决了现有技术中无法解决的技术问题。尤其是，当存在较大漏失孔段时，纤维型加重泥浆和低强度灌浆材料之间可以快速地循环切换，无需停钻，起钻，操作简单易行，廊道内150m级覆盖层钻孔灌浆的效率极为重要。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请中孔口封闭装置的一种实施方式的立体结构示意图；

图2是本申请中图1的俯视图结构示意图；

图3是本申请中图2中b-b向的俯视图结构示意图；

图4是本申请中一种高水头动水条件下钻孔方法的一种实施方式；

图5是本申请中一种高水头动水条件下钻孔方法的一种实施方式；

图6是本申请中一种高水头动水条件下钻孔方法的一种实施方式；

图7是本申请中一种高水头动水条件下钻孔方法的一种实施方式；

图8是本申请中一种高水头动水条件下钻孔方法的一种实施方式；

图9是本申请中一种高水头动水条件下钻孔方法的一种实施方式；

图10是本申请中一种高水头动水条件下钻孔方法的一种实施方式。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本实施例给出了一种孔口封闭装置的实施方式，请参考图1-图3。

一种孔口封闭装置，包括：第一密封阀件1、与所述第一密封阀件1相连接且位于其上方的一级密封装置2和与所述一级密封装置2相连接且位于其上方的二级密封装置3。

本实施方式公开有一种孔口封闭装置，所述第一密封阀件、一级密封装置和二级密封装置提供了三级密封措施。

其中：

第一密封阀件1，第一密封阀件与孔口相连，对孔口处的涌水涌砂起到基础的封堵作用。可选地，所述第一密封阀件为球阀或板阀。实践中，当涌出较多砂颗粒时，板阀使用效果更佳。

鉴于钻具和钻杆尺寸存在差异，本孔口封闭装置采用的两级密封装置，其中：一级密封装置用于钻具的密封；二级密封装置用于钻杆的密封，在起钻完成后能迅速达到封闭状态，有效防止涌水涌砂。

所述一级密封装置2包括：与所述第一密封阀件1固接的第一密封管21和内置于所述第一密封管21内且设有第一通孔的第一胶球22；所述第一密封管21内壁配接有环状中封盖4。

所述第一密封管内设有环形第一承托板23，用于支撑第一胶球。第一胶球22在中封盖4的压力下均匀受到挤压，能够与进入第一胶球内的钻具紧密接触以实现封闭效果。

所述二级密封装置3包括：与所述第一密封管21自由端固接的第二密封管31和内置于所述第二密封管31且设有第二通孔的第二胶球32；所述第二密封管31自由端配接有环状顶封盖5。所述第二密封管31侧壁设有至少一个与其内部连通的出浆管34。

所述第二密封管内设有环形第二承托板33，用于支撑第二胶球。所述第二胶球不妨碍出浆管32。第二胶球32在顶封盖5的压力下均匀受到挤压，能够与进入第一胶球内的钻具紧密接触以实现封闭效果。

可选地，考虑钻孔过程中对第二胶球磨损较为严重，一般材质的胶球难以满足要求，经过市场的大量考察，最终确定采用以金属模式制成的改性聚氨酯，其耐磨度是普通橡胶的5～8倍。此外，同时在钻孔过程中可在钻杆与顶封该的间隙导入适量的冷却油，或者加入小股清水对准钻杆与封闭装置盖头的间隙进行冷却，防止温度升高，造成第二胶球磨损，进而影响封闭效果。

本技术方案的第一方面公开有一种孔口封闭装置，本技术方案中设计的第一密封阀件、一级密封装置和二级密封装置提供了三级密封措施。其中：第一密封阀件与孔口相连，对孔口处的涌水涌砂起到封堵作用。本孔口封闭装置采用的两级密封装置，其中：一级密封装置用于钻具的密封；二级密封装置用于钻杆的密封，在起钻完成后能迅速达到封闭状态，有效防止涌水涌砂。

在下设钻具钻杆时，保持第一密封阀件处于关闭状态，依次将第一密封管与第一密封阀件连接并将第一胶球置入第一承托板上且利用中封盖将胶球的位置限定。再将第二密封管与一级密封装置连接后下设钻具。待钻具进入一级密封装置后打开第一密封阀件，使钻具可以通过第一密封阀件进入钻孔内。当钻具全部通过二级密封装置且未完全通过一级密封装置时，安装二级密封装置内第二胶球并利用顶封盖将其上部压紧固定，再下设钻杆至需要深度，下设过程结束。

依靠二级密封装置对钻杆的封闭，可以保证钻孔过程中孔内涌水涌砂无法涌出。伴随普通型加重泥浆、纤维型加重泥浆或低强度灌浆材料通过钻杆内进浆并经由出浆管回浆，进行钻进工序作业。

在起拔时，先起拔钻杆，待钻杆全部通过一级密封装置后，将二级密封装置顶部顶压盖拆卸并取出二级封闭装置内胶球，后起拔钻具，待钻具全部通过板阀后且未全部通过一级封闭装置时，关闭板阀，将钻具全部拔出，起拔过程结束。

二级密封结构的设计，能够在钻具和钻杆尺寸存在差异的情况下，对二者均起到良好的密封效果。亦能够适应钻具和钻杆同口径的情况，此时，有两种处理方式：其一是，将一级密封装置内的第一胶球更换为与第二胶球同尺寸，整体孔口封闭装置的结构不会改变；其二是，无需下设第一胶球，仅利用二级密封装置及其内的相关组件即可，此时，可以省略一级密封装置的结构。

综上所述，基于二级密封结构的设计，本技术方案中的孔口封闭装置，一方面，钻孔作业下，能够保证起钻和下钻的过程中钻杆和钻具通过孔口封闭装置时都要达到封闭状态；另一方面，其适应性很强，能够适应不同的工作状况。

试验实施例：

经测量得到一钻孔内涌水压力为0.48mpa，基本接近泸定电站高水头下的最大涌水压力0.5mpa。将本实施方式中的孔口封闭装置安装在该钻孔之后，经过现场试验得出该孔口封闭装置能够有效的控制了钻孔过程中的涌水、涌砂情况。

请参考图4，本实施例给出一种高水头动水条件下钻孔方法的一种实施方式。

所述高水头动水条件下钻孔方法包括：如下步骤：

s1：在孔口处设置如上述实施例所述的孔口封闭装置，启动钻机钻孔；孔口封闭装置不限于上述实施例所述的孔口封闭装置的结构。

s2：当钻孔深度达到第一预设深度时，泵入普通型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔；

s3：当普通型加重泥浆的回浆量降低10-30％或回浆比重降低20-30％时，切换泵入纤维型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔直至到达第二预设深度。

本实施例下的高水头动水条件下钻孔方法，包括：s1、s2、s3。

可选地：所述普通型加重泥浆的配比为：膨润土：120份；重晶石250份；植物胶：40份。

可选地：所述纤维型加重泥浆的配比可为：膨润土：120份；重晶石3250份；植物胶：40份；聚丙烯纤维：10份。

可选地：所述纤维型加重泥浆的配比可为：膨润土：120份；重晶石3250份；植物胶：40份；聚酯纤维：20份。

其中：

在s1中，孔口处设置孔口封闭装置，用于在钻孔工序启动之前，初步对孔口进行封闭，以便于自孔口封闭装置内依次置入钻具、钻杆。泸定的首要难题是控制涌水涌砂，即在廊道内1311m高程底板上钻孔，直达1156m高程的覆盖层底部，深度150多米的钻孔过程中，保证孔内不产生大量不受控制的涌砂，孔口封闭装置恰能够起到防止涌砂装置的作用。本实施方式中的孔口封闭装置可采取上述实施例所述的孔口封闭装置。

在s2中，当钻孔深度达到第一预设深度时，泵入普通型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔。第一预设深度为经验数值，结合对地层情况分析，钻孔第一预设深度时往往出现涌水的情况，但涌水的情况并不相同。该第一预设深度的数值可以人为设定，因为本实施方式的目的在于：对钻孔孔壁进行了防护并打下基础，利于后续的整体钻孔过程，本实施方式采取预处理的技术思路。

本实施方式针对的作业情况是：钻孔至第一预设深度时，钻孔内有水但呈渗流状态，涌水量很小，泵入普通型加重泥浆以对此钻段的孔壁进行防护。在泵入普通型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔。

在s3中，随着钻孔的深入，泵入的普通型加重泥浆的回浆量降低10-30％或回浆比重降低20-30％，即表明此钻段的涌水量无法被普通型加重泥浆压制，而普通型加重泥浆对此钻段的涌水处理未起到效果，若任由该情况发展，钻孔孔壁的稳定性会受到影响。

s3中，普通型加重泥浆的回浆量降低10-30％或回浆比重降低20-30％时，切换泵入纤维型加重泥浆，此时泵入的纤维型加重泥浆相较于第一种加强泥浆而言含有纤维成分，故其纤维成分对该孔段可能存在的中等或中等偏大孔隙进行填塞能够在钻孔周边形成一个相对均匀的渗流场，保持钻孔的稳定，能够在此时钻孔深度所面临的条件下，对钻孔孔壁起到良好的防护效果，减少纤维型加重泥浆的损耗。同时监测纤维型加重泥浆回浆量和回浆比重，若其回浆量降低保持在10％以内且回浆比重降低保持在20％以内时，则继续钻孔直至到达第二预设深度。第二预设深度为目标孔深。

本实施方式给出的高水头动水条件下的钻孔方法，对于高水头动水条件的作业情况下钻孔过程中遇到的涌水情况进行充分的分析和考量，尤其是结合以往的作业经验，在钻孔至第一预设深度时，即泵入普通型加重泥浆以对涌水进行预处理压制，对钻孔孔壁进行了防护并打下基础，利于后续的整体钻孔过程。进入钻孔内的普通型加重泥浆进入循环，其会经由孔口封闭装置的回浆管循环至普通型加重泥浆回收装置，该回收装置能够测得普通型加重泥浆的回浆量和回浆比重。基于该回收装置测得的普通型加重泥浆的监测数据，若其回浆量降低保持在10％以内且回浆比重降低保持在20％以内时，则继续钻孔直至到达第二预设深度。随着钻具的深入，一旦泵入的普通型加重泥浆的回浆量降低10-30％或回浆比重降低20-30％，普通型加重泥浆对于与该数据对应的孔段内的涌水压制不力，切换泵入纤维型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔；若其回浆量降低保持在10％以内且回浆比重降低保持在20％以内时，直至到达第二预设深度。

本实施方式给出的高水头动水条件下的钻孔方法中护壁浆液根据涌水情况进行选择，连续切换；通过将储浆槽内的浆液变换，然后通过泵，通过输浆管，钻杆进入孔内进行切换。

请参考图5，本实施例给出一种高水头动水条件下钻孔方法的另一种实施方式。

所述高水头动水条件下钻孔方法包括：s1-s3；可选地，所述普通型加重泥浆的配比为：膨润土：130份；重晶石：3000份；植物胶：50份。

可选地，所述纤维型加重泥浆的配比为：膨润土：130份；重晶石：3000份；植物胶：50份；聚丙烯纤维：12份。

可选地，所述纤维型加重泥浆的配比为：膨润土：130份；重晶石：3000份；植物胶：50份；聚酯纤维：25份。

还包括：以下步骤：

s4：当纤维型加重泥浆的回浆量降低10-30％或回浆比重降低20-30％时，切换3d强度2.0-5.0mpa泵入低强度灌浆材料同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔。可选地，所述低强度灌浆材料配方为：硫铝酸盐水泥：105份；钠基膨润土：12.5份；碳酸锂：0.12份；水：100份。通常为：3d强度2.5-4.0mpa。

s5：当低强度灌浆材料的回浆量和回浆比重降低稳定于5％以内时，继续泵入低强度灌浆材料至预设时长后，切换泵入纤维型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔直至钻孔达到第二预设深度。

本实施例下的高水头动水条件下钻孔方法，包括：s1、s2、s3、s4，s5。

随着钻具的继续深入，钻孔深度逐步增加，纤维型加重泥浆同样会进入用于回收纤维型加重泥浆的回收装置，该回收装置对纤维型加重泥浆的回浆量和回浆比重进行监测，当纤维型加重泥浆的回浆量降低10-30％或回浆比重降低20-30％时，即表明涌水量激增，则有较大漏失孔段，需要切换泵入低强度灌浆材料。

钻孔内已经存在的纤维型加重泥浆中的纤维成分自然组合成为低强度快凝型纤维浆液，可有效地对较大漏失孔段进行充填、固结作用，保证孔壁稳定。泵入低强度灌浆材料之后监测其回浆量和回浆比重，鉴于低强度灌浆材料凝结时间短，当低强度灌浆材料的回浆量和回浆比重降低稳定于5％以内时，继续泵入低强度灌浆材料至预设时长后，需要切换泵入纤维型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔直至钻孔达到第二预设深度。

基于上述步骤，钻孔内的涌水得以有效控制，低强度灌浆材料在预设切换时长内，具体地，所述预设时长为5-10min。低强度灌浆材料所起到封堵效果能够得以强化。

请参考图6，本实施例给出一种高水头动水条件下钻孔方法的另一种实施方式。

所述高水头动水条件下钻孔方法包括：s1-s4；可选地，所述普通型加重泥浆的配比为：膨润土：120份；重晶石3500份；植物胶：40份。

可选地，所述纤维型加重泥浆的配比为膨润土：120份；重晶石3500份；植物胶：40份；聚丙烯纤维：8份。

可选地，所述纤维型加重泥浆的配比为：膨润土：120份；重晶石3500份；植物胶：40份；聚酯纤维：15份。

还包括：以下步骤：

s6：当低强度灌浆材料的回浆量和回浆比重降低稳定于5％以内时，继续泵入低强度灌浆材料至预设时长后，切换泵入普通型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔直至钻孔达到第二预设深度。

可选地，所述低强度灌浆材料配方为：硫铝酸盐水泥85份；钠基膨润土5份；碳酸锂0.04份；水90份。

本实施例下的高水头动水条件下钻孔方法，包括：s1、s2、s3、s4，s6。

泵入低强度灌浆材料之后监测其回浆量和回浆比重，低强度灌浆材料的回浆量和回浆比重降低稳定于5％以内时，继续泵入低强度灌浆材料至预设时长后，切换泵入普通型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔直至钻孔达到第二预设深度。

普通型加重泥浆的成分较少，成本更低，若低强度灌浆材料对较大漏失孔段的封堵着有成效时，可以将低强度灌浆材料切换为普通型加重泥浆。

基于上述步骤，钻孔内的涌水得以有效控制，低强度灌浆材料在预设切换时长内，具体地，所述预设时长为5-10min。低强度灌浆材料所起到封堵效果能够得以强化。

请参考图7，本实施例给出一种高水头动水条件下钻孔方法的另一种实施方式。

所述高水头动水条件下钻孔方法包括：s1-s2；

可选地：所述普通型加重泥浆的配比为：膨润土：120份；重晶石250份；植物胶：40份。

可选地：所述纤维型加重泥浆的配比可为：膨润土：120份；重晶石3250份；植物胶：40份；聚丙烯纤维：10份。

可选地：所述纤维型加重泥浆的配比可为：膨润土：120份；重晶石3250份；植物胶：40份；聚酯纤维：20份。

还包括：以下步骤：

s7：当普通型加重泥浆的回浆量或回浆比重降低30％以上时，切换泵入3d强度2.0-5.0mpa低强度灌浆材料同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔；

s8：当低强度灌浆材料的回浆量和回浆比重降低稳定于5％以内时，继续泵入低强度灌浆材料至预设时长后，切换泵入普通型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔直至钻孔达到第二预设深度。可选地，所述低强度灌浆材料配方为：硫铝酸盐水泥125份；钠基膨润土20份；碳酸锂0.2份；水110份。

本实施例下的高水头动水条件下钻孔方法，包括：s1、s2、s7、s8。

本实施方式中充分考虑了高水头动水条件对于地层的影响，当普通型加重泥浆的回浆量或回浆比重降低30％以上时，此种状态下，涌水现象严重，泵入第二种泥浆作为过渡已经无法解决，需切换泵入低强度灌浆材料，迅速处理较大的漏失孔段。当然，仍监测其回浆量和回浆比重。继续泵入低强度灌浆材料至预设时长后，切换泵入普通型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔直至钻孔达到第二预设深度。此外，低强度灌浆材料强度低，脆性大，对未来套阀管灌浆造成的影响较小，一旦出现意外时易于处理。

基于上述步骤，钻孔内的涌水得以有效控制，低强度灌浆材料在预设切换时长内，具体地，所述预设时长为5-10min。低强度灌浆材料所起到封堵效果能够得以强化。

请参考图8，本实施例给出一种高水头动水条件下钻孔方法的另一种实施方式。

所述高水头动水条件下钻孔方法包括：s1；

s9：当钻孔深度达到第一预设深度时，泵入纤维型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔；

可选地：所述纤维型加重泥浆的配比可为：膨润土：120份；重晶石3250份；植物胶：40份；聚丙烯纤维：10份。

可选地：所述纤维型加重泥浆的配比可为：膨润土：120份；重晶石3250份；植物胶：40份；聚酯纤维：20份。

s10：当纤维型加重泥浆的回浆量降低10-30％或回浆比重降低20-30％时，切换泵入3d强度2.0-5.0mpa低强度灌浆材料同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔；可选地，所述低强度灌浆材料配方为：硫铝酸盐水泥105份；钠基膨润土12.5份；碳酸锂0.12份；水100份。

s11：当低强度灌浆材料的回浆量和回浆比重降低稳定于5％以内时，继续泵入低强度灌浆材料至预设时长后，切换泵入纤维型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔直至钻孔达到第二预设深度。

本实施例下的高水头动水条件下钻孔方法，包括：s1、s9、s10、s11。

第一预设深度为经验数值，结合对地层情况分析，钻孔第一预设深度时往往出现涌水的情况，但涌水的情况并不相同。该第一预设深度的数值可以人为设定，因为本实施方式的目的在于：对钻孔孔壁进行了防护并打下基础，利于后续的整体钻孔过程，本实施方式采取预处理的技术思路。

本实施方式针对的作业情况是：钻孔至第一预设深度时，该钻孔段所面临的涌水量用普通型加重泥浆无法压制。泵入纤维型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔。随后，执行s10、s11即可。

本实施方式给出的高水头动水条件下的钻孔方法，对于高水头动水条件的作业情况下钻孔过程中遇到的涌水情况进行充分的分析和考量，尤其是结合以往的作业经验，在钻孔至第一预设深度时，即泵入纤维型加重泥浆以对涌水进行预处理压制，对钻孔孔壁进行了防护并打下基础，利于后续的整体钻孔过程。进入钻孔内的纤维型加重泥浆进入循环，其会经由孔口封闭装置的回浆管循环至纤维型加重泥浆回收装置，该回收装置能够测得纤维型加重泥浆的回浆量和回浆比重。基于该回收装置测得的纤维型加重泥浆的监测数据，若其回浆量降低保持在10％以内且回浆比重降低保持在20％以内时，则继续钻孔直至到达第二预设深度。

随着钻具的深入，一旦泵入的普通型加重泥浆的回浆量降低10-30％或回浆比重降低20-30％，纤维型加重泥浆对于与该数据对应的孔段内的涌水压制不力，切换泵入低强度灌浆材料同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔；当低强度灌浆材料的回浆量和回浆比重降低稳定于5％以内时，继续泵入低强度灌浆材料至预设时长后，切换泵入纤维型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔直至钻孔达到第二预设深度。

请参考图9，本实施例给出一种高水头动水条件下钻孔方法的另一种实施方式，包括：s1、s9、s10、s12。

还包括：以下步骤：

s12：当低强度灌浆材料的回浆量和回浆比重降低稳定于5％以内时，继续泵入低强度灌浆材料至预设时长后，切换泵入普通型加重泥浆同时监测其回浆量和回浆比重，继续钻孔直至钻孔达到第二预设深度。

可选地，所述普通型加重泥浆的配比为：膨润土：120份；重晶石3250份；植物胶：40份。普通型加重泥浆的成分较少，成本更低，若低强度灌浆材料对较大漏失孔段的封堵着有成效时，可以将低强度灌浆材料切换为普通型加重泥浆。

请参考图10，本实施例给出一种高水头动水条件下钻孔方法的另一种实施方式。

在上述各实施例中，钻孔至第二预设深度之后，还包括：以下步骤：

切换泵入套壳料，至孔底充满套壳料；

逐步起钻，并保持泵入套壳料至钻孔内充满套壳料；

起钻后，下设套阀管。

注入的套壳料，将孔内的普通型或纤维型加重泥浆顶出，进入孔内的套壳料对整孔进行了包覆，对整孔起到防渗作用且对起钻后下设的套阀管起到固定作用，以利于之后的灌浆程序。具体的，灌注套壳料起始于覆盖层钻孔步骤钻孔结束之后起钻之前，将护壁泥浆切换为套壳料，使得整孔注满套壳料，并在起钻过程中随时补充套壳料；起钻完成后向注满套壳料的作业孔内下设套阀管，最终自作业孔轴线沿径向向外形成套阀管-套壳料-孔壁的结构。与传统的先下套阀管、再在套阀管内靠近底端灌注套壳料相比，钻孔完成切换套壳料操作更方便，减少再去下塞注套壳料工序。在本申请的其他实施例中，也可以先下套阀管，再由套阀管靠近底端位置灌注套壳料，套壳料进入套阀管与作业孔的孔壁之间，将护壁浆液顶出，直到套壳料自孔口溢出。

可选地，所述套壳料配比为：硫铝酸盐水泥40份，钠基膨润土25份，碳酸锂0.02份，水100份。

可选地，所述套壳料配比为：硫铝酸盐水泥70份，钠基膨润土100份，碳酸锂0.1份，水100份。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。