“水力压裂”技术在基岩帷幕灌浆中的应用

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1、广西水利水电GUANGXIWATERRESOURCES&HYDROPOWERENGINEERING2013(6)·施工技术·“水力压裂’’技术在基岩帷幕灌浆中的应用刘畅，蔡斌(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都610072)[摘要】针对高坝防渗帷幕施工中常见的“回浆返浓”现象，提出将能源开采行业广泛应用的“水力压裂”造缝技术引入到基岩帷幕灌浆中。利用范围、宽度可控的人造裂缝解决了传统水泥灌浆时由于岩石隐微裂缝发育造成的浆液清水失水，水泥颗粒剩余返浓情况，避免了细水泥、化学灌浆施工的固有缺陷，为帷幕灌浆施工提供了一

2、种新思路。【关键词】水力压裂；造缝；帷幕灌浆；回浆返浓；细水泥；裂缝[中图分类号】TV543【文献标志码】B【文章编号】1003—1510(2013)06—0023—03用于石油和天然气行业。原理是利用高压通过钻1问题提出孑L快速向基岩挤注压裂液(压裂液的注入速度需超帷幕灌浆是指在岩石或砂砾石地基中，用深孔过岩石的吸收能力)，在孔壁形成超过岩石破裂压灌浆方法建造一道连续防渗幕，以阻止或减少地基力的压力，岩石被拉张产生裂缝。继续持续向基岩中地下水的渗透，并降低渗透水流对挡水建筑物的挤注压裂液，裂缝继续向内部扩张。为保持裂缝处

3、扬压力。随着水电工程规模不断增大，一大批200in于张开状态，接着向岩石挤入带有支撑剂(如石英级别以上高坝大库工程陆续上马，使得帷幕灌浆孑L砂)的携砂液，携砂液进人裂缝之后，一方面可以使深、灌浆压力越来越大，帷幕灌浆难度随之增大。裂缝继续向前延伸，另一方面可以支撑已经压开的目前在帷幕灌浆中常遇到的问题有：灌浆过程中普裂缝，使其不至于闭合。再注人顶替液，将孔内携遍出现的“回浆返浓”现象；地基承压水涌水现象；砂液全部顶替进入裂缝，用石英砂将裂缝支撑起局部地质缺陷造成的渗透耐久性问题等。其中尤来。最终，在孔壁得到一系列长、宽、高

4、不等的裂以“回浆返浓”现象最普遍，对帷幕灌浆防渗质量缝，以提高石油、天然气或者页岩气的产量。(透水率)影响最大。2．2水力压裂受力模型“回浆返浓”现象，普遍认为原因是由于岩体中广泛存在的隐微裂缝发育，造成浆液中清水流失而／水泥颗粒无法进入隐微裂缝造成。传统处理方法不是侧重于施工过程控制及工序改进而是改变灌浆材料。例如增加一排帷幕灌浆孑L、适当增大灌浆压力、改用细水泥灌浆等。但某些工程在采用细水O泥灌浆后仍然无法能达到规范要求的渗透系数，而图1水力压裂受力示意图化学灌浆又由于造价昂贵、工期较长等原因无法大规模应用。因此，亟需

5、引入一种新的施工技术解决钻孔后由地应力形成的距离孑L中心距离r处的帷幕灌浆中的“回浆返浓”问题。孔壁应力为：2水力压裂技术半(+等)一半()cos22．1原理介绍假设>Or，，当r=o时，(oo)⋯=()0_l盼=“水力压裂”产生于2O世纪4O年代末，广泛应【收稿日期】2013-07-05【作者简介】刘畅(1982一)，男，四川成都人，中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，工程师，硕士，主要从事水利水电工程设计结构设计。23刘畅，蔡斌：“水力压裂”技术在基岩帷幕灌浆中的应用30"一；基础地质数值模型。初步选取压裂液和支撑剂，

6、水注人压裂液后在孔壁产生拉应力P，若不考虑电行业中压裂液通常为水，支撑剂通常选用石英砂。压裂液滤失，当孔壁产生的拉应力大于岩石抗其次在坝基选取具有代表性试验孔D506，进行小型生产性压裂试验(部分试验成果见表1)。得到拉强度后，钻孑L在A、B两点沿方向产生裂缝各高程段的岩体破裂压力值、裂缝重张压力、瞬间并扩展。()=(3一一>(裂缝产生条件)闭合压力、裂缝方位以及压裂液滤失系数、减阻率等。根据所得资料进行滤失分析、磨阻分析、应力在地应力及岩石力学特征允许的情况下，利用校正和初步“水力压裂”设计。将前面得到的参数人工形成范围

7、、宽度等可控的裂缝，解决某些地质代人GDK数值模型，优化施工参数，完成水力压裂区域岩石隐微裂缝发育造成的“回浆返浓”现象，确方案设计。保帷幕灌浆质量(见图2)。表1某水电站坝基D506孔水力压裂试验孔部分结果摘录压裂段压裂参数／MPa应力值，MPa裂缝壁：堡!方位／。79．38—79．98／7．054．650．780．87／6．054．6586-30—86．90／7．695．030．850．93，6．465．O398．89—99．4921．8711．6l7_8l0．971．0610．2610．767．81N50。W100．

8、96—101．5613．538．786．310．991．084．759．076．31N52。W109．17—109．7715．518．676．391．071．166．849．346．39N61。W115．44—116．0418．239．496．831．131．228．749．786．83N55。W123