一种基于微生物注浆技术封堵岩石裂隙的试验方法

摘要

本发明公开了一种基于微生物注浆技术封堵岩石裂隙的试验方法，其属于岩土工程技术领域，包括：步骤一：取具有裂隙的岩石样品，以裂隙贯通的表面为基面，沿垂直于基面的方向在岩石样品上钻孔取芯形成注浆孔，注浆孔与裂隙连通；步骤二：向注浆孔内注入设定体积的浆液，待浆液渗流设定时长之后，完成一轮注入；步骤三：重复步骤二，直至所述注浆孔内的液体表面不再下降；步骤四：对岩石试样进行养护；步骤五：在岩石试样上避开注浆孔的位置再次钻孔取芯，钻孔深度超过基面并获得岩芯试样，分析岩芯试样上的裂隙填充情况。借助注浆孔向裂隙内注浆，能够适用于隐藏在岩石内部的裂隙和水平延伸的裂隙，还能够用于岩石体积较大、裂隙延伸很长的工况。

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种基于微生物注浆技术封堵岩石裂隙的试验方法。

背景技术

地下储油洞库因其占地少、污染小而成为储存能源的重要方式之一。地下储油洞库必须具备密闭和稳定的条件，以确保油品安全储存不渗漏、不挥发。但由于长期处于地下水位以下以及受洞内潮湿环境的影响，裂隙水不同程度地向洞内渗透，对洞内储存物资和安全具有极为不利的影响。

为了提高洞库的密闭性，需要对岩石裂隙进行注浆封堵。目前封堵防渗的方法主要是注浆，常用的注浆材料有水泥浆液和水泥-水玻璃浆液。由于在注浆工作中，浆液的水灰比不同，造成浆液流动性不同。当需选用较大水灰比时，浆液在裂隙中的流动性变差，注浆就不能顺利进行，注浆压力就需要提高。但持续加大注浆压力，容易破坏岩体的整体性，使裂隙宽度进一步增大。因此水泥注浆的方式具有一定的局限性。

随着微生物注浆技术的迅速发展，通过微生物分泌的脲酶水解尿素生成铵根和碳酸根与外部供给的钙离子结合生成碳酸钙沉淀，生成的碳酸钙沉淀可以附着在岩石裂隙内部，对裂隙进行填充与封堵。

现有技术中在注浆时，将微生物浆液直接灌注到岩石的裂隙中，这种方式只适用于裂隙贯通至岩石的外表面，能够用肉眼看到，且裂隙大致沿竖直方向延伸的工况，不适用于隐藏在岩石内部的裂隙和水平延伸的裂隙，适用范围窄。此外，实际工况中岩石体积较大，裂隙延伸很长，从裂隙一端注浆的方式，浆液容易在裂隙中凝固，不会顺利流到裂隙的另一端，达不到完全填充和封堵裂隙的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微生物注浆技术封堵岩石裂隙的试验方法，以解决现有技术中存在的直接向裂隙中注浆的方式适用范围窄、不适合裂隙较大的实际工况的技术问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种基于微生物注浆技术封堵岩石裂隙的试验方法，包括：

步骤一：取具有裂隙的岩石样品，以所述裂隙贯通的表面为基面，沿垂直于所述基面的方向在岩石样品上钻孔取芯形成注浆孔，所述注浆孔与所述裂隙连通；

步骤二：向所述注浆孔内注入设定体积的浆液，待浆液渗流设定时长之后，完成一轮注入；

步骤三：重复步骤二，直至所述注浆孔内的液体表面不再下降；

步骤四：对岩石试样进行养护；

步骤五：在岩石试样上避开所述注浆孔的位置再次钻孔取芯，钻孔深度超过所述基面并获得岩芯试样，分析所述岩芯试样上的裂隙填充情况。

其中，在步骤二中，首先注入菌液和固定液的混合液第一设定体积，渗流第一设定时长之后，注入营养液第二设定体积，渗流第二设定时长之后，完成一轮注入。

其中，固定液为浓度0.05mol/L的CaCl

其中，所述第一设定体积与所述第二设定体积相等。

其中，在步骤三中，每重复一次步骤二，则比上一次延长所述第一设定时长和所述第二设定时长。

其中，所述注浆孔为盲孔，所述注浆孔的底部低于所述裂隙。

其中，在步骤二中，每注入一次浆液，待浆液渗流设定时长之后，将所述注浆孔内低于所述裂隙的位置残留的浆液吸出。

其中，在步骤一之后、步骤二之前，还包括：

向所述注浆孔内注水至没过裂隙，等待液面不再下降时，向所述注浆孔内注满水，并记录所述注浆孔内的水渗流完所需的第一时长。

其中，在步骤三之后、步骤四之前，还包括：

将所述注浆孔中残留的浆液吸出；

在步骤四之后、步骤五之前，还包括：

向所述注浆孔内注满水，并记录所述注浆孔内的水渗流完所需的第二时长。

其中，当第二时长大于最大设定时长时，则吸出所述注浆孔内残留的水并用水泥封堵注浆孔。

本发明的有益效果：

本发明提出的基于微生物注浆技术封堵岩石裂隙的试验方法，取具有裂隙的岩石样品，以裂隙贯通的表面为基面，沿垂直于基面的方向在岩石样品上钻孔取芯形成注浆孔，注浆孔与裂隙连通，向注浆孔内注入浆液，而不是直接向裂隙中注入浆液，能够适用于隐藏在岩石内部的裂隙和水平延伸的裂隙，适用范围更广。对于岩石体积较大，裂隙延伸很长的工况，可以在岩石上间隔开设多个注浆孔，以将较大的裂隙分成几个区域进行注浆封堵，能够达到完全填充和封堵裂隙的目的。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于微生物注浆技术封堵岩石裂隙的试验装置的示意图。

图中：

11、橡胶塞；12、液体瓶；13、蠕动泵；14、橡胶管；

21、裂隙；22、注浆孔。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

参见图1，本发明实施例提供一种基于微生物注浆技术封堵岩石裂隙的试验装置，基于微生物注浆技术对岩石裂隙进行封堵试验，包括橡胶塞11、液体瓶12、蠕动泵13和橡胶管14。在岩石样品上开设有注浆孔22，注浆孔22与裂隙21连通，橡胶塞11设置于注浆孔22的开口处，橡胶塞11上开设有通孔，便于与橡胶管14连接。液体瓶12用于盛放菌液、固定液、营养液等浆液，蠕动泵13通过橡胶管14将液体瓶12中的浆液注入注浆孔22内。

在此对液体瓶12的尺寸不作限制，可根据实际需要选择。蠕动泵13为现有结构，在此不再赘述；菌液、固定液、营养液等浆液是微生物注浆技术中常用的液体。

本发明实施例还提供一种基于微生物注浆技术封堵岩石裂隙的试验方法，包括：

步骤一：取具有裂隙21的岩石样品，以裂隙21贯通的表面为基面，沿垂直于基面的方向在岩石样品上钻孔取芯形成注浆孔22，注浆孔22与裂隙21连通；

步骤二：向注浆孔22内注入设定体积的浆液，待浆液渗流设定时长之后，完成一轮注入；

步骤三：重复步骤二，直至注浆孔22内的液体表面不再下降；

步骤四：对岩石试样进行养护；

步骤五：在岩石试样上避开注浆孔22的位置再次钻孔取芯，钻孔深度超过基面并获得岩芯试样，分析岩芯试样上的裂隙21填充情况。

借助注浆孔22向岩石的裂隙21中注浆，而不是直接向裂隙21中注入浆液，能够适用于隐藏在岩石内部的裂隙21和水平延伸的裂隙21，适用范围更广。对于岩石体积较大，裂隙21延伸很长的工况，可以在岩石上间隔开设多个注浆孔22，以将较大的裂隙21分成几个区域进行注浆封堵，能够达到完全填充和封堵裂隙21的目的。

在步骤一中，选取的岩石样品要具有天然的裂隙21，裂隙21宽度约为2.0mm，属于微张裂隙，便于进行试验。在此对钻孔直径不作限制，可根据实际情况设置，例如为32.0mm。

将橡胶塞11置于注浆孔22的开口处，橡胶塞11上的通孔与橡胶管14连接，蠕动泵13能够通过橡胶管14将液体瓶12中的浆液注入注浆孔22内。

注浆孔22为盲孔，注浆孔22的底部低于裂隙21。在进行钻孔之前，裂隙21与岩石样品的表面的距离无法精确获知，因此无法精确钻孔的深度。在钻孔时，需要先钻一段，然后取芯观察是否到达裂隙21处，若没有到达裂隙21，则再向下钻一段，再观察，直至取芯中有裂隙21，所以一般情况下钻孔的深度会低于裂隙21。

在实际工况中，对于岩石体积较大，裂隙21延伸很长的工况，可以在岩石上间隔开设多个注浆孔22，多个注浆孔22可以共用一个蠕动泵13，即蠕动泵13具有多个输入口和输出口，以同时向多个注浆孔22中注浆，提高注浆效率。

在步骤二中，首先注入菌液和固定液的混合液第一设定体积，渗流第一设定时长之后，注入营养液第二设定体积，渗流第二设定时长之后，完成一轮注入。

固定液为浓度0.05mol/L的CaCl

在此对菌液和营养液的成分不作限制，为现有技术，以使得裂隙21中能够产生碳酸钙沉淀为目的。

注浆速度为匀速，使得浆液缓慢充分地与裂隙21接触。在本实施例中，注浆速度可以是3.0ml/min，也可以是根据实际情况设置。

之所以间隔第一设定时长和第二设定时长，是为了使得浆液与裂隙21表面能够充分接触。第一设定体积和第二设定体积可以根据实际需要设置，在此不作限制。在本实施例中，第一设定体积和第二设定体积相等，均为500ml。

在步骤二中，每注入一次浆液，待浆液渗流设定时长之后，将注浆孔22内低于裂隙21的位置残留的浆液吸出，防止不同的浆液之间混杂。例如，在注入菌液和固定液的混合液第一设定体积，渗流第一设定时长之后，将注浆孔22内低于裂隙21的位置残留的浆液吸出，再注入营养液第二设定体积，渗流第二设定时长之后，再将注浆孔22内低于裂隙21的位置残留的浆液吸出。

在步骤三中，每重复一次步骤二，则比上一次延长第一设定时长和第二设定时长。之所以延长第一设定时长和第二设定时长，是因为随着注浆次数的增多，逐渐生产的沉淀会导致裂隙21的渗流能力减弱，需要更长的时间渗流。

为了便于观察裂隙21封堵情况，在注浆前后都进行注水，并比较注浆前后注水的渗流情况。

在步骤一之后、步骤二之前，还包括：

向注浆孔22内注水至没过裂隙21，等待液面不再下降时，则认为裂隙21中充满了水，此时向注浆孔22内注满水，使得注浆孔22内的水在重力的作用下渗流，并记录注浆孔22内的水渗流完所需的第一时长。

在步骤三之后、步骤四之前，还包括：

将注浆孔22中残留的浆液吸出；

在步骤四之后、步骤五之前，还包括：

向注浆孔22内注满水，并记录注浆孔22内的水渗流完所需的第二时长。此时裂隙21已经被封堵，注浆孔22内的水难以渗流，即第二时长大于第一时长，但是岩石上可能存在一些微小的孔隙，使得注浆孔22内的水的液面会下降，在此可以认为当第二时长是第一时长的N倍时，封堵效果较好，其中N具有一定的取值范围，在此不作限制。

可选地，当第二时长大于最大设定时长时，则吸出注浆孔22内残留的水并用水泥封堵注浆孔22，此时认为浆液对裂隙21的封堵效果较好。其中，最大设定时长可以根据实际需要设置。

在步骤四中，对岩石试样养护的时长不作限制，可以是7天。在步骤五中，通过分析岩芯试样上的裂隙21填充情况，即观察微生物生产物的分布，可以获知微生物注浆技术对裂隙21的封堵情况。

综上，通过在岩石上开设注浆孔22，并借助注浆孔22向裂隙21中注浆，能够适用于隐藏在岩石内部的裂隙21和水平延伸的裂隙21，还能够适用于岩石体积较大，裂隙21延伸很长的工况，适用范围更广。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。