跟管回转钻进结合超重型动探在卵石层钻探中的应用

摘要：卵石层在钻探界历来被称为最难钻进的地层之一。它具有硬度大、成分复杂，容易漏浆等等特点。根据我公司多年钻探工作经验，介绍一种新的卵石层钻进方法―跟管回转钻进结合超重型（N120）动探的钻探方法，并结合工程实例具体介绍这种方法的工作原理、方法及注意事项。

关键词：卵石跟管回转超重型（N120）动探

1.跟管回转钻进与超重型动探（N120）相结合的钻探方法及原理

1.1跟管回转钻进工艺原理及方法

在卵石层钻进中，为了保证钻探进尺，避免重复破碎的恶性循环，钻进工艺首先要保证护壁，其次是堵漏，跟管回转钻进就可以解决这一问题，使得钻头切削刃有效的发挥其作用。

先用比较大的规格（Φ146mm、Φ127mm）的岩心管开孔钻进，并且钻进完毕后将其作为孔内底部的第一节套管而不提钻，接着用小两级的（Φ108mm、Φ89mm）岩心管将套管内的卵石淘尽并进尺超过套管底部一定深度，然后加接套管用锤击或震击的方法下入套管，如此反复循环直到套管下入指定深度，从而达到护壁堵漏的效果。

1.2主要特点

1.2.1套管跟进护壁，防止孔壁坍塌，减少卵石的重复破碎，增加钻头切削刃的利用率，提高了钻进效率。

1.2.2套管跟进护壁，防止冲洗液漏失，套管跟进钻进过程中可用清水钻进，这样可以减少水和泥浆的消耗量，降低钻探成本。

1.2.3利用钢丝钻头卡心，岩心采取率较高，便于地层描述和鉴别。

1.3超重型（N120）动力触探

为了弥补跟管钻进工艺的不足，同时便于对比分析，为取得更准确的地质资料提供更多的依据，当卵石层较密实或砾径较大时可在跟管钻进时配合超重型（N120）动力触探试验，这样既可取得卵石层的密实度、初步判层等资料，又可以将卵石层击碎一部分便于钻进，从而提高钻进效率。

1.3.1基本原理

动力触探就是使用一定质量（重型63.5kg, 超重型1205kg）的重锤将标准规格的探头打入地层中，记录每进尺10cm时的锤击数，来反应地层对探头的阻力，并以此来作为评价地层工程地质特性的依据。

1.3.2 主要特点

a探头在结构复杂的卵石地层中主要以挤压和剪切两种方式进尺，贯入阻力大小悬殊，遇见大漂石直线上升，反应在动探曲线上的不规则，因此资料使用时应多孔对比并于回转钻进情况对比，综合考虑取准资料。

b动探结果可以判定地层的密实度，并且从动探曲线上可以清楚的区分土和砂夹层，弥补钻探的不足。

c操作简便，准备辅助工作少，进尺快，成本低。

将跟管回转钻进工艺与超重型动力触探有机结合应用到卵石地层中，有效地解决了钻进困难、进尺慢的问题，提高了钻探效率。

2.工程实例

2.1地层情况

本场地层按自上而下的顺序可分为如下几层：第①层：杂填土，灰黑色，主要由煤灰、炉渣、粉质粘土组成，含碎砖、灰屑等杂物，结构松散，平均厚度1.23m；第②层：含卵石粉质粘土，褐黄色，可塑，含卵石，含量约占30%，平均厚度1.0m；第③层：卵石，棕红色，湿，中密，卵石主要成分为石英岩，次圆状，直径约5-100mm，含量约为60-80%，卵石间充填红褐色的粉质粘土、粗砂。位于地下水位以下，孔壁易坍塌，漏浆，平均厚度11.8m。

2.2跟管回转钻进工艺与超重型动力触探在本工程的应用

2.2.1钻探设备

本工程采用日本利根公司生产的TOP-SH型全液压综合工程钻机。同时结合N120动力触探设备：120kg自动落锤，Φ50mm钻杆，1m单根的钻杆多根，便于动探接杆。

2.2.2钻探工艺

第①层杂填土、第②层含卵石粉质粘土可以采用常规方法钻进。第③层卵石土层可采用跟管钻进工艺结合超重型动力触探试验。下面具体介绍这种工艺在钻进第③层卵石土层中的应用。

a用3m长的底部带镶焊大八角的合金钻头的Φ146mm岩心管回转、泥浆循环钻进，直到合金磨损不进尺为止。

b卸开Φ146mm岩心管的螺丝头，岩心管就放在孔内作为第一根套管，下入带有钢丝的Φ110mm合金钻头，用Φ108mm岩心管钻进，使得Φ146mm套管内的残留卵石掏干净，再下入一般钻头钻进使得进尺深度超过套管底部1.5-2.0m左右。

c提上Φ108mm岩心管钻具，接上一段和进尺稍短的Φ146mm套管，上螺丝头，用120kg自动落锤使套管下入相应位置。

dΦ146mm套管下到上次进尺稍上一段的深度位置，下入过程中，套管底端钻头刮掉孔壁的的卵石进入套管内，又要再下入Φ108mm岩心管进行钻进，如此循环，直到套管穿过该层为止。

2.3 钻进中应注意的事项

2.3.1Φ110mm和Φ91mm钢丝钻头，是在相应合金钻头上距离底部50mm左右位置钻4-6个孔（孔径的大小根据钢丝绳的直径而定），截取长度相当于直径2/3长度的钢丝绳段，插入孔内由外面电焊固定牢， 注意焊点要平，不要突出外径太高，然后把钢丝绳拆散，使钻头内部成交叉的钢丝网。

2.3.2钢丝钻头捞取套管内部残留的岩心时注意回次时间不要太长，转速不要太快，以免钢丝绳磨掉或失去弹性，失去封底取心作用。

2.3.3钻头合金的刀尖角要小，可将其在砂轮上打磨使其刀尖角增大，增加其抗磨抗崩强度，也可以在各组合金中间布置倒过来正镶的合金。

2.3.4卵石层中钻进速度一定不能太快，压力也不要太大，否则合金会很快崩断，降低其使用寿命。

2.3.5动力触探时，重锤击打时，重锤与钻杆连接的丝扣部位经常松动，所以要经常紧扣。

2.3.6锤击频率以每分钟15-30击为宜；遇到大漂石久击不进，要移孔重钻。

2.3.7 操作人员和机前钻工要紧密配合，精神集中，确保人身安全。

参考文献：

【1】工程地质手册（第四版） 2 《建筑工程地质钻探技术标准》GJG87―92

作者简介：魏本伟，男，河南省罗山县人，1966年5月出生，高级工程师。