新疆叶尔羌河深厚覆盖层跟管钻进工艺实践

摘要： 跟管钻进技术是对付覆盖层钻进的有效方法之一。本文主要介绍深厚覆盖层跟管护壁钻进结构设计及钻探总结。

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关键词： 覆盖层；跟管；钻孔结构；孔内爆破

中图分类号：P633.2 文献标识码： A

1.工程概况

某坝址区主要出露石炭系地层，以灰岩、白云质灰岩，页岩为主（可钻性分级为Ⅵ级），具微岩溶现象，坝址构造结构面发育，未发现大规模断裂构造。河床覆盖层主要为冲积砂砾石层，以Q4al为主，两岸山脚下有Q4pl层，主要以卵砾石层为主，且漂卵砾石含量高，层中有Q2胶结层。目前勘探最深覆盖层为93m。

2.钻孔结构设计

根据钻孔任务书的孔深、覆盖层的厚度、地层情况及施工经验确定不同的钻孔结构，包括开、终孔孔径及变径的深度。由于地层漏失严重，因此采用跟管工艺。

以孔深120m、覆盖层厚60m为例，开孔用SDφ110mm钻具钻进，6寸套管下入深度为15-20m，φ133mm套管下入深度为40-45m。SDφ94mm钻具钻进，φ108mm套管下入深度为60m。基岩用SDφ94mm钻具钻进或单动双管钻具钻进。

以孔深80m、覆盖层厚40m为例，6寸套管下入深度为10~15m，φ133mm套管下入深为40m。

以孔深80m、覆盖层厚20m为例，φ133mm套管下入深为20m。

3.覆盖层钻进工艺

钻进—--放炮----打套管—--取心—--基岩钻进取心—--起拔套管。

覆盖层钻进采用金刚石SD系列钻具（内管为半合管）钻进；冲洗液选用植物胶液；护壁采用钢质套管（多级），套管的跟进采取先放炮后打套管跟进。套管采用反丝套管，如果是正丝套管，套管顶部应固定牢靠。

钻头选用无锡皇冠牌或成都李工牌，钻头的选择参数根据卵砾石的粒径、含量和岩性而定。

3.1钻进参数的选择

SD系列钻具植物胶钻进参数“九字方针”为“高转速、小压力、小泵量”。见下表表3-1。

钻进参数表表3一1

孔径（mm） 钻压

（KN） 转速（r/min） 泵量（L/min） 泵压

（MPa）

φ110 6~8 500~600 30~40 ＜0.5

φ94 5~7 600~800 15~30 ＜0.5

φ77 4~5 600~1000 10~20 ＜0.5

3.2施工技术要点

⑴钻压的控制要以施加到孔底钻头底部的压力为准，对孔内钻杆和钻具要进行称重，可选择增、减压钻进。根据覆盖层内卵砾石的含量和粒径、组成的岩性及含砂量的不同，要对钻压做适当的调整，结合钻进速度的不同和取心质量，选择合理的钻压。地层内卵石粒径大、含量高、可适当增加压力；粒径小，含量低，可适当减小压力。同时根据孔内上返岩粉的情况判断孔内钻进地层情况，如上返的岩粉含砂量大，钻进平稳，这可能钻进到了细颗粒地层或砂层，就要降低钻进压力。一般钻进压力为常规金刚石钻进压力的三分之二。

⑵钻速的控制原则上是高转速，但要视钻机的钻进能力和动力保证能力而适当调整，能开高钻速的要开高钻速。

⑶泵量的控制主要通过变量泵的变级和孔口循环胶管上的三通控制。主要是通过泵的变级控制，因为三通控制在孔内不返浆的情况下是否有足够的浆液到达钻头底部不能完全判断，可能造成烧钻事故。目前没有小变量泵，可通过柴油机调节或减少变量泵的缸数来控制泵量。

⑷在钻进下钻前，要对钻具的单动性进行检查，单动轴承要，钻具、钻杆内水路要畅通，钻具的内外管间、内管内要干净并加油。钻头与卡簧座的间隙要合适（覆盖层钻进间隙为3mm～5mm）。卡簧要选择好，钻覆盖层的卡簧与钻基岩的卡簧要区别开，卡簧在卡簧座内要能上下活动。同时，根据钻头金刚石底唇内径的磨损情况选择不同的卡簧，新的、内径磨损少的钻头选用新一些的卡簧，旧的、内径磨损多的钻头选用磨损过的卡簧，内管是半合管的钻具最好有两套，交替使用，这样既保证了对钻具的检查和保养，又节省了时间，提高了钻进效率。钻头可排队使用，既可内径磨损不同的钻头排队使用，也可不同胎体硬度的钻头排队使用。钻进中如果不进尺，就是提钻。

3.3孔内爆破

⑴覆盖层钻进孔内爆破是提高钻进效率的重要技术因素。如果地层不漏失、不塌、不掉块可多裸孔钻进一些（有时地质有要求）；如果地层漏失，就要勤放炮、勤跟管，钻具出套管距离以1.5m左右为宜。根据炸药爆炸能量的不同，选择不同的装药量，装药原则要能保证炸开孔壁，套管打入顺利。炸药包的长度根据钻具出套管的长度而定，装药长度和药包的间距要保证全部裸孔段都能受到炸爆危力的覆盖。

⑵爆破材料必须进行防水处理，药包外径宜小于套管内径20mm，防水处理可用塑料布，胶布对药包进行包裹，也可炸药、雷管装入固定的容器内，但药包的配重一定要够，爆破导线的连接一定要牢靠、通畅。爆破药包必须由持证人员在距离钻场50m以外安全范围进行制做作业，并且附近不能有引爆源。

⑶往孔内安放药包前必须要核对套管的长度和套管顶部离地面的长度及孔内沉淀，要确保药包放到孔底，药包顶部距离套管底部的距离不能少于0.5m，交接班时一定要交接清楚放炮的有关情况。

⑷药包与孔口的安全距离，在水下作应大于3m，干孔应大于5m。

⑸孔内盲炮处理：胶质炸药应下小型药包引爆，硝铵炸药可钻坏药包使之溶解。

4.基岩钻进

基岩采用金刚石单动双管或内管为半合管的钻具钻进，冲洗液为清水或无固相泥浆。钻头选用无锡皇冠牌或成都李工牌厚胎体钻头，钻头胎体硬度20~45HRC，金刚石粒度40~60目。在中硬的、均质完整的岩层中，用粗粒中硬度的金刚石钻头（30~40HRC），在硬的、破碎的岩层中用细粒的金刚石钻头；在强研磨性的岩层中用高硬度胎体的的钻头（35~45HRC），在弱研磨性的岩层中用低硬度的钻头（20~30HRC）。

钻进技术参数的选择要合理。钻压、转速、泵压和泵量等技术参数应随调整，以取得最优的技术经济指标。为了保证钻头胎体的切削线速度，要及时调整钻进参数。钻头直径越大钻压就要大，钻速就要低，泵量就要大。反之，钻头直径越小，钻压就要小，钻速就要高。具体钻进参数 见下表表4一1。

钻进叁数表表4一1

孔径（mm） 钻压（KN） 转速（r/min） 泵量（L/min）

φ94 10~16 350~700 50~80

φ77 8~14 400~800 45~70

基岩钻进尽可能保证钻杆与孔壁的环状间隙，以保证岩粉的上返速度，冲洗液的选择最好是清水。若钻速达不到钻进要求，可加入增粘剂，如纤维素、水解聚丙烯酰胺、皂化剂等。聚丙烯酰胺的配制加量为0.1%（干粉重量比），拌制方法为：拌制前先在干粉中加入少许柴油后再倒入搅拌机中，拌制好后浸泡12h倒入泥浆池中，泥浆池中的浆液浓度可根据具体情况调整，但要保证钻速和孔内岩粉的上返。纤维素的拌制加量为5~10%（干粉重量比）。

一般选双管钻具钻进，若遇岩心破碎、采取率低，要改用内管为半合管的钻具钻进。

若遇钻头打滑地层，可选用金刚石的品级高、粒度细、浓度低、胎体硬较低的钻头钻进，并适当提高钻压，降低转速。也可减少冲洗液量或在冲洗液中加入研磨颗粒，促进钻头自锐，还可采用砂轮片磨锐金刚石钻头后钻进。

5.钻探总结

由于正确设计了钻孔结构、选择了适宜的钻进参数，采用SD系列单动双管金刚石钻具配合植物胶金刚石钻进新工艺，快速钻穿了90m的覆盖层，并用无固相泥浆钻进40m基岩，平均取心率95%以上。顺利完成了钻探施工任务，为今后进行类似地层施工积累了经验，为覆盖层中应用金刚石钻进工艺创造了良好条件。

参靠文献

[1] 中国地质大学。钻探工程学[M]。武汉：中国地质大学出版社，1987.

[2] 云南、湖南、江西地质技工学校合编.钻探工艺[M].云南:地质出版社.

李刚 ，新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队，工程师（2006年初通过），从事钻探、开挖、岩土工程施工技术26年（1988年参加工作）。专业：地质、施工、安全技术。专长：地质勘察、测量、安全技术、爆破、桩基、水井、边坡处理、灌浆、防渗墙、桥涵、渠道、道路等安全施工技术及技术咨询服务。