浅析单动双管配合植物胶钻探在复杂地层勘察中的应用

摘要：在结构松散、破碎取芯困难的地层和对岩芯采取率、完整性有特殊要求的钻探，采用单动双管配合植物胶回转钻进工艺钻进，岩芯采取率大幅度提高，保证了钻探质量。因此在复杂地层勘察中，值得推广的。

Abstract:In the structure loose and broken formation coring difficulties and take rate and integrity have special requirements for core drilling, using single action double with vegetable gum drilling rotary drilling technology, the core recovery is improved greatly, ensures the quality of drilling. Therefore in the complex formation reconnaissance, worthy of promotion.

关键词：单动双管 植物胶 钻探工艺 复杂地层

中图分类号： P62 文献标识码： A

1、概述

地质钻探因其简便直观和资料可靠，而被作为工程勘察手段最基本的方法，其成果是进行工程地质评价和岩土工程设计、施工的基础资料，钻探质量的高低对整个勘察质量起决定性的作用。而钻孔取芯的完整情况，是钻探质量和反映岩土层空间分布准确与否的重要因素。

在工程实践中，通过对砂土层、碎石土层、软弱夹层、风化破碎岩层和断裂带等可钻性差的地层采用单动双管配合植物胶回转钻进工艺，钻孔采芯效果较好，钻探质量得到了保证。

2、单动双管钻具结构

单动双管钻具是一种外管转动，内管不转动的双层岩芯管钻具，钻进时冲洗液通过内外管之间构成的环形通道，可以防止冲洗液直接冲刷岩芯，由于其内管不转动，还可以避免钻具转动造成对岩芯的机械破坏，可使岩芯的采取率、完整度、纯洁性和代表性有很大的提高和改善。

这种钻具为了防止岩芯从岩芯管中脱落，一般设置爪簧、压卡装置、隔水球阀等构件，提高取芯的可靠性。为了避免从岩芯管中敲取岩芯对岩芯的机械破坏，内管一般采用半合管。

3、冲洗液的选择

钻探循环冲洗液主要起到护壁、排渣、和降低钻头温度等作用，冲洗液的选择对不同地层钻进至关重要。尤其是对结构松散、破碎取芯困难的地层和对岩芯采取率、完整性有特殊要求的钻探，传统的泥浆冲洗液无法使单动双管达到预期的效果，采用SM植物胶配合使用，效果十分明显。通过大量的工程实践，SM植物胶和普通泥浆在实际应用中有以下主要区别。

表1 普通泥浆和植物胶的应用区别

取芯质量 在泥浆循环过程中，泥浆通过向岩芯内部失水，在岩芯表面形成一层薄薄的泥皮，这层泥皮对岩芯起到保护作用，然而在泥皮形成过程中，岩芯已由泥浆的失水侵入而遭到破坏，甚至在形成泥皮前由泥浆的直接冲刷使岩芯更易散落产生机械破碎。 而植物胶液体在循环过程中，靠其本身的粘性迅速吸附在已钻出的岩芯表面上，由于植物胶本身是由非离子聚合物组成，分子链长而有很大的柔软性，具有较高的吸附能力及弹性，避免了冲洗液对岩芯的直接冲刷，基本保持了岩芯的原状结构，不易遭到机械破坏。

4、单动双管和植物胶配合使用注意事项

1）单动双管达到良好的单动性能需要满足内外管、异径接头、扩孔器和钻头各连接部分同心度好；螺纹质量合格、无松动、过紧，丝扣不漏水；隔水性能好，卡心牢靠；结构简单耐用；加工装卸方便。

2）钻头的合理选择，即可以加快钻进速度，又可以减小对岩芯破坏。根据不同的地层岩性，如砂土、砂砾石土及全风化、强风化岩石宜选用合金钻头；卵石土及硬岩宜选用金刚石钻头；

3）植物胶冲洗液配比合理，根据不同的场地，不同的地层结构，现场进行多次反复配比试验，使冲洗液达到最优配比；

4）浆液在使用过程中及时排掉循环槽中沉淀的岩粉和砂子，同时随着浆液不断消耗，粘度逐渐降低，要及时补充新的浆液。

5、工程应用实例

山东日照某工业厂房建设，位于山东省东南部黄海之滨的日照市，属于黄海冲积一级阶地，地层复杂多变，第四系地层以冲积砂卵石为主，地层中中粗砂夹层和透镜体发育，下伏基岩为花岗片麻岩。传统钻探工艺在此地层中，钻进困难，岩芯采取率低，岩芯原状结构破坏严重，空间界线不明（见图1、图3）。为了查清该穿越地层空间分布结构，对部分钻孔采取了双管单动配合植物胶冲洗液钻探工艺，在勘察中达到了非常好的取芯效果（见图2、图4）。

图1 常规钻探卵石取芯 图2单动双管配合植物胶钻探卵石取芯

图3常规钻探风化片麻岩取芯 图4单动双管植物胶钻探风化片麻岩取芯

6、应用优缺点对比分析

常规钻探工艺：1）岩芯采取率明显不足，尤其粗粒之间的充填物，被冲洗液全部冲走，无法判断充填物及充填状态；2）起钻时，易出现掉芯，取芯失败，影响对地层的判断，影响钻探进度；3）泥浆对孔壁的护壁作用较差，多有掉块、塌孔现象，处理不当易出现卡钻、埋钻等事故。

单动双管配合植物胶钻探工艺：1）在植物胶作用及内管保护作用下，岩芯采取率达到90%以上，比常规钻探取芯大幅度提高，同时对岩芯扰动小，基本保持了原状；2）取芯作业顺利，起钻时极少出现掉芯现象；3）植物胶良好的护壁效果得到了充分的体现，塌孔、掉块现象明显较少，极少出现卡钻和埋钻等孔内事故。

7、结论

大量的工程实践证明，单动双管配合植物胶冲洗液钻探工艺应用于结构松散、破碎取芯困难的地层和对岩芯采取率、完整性有特殊要求的地层具有良好的取芯效果，主要体现在以下几点：

1）基本保持了岩芯的原状结构，为地层准确空间划分提供直接依据；

2）大幅度提高了岩芯的采取率，完全达到了规范要求；

3）植物胶良好的护壁效果大大较少了孔内事故，提高了工作效率。

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