不同地质钻探技术规程浅析

不同地质钻探技术规程浅析

杨能吐

江苏省地质工程勘察院

摘要：岩芯钻探除地质勘察方面广泛应用外，随着钻进方法，技术装备的不断革新，还广泛用于地质普查，矿山勘探，水文水井钻探油气井钻探，盐井，矿泉水钻探地热钻探，其它技朮钻孔等。

岩芯钻探的方法有：冲击钻进，冲击迴转钻进，振动钻进。根据冲洗液循环方式，取芯方法，钻孔角度等不同，还可分成清水钻进，泥浆钻进，空气循环钻进，以及特种乳化液，混和液钻进，正循环和反循环钻进，提钻取芯和不提钻取芯钻进，直孔钻进，斜孔钻进，水平钻进，定向钻进和多孔钻进等，钻探又是采取岩土样和进行原位测试等必不可少的辅助手段，对于不同岩土层应采用何种钻进技朮规程是关系到勘察资料准确性应具有的必要条件，特别对深厚的碎石土，砂土，卵石，大漂块石，岩层破碎，软硬不均成分复杂及岩溶等复杂地层，钻探技术若不过关，就不能准确揭露地层结构，无法获取岩土的客观物理力学性质指标参数，导致一些虚假的地质信息，导致建（构）筑物的安全隐患，严重影响工程建设质量，造成不必要的浪费。

关键词：地层；钻进方法；技术规程

一、钻进方法由护壁堵漏技术和层位来确定

1、钻进方法主要有螺旋冲击，迴转钻进，在实际施工中常用冲击迴转钻进综合运用

2、护壁堵漏技术常用的主要有，泥浆护壁和套管护壁

3、钻进，护孔，取芯三方面要同时考虑，在松软破碎裂隙发育的地层钻进时，护孔尤其重要，因为冲洗液对岩芯破碎比较厉害，尤其对孔壁的稳固性有很大影响，会导致孔壁坍塌，严重影响工程质量。现结合以下几种地层条件组合类型对钻探技朮进行分析。

二、上层硬性土，下伏较完整基岩

首先应保证钻机平稳钻孔垂直度，上部可釆用给水迴转钻进，在钻进至粘土层，含粘土矿物的地层时，粘土变为岩粉进入泥浆，在不断的循环运功中，粘土矿物膨胀，水化，分散越来越细，使泥浆不断稠化，甚至不能流动，粘度、切力增加，比重含砂量上升，失水量稍有降低，极易引起孔壁吸水膨胀，缩径，泥包，净化困难，压力激动和抽吸作用严重，蹩漏地层，动力消耗增大等现象，因此，钻进过程中应加水稀释，加稀释剂处理，同时加降失水剂，既能保持孔壁稳定，取样方便，同时可满足孔内取样等原位测试。

钻进至基岩时，岩层由于本身矿物成分，内部结构不同，受成因条件及地质作用的影响而表现岀许多特点，有岩石致密坚硬，有的岩石结构粗燥，具有非常強的研磨性，有的岩石具有可塑性，有的岩石非常松散，破碎，也有的岩石虽然很坚硬，但节理裂隙非常发育。不同性质岩石对钻进效率，钻孔质量和钻孔稳定性都有很大影响，应此了解和认识岩石的物理机械性质，以釆用合理的钻进方法和钻进规程很重要。硬质合金对4—6级完整中等硬度岩石中，在转速、泵量不变的情况下，在－定范围内钻进效率随钻头压力增大而提高，钻进较硬的岩石，采用较大压力，松软的岩石，采用较小压力，研磨性強的岩石采用大压力，钻进有裂隙的岩石，合金易崩刃压力应比正常地层降低20%—30%在倾角大的岩石钻进时也应适当减少压力，以防孔斜。正常钻进时应保持压力均匀，不能无故提动钻具，发现岩芯堵塞，蹩泵等异状，立即处理，处理无效马上提钻。钻进过程中发现进尺变慢或不进尺时，不能釆取加大压力和转速的作法，以防合金过早磨纯或崩刃，合理掌握回次进尺，确保岩芯采取率。

钻进时转速的确定要根据岩石的物理机械性质，钻头的特点，孔径和孔深及设备能力钻具状况等因素来考虑，岩层较软可采用较高转速，反之岩石硬或研磨性大，就不能依靠增加转速来提高钻进效率，钻孔直径大，钻孔深，钻进时阻力大也不宜用高转速，只有小口径才适合釆用高转速，转速的大小应考虑到钻进设备的能力和钻具的强度。

钻进时，合理控制好泵量，泵量大，清除岩粉和冷却钻头的能力強，钻进效率高，一般是有益的，但过大则会引起流动循环阻力相应增大，增加泵的负载，功力消耗增大，同时会产生钻具上漂力量，抵消钻压、降低钻速，在脆碎岩层容易造成岩芯堵塞，软岩层中冲毁岩芯，影响质量。在松软破碎，裂隙发育的地层钻进时，冲洗液对岩芯破碎是比较厉害的，对孔壁稳固性也有很大影响，严重时会导至孔壁坍塌，因此在钻进这种地层时应釆用较小的冲洗液量，在钻进过程中泵量的大小应依据钻进中单位时间内产生的岩粉量和孔深，孔径而定。

使用金刚石钻进，应根据岩层和设计孔深等情况，排队轮换使用，外径先大后小，内径先小后大，以保证扩孔器和钻头能正常下至孔底，避免扫孔和扫残留岩芯，每回次开始钻进时，金刚石离孔底0.2米－0.3米用低转速100转/分，轻钻压（不大于常压的1/3）慢钻0.1米左右，待钻头与孔底相适应后，再用正常钻压，转速钻进，金刚石钻进一般软岩压力小，硬岩压力大，破碎地层压力小，大颗粒金刚石钻压比小粒的钻压大，金刚石质量好的比差的钻压大，金刚石多的比少的钻压大，在岩层比较完整，钻具稳定运转的情况下，可尽量采用高转速，钻速成正比增加，钻进过程中金刚石磨钝钻速遂渐下降，钻压在一定小范围内可由小渐增。

金刚石钻进必须予防钻具強烈震动，震动的有害影响非常明显，表镶钻头金刚石碎裂，崩落，孕镶钻头金刚石层和胎体震裂或异常磨损，增加金刚石耗量，降低钻头使用寿命，机械钻速降低，造成岩芯堵塞，采取率降低，钻杆事故增多，为实现高转速钻进，在钻进过程中应采取予防措施，钻具级配合理，减少钻具与孔壁或套管内壁的环隙，以减少钻具径向震动。不宜采用过大或过小压力，以减少钻具轴线等震动。

孕镶钻头在钻进过程中，在胎体性能合适的情况下，保持钻压平均钻速均匀。岩石破碎，尤其是硬脆地层，使用表镶金刚石不宜用高速，以防金刚石损坏，金刚石钻进时，一般转速高，对冲洗液冷却钻头的作用要求很高，只要钻头在迴转，孔底就不能断水，冲洗液尽量使用清水，清水对冷却钻头效果好，若地层复杂，确需要用泥浆时，配用粘度较小17—18秒，含砂量不大于4％的优质泥浆，宜控制在小于1％，随时做好泥浆净化工作。

三、上部层砂性土，下伏基岩较完整

必须采用泥浆迴转钻进，砂性土是松散，含水量大，在钻进沙层时，大量细砂进入泥浆，岩粉地面净化不良，含砂量、比重剧増，粘度、切力略有上升，失水量增加，泥皮厚而松散，易造成净化困难，水泵磨损严重，如果泥浆比重小，钻孔内液柱压力小于含水层压力时，含水层内的水就会侵入泥浆，甚至发发涌水，谈水侵入会造成稀释，比重、粘度切力都下降，失水量增加，矿化水侵入，除水的稀释作用外，还有盐对泥浆的污染，造成比重下降，粘、切力升高，失水猛增，泥皮变厚，PH下降，再加上钻进中受钻具的撞击，冲洗液的冲刷及重力的影响，孔壁很不稳定，孔壁及易坍塌，孔径增大，孔壁岩粉急剧增加等现象，造成下钻不到底，埋钻，所以应立即采用改善冲洗液质量，增大比重以平衡孔壁，采用高比重粘度泥浆。比重1.2以上粘度30＂左右，钻进时并加入失水剂以改善泥皮质量，平衡孔壁，并减缓地下水流动，砂土层厚时，应及时遂级更换优质泥浆，尽量采用短管外肋骨钻头，可减弱提下钻时对孔壁的抽吸作用，泥浆应及时回灌以增加浮力，钻进时，轻压、中转速、中等或较大泵量。遇孔内缩径是粘土矿物质吸水膨胀的结果，导致钻具起下困难，采原状土样时取土器沉降阻力大，改变方法，降低泥浆失水量，增加泥浆控制性，采用肋骨式取芯钻或可向上扫孔的合金钻头，注意修孔，保持孔径规则，岩层可采用硬质合金，针状硬质合金，金刚石钻头迴转钻进，完整致密的岩石可釆用硬度45～50，浓度180～195，粒度40／80电镀金刚石钻头。极坚硬，弱研磨性的打滑地层，选用硬度18～22，浓度95～105，粒度40／80的高效钻头，控制每转切入量，钻压随切入量的需要而改变，操作时随时观察钻进的速度变化及时调整钻压和转速，始终保持－个最优的量值上基本恒定的钻进速度。

四、上部层硬粘性土，下伏基岩含洞穴

岩溶地区其上部多层硬粘土，下部溶洞多发育，上部硬土层可采用给水螺旋、迴转钻进，大泵量，高转速，勤提动钻具，下部溶洞可通过充填过水通道，缩小经过水断面，增加流动阻力，减少浆液流失，采用堵塞加固，投粘土球，EQC快干水泥护孔堵漏，下套管隔离，封闭等方法，在破碎发育的地层钻进，由于孔壁自由面上应力失去约束，可能产生孔壁的破坏和不稳定，出现掉块、坍塌，也有可能漏失或涌水，对付这种地层泥浆必须具有良好的造壁能，失水量和泥皮厚度要小，应控制好泥皮质量，要求泥皮薄而韧，切忌厚的松散的泥皮，厚的泥皮附壁能力差，易堵死环状间隙，由于抽吸极易脱落，引起掉块或坍塌，应适当提高比重，同时保证比重穏定，避忽高忽低，粘度也应适当提高，对不同程度的漏失地层，因孔壁失去液柱的平衡压力，首先应考虑防漏，根据实际情况，可釆用不同性质的优质泥浆做冲洗液。沒有漏失提高比重，轻微漏失提高粘度或用堵漏泥浆，严重漏失先堵漏。

五、上部层碎石土层，下伏基岩较完整

碎石土层多为河流冲积，硬质岩石风化，急流冼积或人工堆积等形成，无粘性土，卵砾石层以至整个碎石土层，块大而硬，松散无粘结，钻进时钻具在孔内的迴转和碰撞，冲洗液的冲刷，从而引起孔壁极不稳定，易产生坍塌掉块，冲洗液漏失等复杂情况，造成钻进困难，取芯困难，因根据其组成的粒径大小，密实程度等来确定钻进方法。首先应考虑加固地盘，用水泥沙浆灌平，以保证开孔前井身不歪及避免孔口冲空，快速穿过，然后下套管封隔，密实均匀，颗粒较小的，可采用硬质合金干法钻进，较松散、颗粒大小不均的可灌稠泥浆或投粘土球带钢丝的合金钻头钻进，效果不理想可改用跟管钻进，钻进直径130毫米钻具、带钢丝的合金钻头，外跟直经146毫米套管，钻进时粗径钻具上头不超岀井壁管下头，这样－方面开壁管给钻具做导正作用，另一方面可避免粗径钻具上头卡住井壁管下头，造成孔内事故，钻进到2米左右，缷回主动钻杆，把粗径钻具留在孔底给井壁管导正，接上短套管，用吊锤轻轻打下，套管向下走的快，继续跟管，如果走的慢再用钻具透－透再跟，即使好跟也不可以一直跟到底，防止钻进时给上冲洗液后钻具与井壁管卡住，如卡住应停止开车，以防套管反口脱节，可上下串动使二者脱开，用此方法跟跟进进，钻孔遂渐加深穿过沙砾石层，采用跟管钻进效果好，能有效的解决坍塌难以成井的问题，松散的较大颗粒卵砾石，钻进时随岩芯管迴转，可釆用－字钻头或角锥钻头击碎和挤开，遇大漂块石近地表可人工开挖通过后加固，较深处可釆用金刚石复合片钻进或孔内爆破法等，较完整基岩可采用针状合金、金刚石迴转钻进。

六、水泥土、混凝土钻进（验桩抽芯）

水泥土钻进，钻机一定要平整，机上钻杆要保持垂直。在离桩芯l／3的位置用硬质合金钻头钻进，水泥土芯样胶结成型可采用中等压力、中等转速和小泵量，水泥土胶结成型差可采用低压力、慢转速、小泵量和控制回次进尺来提高取芯采取率。

混凝土钻进采用优质金刚石电镀钻头，凝固密实胶结良好，钻进平稳，保持中等压力高转速，中等泵量，钻进时钻机急剧抖动要控制好回次进尺，以便查明，混凝土有无蜂窝、空洞、离析夹层、夹泥渣等固结不良现象，采取率达到95%以上，芯样完整光洁，每段断口吻合，垂直偏差小于0.5°，钻孔结束后及时用混凝土回灌。

七、测斜孔钻进

测斜孔钻进，钻机一定要平整，机上钻杆要保持垂直度，钻进速度要慢，钻压适中，保持孔壁稳定性，中等泵量，终孔时，保持孔底干净，下测斜管采取扶正措施，测斜管一字槽平行于所测位置，并用水平尺校正测斜管，回填细砂时送水，防止架桥，并均匀投砂，填至孔口，用水泥固定测斜管，盖好测斜口。

八、结束语

综上所述，钻进方法应根据地层、孔内情况的不同，结合实际情况采取不同的钻进技术，应从安全生产、保证施工质量、提高施工进度、节省施工成本等方面来综合考虑，认真总结经验教训，认真学习新技术、不断掌握和提高技术水平。