摘要： 对深厚卵石层钻探完整取芯样问题一直是水电勘探中的一大难题，近十年来由于采取了SM植物胶金刚石钻进工艺，岩芯采取率和钻进效率都有一定的提高；随着实践经验的积累和技术参数、配制方法的不断调整，此钻进工艺得到了不断完善。槽河渡槽是南水北调中线工程河北省段最大的建筑物，河床段卵石层深厚且含砂量小，钻探取样难度极大；就漕河渡槽深厚卵石层勘探中钻具的选用、技术参数的选择及植物胶配制方法、注意事项、取芯样技术进行了较详细的叙述并进行了总结，可供以后类似地层勘探时参考。
关键词：钻进技术；SM植物胶；卵石层；取芯
中图分类号：TV52
文献标识码：B
文章编号：1672-1683(2008)01-0301-02
Drilling Technology for Sampling Thick Gravel Layer in the Cao River Aqueduct
LIU Jian-hua1，2
(1.China Three Gorges University，Yichang 443002，China；2. Hebei Investigation Desiearch Institute of
Water Conservancy & Hydropower Ministry of Water Resources， Tianjin 300250，China)
Abstract：The way to drilling whole core at deep and thick layer is a difficulty in hydropower exploration. In present 10 years， by the SM plant glue drilling techniques， both the core adopt rate and drilling rate are improved. By the accumulation of practice experience and adjustment of technical parameter and confectmeasure， this drilling techniques get perfectly. Cao River aqueduct is the largest constructions in South-to-North Water Transfer Project. the pebble layer in water bed section is deep， thick with less sediment concentration， and drilling sampling difficulty is rare big. It is summarized the selection of rig in the drilling of pebble layers， technical parameter， and confectmeasure of plant glue， etc. in Cao River aqueduct. It can give references to other similar layer drilling.
Key words：drilling technology； diamond； SM vegetation gum； gravel layer； bore specimen
1 概 述
在南水北调中线工程地质勘探工作中，经常遇到深厚卵石覆盖层的钻进问题，常见的方法是清水跟管钻进方法，其特点是工序简单但取芯质量差，不能充分了解覆盖层的物质组成，难以保证芯样的原状性，地质人员不能准确地分析研究其性质；且对管材及套管钻头磨损大。近十多年来采用了SM植物胶金刚石钻进工艺，岩芯采取率和钻进效率都有一定的提高，但缺乏专门技术人员指导，效果不甚理想，常出现漏浆、断管等现象，因钻探施工难度大而影响工期和质量。因为SM胶具有护壁、冷却、减振、护芯等诸多功能，而金刚石钻进工具具有钻具平稳，钻孔不易倾斜，钻具磨损程度小等优点。最佳的SM植物胶的配制与金刚石钻头合理参数互相配合进行钻进，才能充分发挥SM植物胶金刚石钻进的优势。漕河渡槽做为南水北调中线工程河北省段最大的建筑物，卵石层较厚且复杂，在本工程初设阶段钻探过程中采取了较先进的取芯钻进工艺技术，取得了满意的效果。
2 现状
植物胶钻进近十多年来得到了广泛的应用，但缺少科学指导，浆液配比随意性、盲目性较大，达不到植物胶钻进芯样原状性的目的。选择金刚石钻头只注重胎体硬度参数和经验性，缺乏对金刚石钻头诸多参数的选择研究。
3 应解决的主要问题
(1)采用适合的钻探工艺，以提高岩芯采取率；(2)探讨如何降低对岩芯的扰动，保持原状性；(3)探讨适合的护壁材料配比，防止塌孔，漏浆，降低钻探成本，提高钻进效率；(4)根据岩石特性准确选择金刚石钻头参数，提高钻进效率。
4 钻探设备及技术参数
(1)钻塔：铁质四脚塔，高度9~10m。(2)钻机：XY-2型，转速为500~800 r/min， 钻压为5~7 kN。(3)BW-150或250型泥浆泵，控制流量30~40 L/min。(4)250 l高速搅拌机。
5 采取有效的钻进工艺
在南水北调中线工程漕河渡槽冲积漂卵石层钻探过程中，不断调整钻头参数和浆液配比取得了较好的成效，效率是原来经验法的1.35~1.5倍。
5.1 钻进方法
(1)地层情况，确定不同的钻孔结构一般先用150金刚石单管钻具钻至10~15m，打入146或168套管护壁。
(2)130金刚石单管钻具钻至20m，下入127套管，用110金刚石单管钻具钻进25m，下入108套管。
(3)然后用94金刚石钻具钻至基岩一定深度，钻进过程中，每钻2~3m就将108套管跟至孔深。当钻至完整基岩时，下89护壁管隔离上部覆盖层；再用75或59钻具钻至设计孔深。
(4)跟管钻进遇大漂石时，套管打不下去，可使用下一级配钻具或套管通过；严重时，可采取爆破跟管法。
5.2 浆液配制
(1)配方。膨润土的浓度一般3%~5%，SM植物胶浓度一般0.3%~0.8%，纯碱为土粉和SM粉总重量的4%~5%；加入2 000 ppm(0.2%)的羧甲基纤维素(CMC)。
(2)制备方法。首先将碱加入三分之一罐的清水中进行溶解，然后将土粉和SM粉同时均匀地加入水中，防止结团.一刻钟后，在加入CMC和加水所至数量，高速搅拌20min后，放入泥浆池浸泡12 h，待胶粉充分溶解，浆液稠化后就可使用。
(3)漏浆现象。由于钻进地层常有漏失现象发生，有时会堵漏钻进。如发生漏浆现象，可用由膨润土和CMC制成的浓浆(粘度在60 s以上)，直接倒入孔内，钻具不钻进而在孔内高速旋转，将浓浆甩至孔壁堵漏。严禁顶漏钻进，否则极易造成孔壁坍塌事故。
6 金刚石钻头参数
金刚石钻头参数如表1
7 应用中的注意事项
(1)在钻进规程参数选择中，应遵循低压、中转速、小泵量的原则，即钻压应控制在2~3 MPa范围内，转速在600~700 r/min比较合适，而泵量应尽可能小，以减少浆液对孔壁的冲刷。
(2)钻进中，应经常清理堵塞在吸水头的搅散的泥浆团块，以免使吸入孔内的泥浆浓度降低，达不到最佳的护壁效果。
(3)限制下钻的速度，减少孔内泥浆的激荡压力对孔壁稳定造成影响，防止孔内钻具抽吸浆液，保持孔壁的稳定。
(4)当发现浆液中含沙量较高、性能迅速降低时，应立即进行换浆。
(5)为了净化浆液，在泥浆循环系统中至少应有一个沉淀箱，且循环槽的长度应不得小于8m，否则，将影响浆液岩屑的沉淀，降低浆液循环使用的时间；
8 结 语
(1)SM植物胶配方是根据以前的现场实验，并在钻进过程中不断改进和总结得出的。深厚卵石覆盖层钻进漏浆是常见现象，上述的堵漏方法是经现场多年摸索总结出来的，所以具有较大的实践推广价值。但对于较大的漏失还缺乏有效的手段，今后在堵漏的措施方面要进一步研究和加强，力求做到不下或少下套管。
(2)采用小口径金刚石钻进深厚卵石层成功的经验在于正确地选择钻头，合理地确定钻具结构参数。金刚石钻头参数的选择是以南水北调中线卵石成分多为灰岩及石英砂岩类为对象选定的，不同的卵石层成分应现场实验并与钻头厂家一起测定选定钻头参数。
(3)植物胶配合金刚石钻进具有钻进效率高、取芯质量好、劳动强度低等诸多优点，国内许多单位可能都在应用，往往现场工人图简单，凭经验浆液不按配方进行，钻头随感觉用，结果起不到植物胶金刚石钻进应有的效果。因此，施工前，应充分做好材料准备工作；认真对待，严格按要求进行。
(4)在十余年的SM植物胶推广应用中，虽然取得了很大成效，但随着社会发展对生态平衡和环境保护工作的迫切要求，SM植物胶此类作为深厚砂卵石金刚石钻进的主要原材料，将不允许继续采集而使此项技术面临生存和发展的危机，因而需要继续开展新品种植物研究开发，以解决SM植物胶的替代问题。已有信息表明，国内外有关机构通过原料筛选和优化配方研究，获得了一种用工业化植物胶为原料和高分子聚合物为主的处理剂和新品种植物胶冲洗液，其基本性能与SM植物胶相仿，可以替代使用。应加快这方面技术的研究或引进。
参考文献：
[1] 张志平.SM植物胶在水电工程中的实践总结[J].四川水力发电，2003，(3).
[2] 王桂茹，于彦民，等.SM植物胶在跟管钻进中的应用[J].黑龙江水利科技，2002，(1).
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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