轻型钻机在西部山区深厚覆盖层水电勘探中的应用.pdf

探矿工程(岩土钻掘T程)2011年第38卷第3期轻型钻机在西部山区深厚覆盖层水电勘探中的应用叶桂明，徐毅青(1．浙江华东建设X-程有限公司，浙江杭州310028；2．浙江树人大学城建学院，浙江杭州310015)摘要：在西部山区水利水电勘探中，采用轻型钻机钻进深厚覆盖层，并成功采集岩心是一项技术难题。钻进深度越大，越易产生坍塌、埋钻等事故，因而成孔极其困难。根据目前西部水利水电勘探的常用设备，采用轻型钻机，合理设计钻孔，并对泥浆护壁方法进行改进，使钻孔成功达到预定深度。应用结果表明：轻型钻机钻进深厚覆盖层时，孔身设计分为4级变径；深度70m以浅采用硬质合金钻头，深度70in以深采用孕镶金刚石钻头，钻进稳定；SM—KHm超低固相泥浆护壁，不仅环保而且节水，可有效保护孔壁稳定，防l卜塌孔；岩心采取率达到95％以上，钻孔最大钻进深度达到223．54m，有效突破了轻型钻机的最大钻进深度，为轻型钻机钻进西部山区深厚覆盖层及取心提供重要的技术参考依据。关键词：水利水电勘探；轻型钻机；深厚覆盖层；钻探取心；SM—KHm超低同相泥浆中图分类号：P634文献标识码：A文章编号：1672—7428(2011)03—0068—03ApplicationofLightRigforDrillinginDeepOverburdenLayeroftheWesternMountains／YEGui—ming，XUYi—qing(1．ZhejiangEastChinaConstructionPr~eetLimitedCompany，HangzhouZhejiang310028，China；2．UrbanCon—structionCollege，ZhejiangShurenUniversity，HangzhouZhejiang310015，China)Abstract：Itisadificulttechnicalproblemfordrillingindeepoverburdenlayerwithlightrigandcollectingcoreinthewesternmountains．Pore—formationbecamemoredificultwithcollapsinganddrillburyingindeeperdrilling．Bythereason—abledesignandimprovementonmudprotection，theboreholereachedthedepth．Theapplicationresultsshowthatthedrill—ingholedesignwasdividedinto4一stagesvariablediameter，drillingwithbitsofdifferentmaterials；SM—KHmultra—lowsolid-phaseslurry-supportedwasadoptedinthealluvialmedium—．finesandlayeranddiluviagravelsoillayerforboreholestability；themaximumdrillingdepthreached223．54mwithmorethan95％collectingrateofdrillcore．Keywords：theexplorationofwaterresourcesandhydropower；lightrig；deepoverburdenlayer；coting；SM—KHmultra—lowsolid—phaseslurry0引言少，因而对轻型钻机应用在深厚覆盖层勘探的研究很在西部山区的水利水电勘探中，常遇到深度>少，冯建明对田湾河大发电站闸址深厚覆盖层勘探200ITI的深厚覆盖层¨(深厚覆盖层是指堆积于河进行了初步的实践，采用XY一1型钻机，终孔最大深谷之中，厚度>30in的第四系松散堆积物)。为查度为141．28m。刘建华采用XY一2型钻机对漕明深厚覆盖层厚度、土体成分、土体结构，钻探及取河渡槽深厚卵石层的钻探取心技术进行了研究。心成为勘探的关键技术。而西部山区地形复杂，相本文针对西部山区水利水电的勘探现状，采用对高差大，且钻孔与钻孔之间的距离较长，为便于搬常规的轻型XY一2型钻机，在缺乏有效勘探技术的运钻机设备，主要采用轻型的XY一1型及XY一2指导下，提出采用4级变径与不同钻头钻进，现场处型钻机，钻井液采用SM植物胶及PHP系列等进行理了卡钻、埋钻及坍塌等工程事故20多起；现场配钻孔护壁。采用轻型钻机钻进深厚覆盖层时，钻孔置不同的SM—KHIn低固相泥浆进行护壁，极大的易产生坍塌、埋钻等事故，钻进极为困难，更无法保改善了泥浆护壁效果，成功钻进深厚覆盖层，岩心采证取心质量。为成功完成取心及必要的水文地质试取率达到95％以上，最大钻进深度达223．54In，为验，必须合理设计孔径，合理配置护壁泥浆。轻型钻机钻进深厚覆盖层提供了参考依据，进而为由于过去在水利水电勘探中遇到深厚覆盖层很电站库区库容稳定储量的分析与库区边坡稳定性安收稿日期：2010—11—01基金项目：浙江省自然科学基金资助项目(Y107710)；“卜一五”国家科技支撑汁划“村镇住宅地质灾害技术与标准研究”(2008BAJO8B14—06)；上海市重点学科(地质工程)建设项目(B308)资助作者简介：叶桂明(1958一)，男(汉族)，浙江台州人，浙江华东建设工程有限公司工程帅，钻探工程专业，从事水利水电工程钻探与勘察工作，浙江省杭州市古墩路999号。 2011年第38卷第3期探矿工程(岩土钻掘工程)69全防范提供准确的地质数据。水电钻探不同于工民建、地质矿产、煤田等钻探，钻探目的除取心外，还要进行必要的水文地质试1工程概况验：水位观测、抽水试验、压水试验，从而获得现场测金沙江白鹤滩电站水库横跨四川I、云南两省，正试的地层渗透系数，由于覆盖层深厚，对护壁方法提常蓄水位高程820Ill，库段长194余千米，总库容约出更高的要求。179．24亿ITI。巧家县城位于金沙江流向由北西转常用的护壁方法主要有泥浆、SM植物胶、PHP为北的转弯处，为金沙江白鹤滩水电站库区最大的系列等7,83。SM植物胶虽然在工程上应用广泛且城镇。技术已经较成熟，但对生态环境的破坏比较严重；巧家县城周边覆盖层大部分坐落在一较大洪积PHP系列护壁泥浆在严重破碎地层，渗透性强的地台地上，地层岩性为第四系冲、洪积物，地层呈山前层适用性差。为保护生态环境并保证护壁效果，本洪积物和与河流Ⅲ级阶地冲积物交互沉积，从地形工程采用SM植物胶与KHm进行配置试验，选择不与地貌形态分析，可初步判断为深覆盖层，预计钻孔同的SM—KHm超低固相泥浆对渗透系数大的洪积深度将达到200．00m以上。根据工程勘察设计要碎石土与冲积中细砂层进行护壁(表1)。当孔壁坍求，为获取准确的地层岩性及试验土样，控制性钻孔塌，泥浆消耗量大，用SM—KHm超低固相泥浆进行深度必须到达180113，且岩心采取率须达到80％以护壁钻进。上。本次工程布置了29个钻孔，其中2个为控制性表1SM—KHm泥浆配置试验深孑L，钻孔编号分别为QZK17及QZK27。2工程设计2．1钻探设备及钻孔孔身结构设计采用常规的轻型XY一2型立轴式岩心钻机，配合硬质合金与金刚石钻头分别钻进；0150mm钻具开孑L，采用0127mm及0146inm套管；4级变径分3工程应用结果分析别为0150、130、110、751TIIT／；BW一150型变量泵供3．1钻探设计结果分析水。由于地层岩性复杂，本次工程根据钻进过程的2．2钻探工艺设计实际困难程度，钻进时随着地层的变化，适当调整变该地段覆盖层上部松软，在钻进下部岩层时，由径的深度并采用不同的钻头进行钻进，从而使2个于受到钻杆柱的震动与磨蚀，钻孔易发生糊钻、塌控制性钻孔的钻进深度及岩心采取率全部达到了勘孔、缩径等孔内事故。为顺利钻进下部岩层，采用以察设计要求。下的钻探工艺。(1)开孔用0150mm柱状硬质合金钻头开孔，(1)0～40nl范围地层：采用柱状硬质合金钻头，单管钻进，顺利在人工填土和碎石土中钻进到干钻法钻进，单管钻具取心；当孔壁不稳定时，用套管21．55m(QZK17孔)及38．19m(QZK27孔)，取心和泥浆护壁相配合钻进，钻进时钻压控制在3～4率达到了95％以上。kN，转速200～250r／min，回次进尺0．5～1．0m。(2)从21．551TI(QZKI7孔)及38．19In(QzK27(2)40～70m范围地层：采用柱状硬质合金钻孔)处开始，由于粘土为硬塑状态，取心较困难，施头，半合管取心(内管可分开式双管单动钻具)，工中改变孑L径为130mm，采用硬质合金柱状钻头半SM—KHm超低固相泥浆进行护壁，钻进时钻压控合管钻进，用套管及SM植物胶泥浆进行护壁钻进，制在5～7kN，转速150～200r／min，泵量90～120钻进顺利。因硬塑粘土的力学性能好，为加快钻探L／min。进度，在57nl(QzK17孔)及52m(QzK27孔)处改(3)70～230m范围地层：采用孕镶式金刚石钻为清水钻进，岩心采取率达到了98％，将钻孔顺利头，绳索取心、取样钻探工艺，用SM—KHm超低固相钻至66．47133(QZK17孔)及65．28m(QzK27孔)。泥浆进行护壁、堵漏钻进。钻进时钻压控制在8—12(3)从66．47In(QzK17孔)及65．281TI(QZV,27kN，转速180～310r／min，泵量140～180L／min。孔)开始，碎石粒径增大，钻进中发现清水冲洗液漏2．3钻探护壁方法失严重，孔内出现掉块、孔底沉砂增多等不良现象，