地质钻探的几种钻进方法

李万鹏

（黑龙江省煤田地质二○四勘探队，黑龙江 七台河 154600）

地质钻探的目的是为了鉴别钻进地质的岩层的性质，确定埋藏的深度和厚度，进行地质试验的试样，查明钻进范围内的水文地质情况。

1 机械冲击回转钻进

钻探设备型号有很多种，代表性型号有Q J D-50，S H-2，G-2 A，G J D-2（见表 1）

表1 工程地质钻机

2 振动钻进

利用偏心重锤在旋转时的离心力产生的振动，带动钻杆和钻头，使周围岩石也发生振动，降低岩层或土壤的强度。钻头在振动力和钻具、振动器自重作用下，吃入岩土层，实现钻进。该类振动分为圆周振动和定向振动，振动频率一般为1200~2500次/mi n,振动频率小，效率就低。振动力应足够大，但不应超过设备和钻具的允许值，钻杆直径为50 mm时，双轴双轮振动器的最大允许振动力为6000~6500 k g f（l g f-9.8 N），单轴振动器最大允许振动力为4500~5000 k g f（l k g f-9.8 N）,超过允许值则易发生钻杆折断事故。在土层中钻进时，钻速可达2 m/mi n以上，钻进效率较人力钻进提高3~4倍，而单位进尺的成本仅为人力钻进的1/8~1/10。钻进方法如图1所示。

2.1 振动器

振动器类型有普通式振动器、带弹簧加重物的振动器、振动锤等。地质钻探常用的振动器为普通双轴双轮振动器和振动锤。普通双轴双轮振动器：振动器所有零件均装在壳内，旋转偏心轮产生的离心力通过外壳和接头传给钻具。工作时，最大振动力要比孔内钻具重量大20%~30%。钻具的质量随着钻孔的深度而增加，所以，振动力也应增大。通过振动器偏心轮的质量、偏心距、转数来凋节振动力的大小，一般的方法是改变偏心轮转数和质量。直流电动机用于改变转数，增加或减少偏心轮孔眼上的固定物，改变偏心轮的质量和偏心距。电动机和振动器一起振动，电动机要承受动负荷，因此，一般把电动机不直接安装在振动器上，而用弹簧隔开。由于弹簧的缓冲作用，减弱电动机的振动。

振动锤：它由电动机、振动器、弹簧、冲头、砧子和接头等组成。特点是振动器与钻具分离。在振动力的作用下，振动器产生振动，冲头冲击砧子，并拉长弹簧。变形的弹簧复原，引起冲击器上跳，产生向上的振动力，冲头不接触砧子。由于振动锤具有振动和冲击双重作用，钻进效率较高，适用于在致密土壤中钻进。

2.2 钻进工艺

振动钻进适用于在砂、亚砂土、亚黏土、黏土中钻进。振动钻进时，钻具沉入地层能力与振动力、振幅、振频、钻具自重有关，振动力应足以克服土壤抗断强度。振动力大时允许振频稍有降低；反之则须增加振频。钻具自重应足以克服土壤的摩擦阻力，并保证一定的沉入速度。振幅要高于一定限度。

振动钻头，用直径为89~168 mm的套管制作，下端有可拆卸的带刃管鞋，管鞋外径比套管外径大2 mm，内外差应在2~4 mm（如图2所示）。

振动钻头的管壁上，沿轴向开有纵切口，切口所对圆心角为10°~60°。圆心角的大小决定于岩层性质，钻进未黏结的含水层时，郾口角小；钻进黏结的岩层时，圆心角大。切口长1.5~2 m。纵切口数目与岩层有关，在半干的黏土层中钻进，钻头不宜过长，且带有2~3个纵切口，切口的宽度为钻头直径的0.4~0.8倍，以防钻头因强度和刚度减小而在钻进中被扭曲或劈开。在干砂、湿砂、含砾砂层钻进时，采用不带纵切口或带一个不宽的纵切口的钻头。

振动钻进时，若用不带纵切口的钻头钻进，岩心上部松软，而下部却非常密实，以致钻速急剧下降，进尺很快停止，提钻后需将岩心打碎才能取出。用带有一个纵切口的钻头钻进时，钻进深度增大后，岩心下部和切口对面的岩心仍被压实，而岩心上部和切口处的岩心未被压实。带有两个纵切口的钻头钻进时，钻进深度更大，效率更高，但靠近钻头的岩心仍有被压实现象。

振动钻进取岩心时，要先把钻头转动一定角度，割断岩心与岩体的联系，再把钻头和岩心一起提出地表。

采用振动钻进，岩样的结构和构造有一定的破坏，湿度也有变化，但符合地质的要求，地质剖面准确可靠。

3 螺旋钻进

螺旋钻杆带动螺旋钻头回转，破碎孔底岩石获取进尺，破碎下来的岩粉不通过循环冲洗液清除，而是借助螺旋钻杆与孔壁组合的螺旋输送传到地面，螺旋钻进方法属干式回转全面钻进，适宜1~4级软岩层的工程地质钻进，在大口径钻探、水文地质钻探等方面也广泛应用。螺旋钻进孔深一般为25~50 m，最深不超过100 m，孔径为120~300 mm。

4 结语

钻进在地质钻探工程中是非常重要的环节，钻进方法是钻探工程的关键，在具体工作中必须从实际出发，采取科学的方法和措施。

［1］ 王德强.保证岩土工程钻探质量应注意的问题［J］.硅谷，2010，（5）：42-43.

［2］ 许传荣，段华栋.岩土工程勘察中存在的问题［J］.科技与生活，2010，（7）：64-65.

［3］ 徐建水.岩石土层勘察方法新探［J].中国科技博览，2009，（1）：98-99.