厚壁套管在大粒径砂砾石地层覆盖层钻探的应用

冯泽波

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

1 概述

在常规的水利水电工程项目进行水上勘探作业中，一般采用多层变级的常规套管跟管钻进方法通过砂砾石覆盖层，此钻探工艺方法在浅薄层中小粒径砂砾石地层钻探工效良好，操作简便。

在四川岷江航电枢纽工程项目，上坝址水上勘探钻探中，采用常规套管跟管钻进工艺技术方法进行施工，由于岷江水流湍急，河床砂砾石粒径较大（基本上砂砾石粒径在20 cm～100 cm之间），同时伴有孤石，砂砾石覆盖层厚度（15～30）m，常规钻探工艺在实际钻探过程中应用效果极差，工效极低，反反复复做无用工，成孔困难，且大量损耗套管、管靴及钻头，施工速度不能满足进度要求。针对此状况，项目现场生产人员经多方取经及实地考察学习，及时引进应用厚壁套管跟管钻进工艺技术，有效地解决了水上大、超大粒径砂砾石层跟管钻进工艺难题，大大提高了工效，降低了生产成本，加快了施工进度。

2 厚壁套管的选择及钻进原理

（1）厚壁套管的选择。根据工程项目实际工程地质条件及覆盖层的厚度，采用规格为Φ127 mm×9 mm的45#无缝地质钢管，通过专业人员加工成长度为（50～100）cm的方反丝公母扣套管；管靴除去丝扣净长约20 cm，底部呈喇叭形并淬火处理以增加其强度，打头采用实芯圆钢加工而成，以利于打入套管时其强度足够承受吊锤冲击力。

（2）钻进原理。利用厚壁套管的自身强度，采用吊锤强夯、强挤、强排向砂砾石覆盖层打入套管护孔，在遇到大粒径砾石套管完全跟不进的情况下，再用小两级的Φ91 mm钻具钻掏、捞取套管内的残渣及岩芯直至管脚底部，然后再进行正常跟管钻进至一定深度砂砾石覆盖层，多次往返重复上述钻探、取芯、跟管工序，直至套管完全进入完整基岩保护覆盖层成孔为止，方进行下部基岩正常地质勘探施工。

3 厚壁套管与常规套管跟管钻进技术的比较

（1）厚壁套管跟管钻进技术。套管单位成本投入较大，套管壁厚增大，单位长度重量大，操作较为费力，在地层复杂、软硬频繁互层变化大的情况下采用具有较大局限性，不能逐级下入套管护孔，成孔困难；但是在单一的砂砾石覆盖层中使用厚壁套管损耗较小，工序简化，成孔较为快捷，效率较高。

（2）常规套管跟管钻进技术。常规套管管壁较薄，单位长度重量较小，施工时操作工序繁琐，有时可能反复做无用功，成本高，投入各级套管数量多，管材积压、损坏消耗大，施工速度慢，多级套管护孔，成孔工艺复杂，效率低；但是该工艺技术适应各种覆盖层钻进使用，各级管材来源广，易逐级换径成孔。

4 厚壁套管跟管钻进技术的应用

四川岷江航电枢纽工程项目河床水上钻探作业时，在大粒径砂砾石夹漂砾石覆盖层施工中，初始采用植物胶护壁、常规套管跟管护孔钻进工艺技术措施，由于江水流速大，砂砾石层孔隙率大、渗透性强，植物胶护壁失效，下入常规套管护孔时采用吊锤强行击打套管，遇到坚硬砾石极容易导致管靴内卷、刃口崩裂掉块或套管断裂、膨胀变形发生损坏，需反复起拔更换套管，而钻孔难以正常成孔与加深，必须采取多级套管跟进护孔，施工速度慢，工期一天天消失。显而易见，此钻探工艺技术的实施，管材损坏严重，辅助器材投入大，成孔困难，现场生产人员劳动强度大，效率极低，施工成本奇高，施工进度根本无法满足工程进度要求。

在现场地质勘探工作如此被动的情况下，针对复杂砂砾石覆盖层的特殊性，现场生产人员多方取经学习，统一施工思想，引进厚壁套管跟管钻进工艺技术，采取吊锤强夯、强排、强挤的方法把套管打入砂砾石层内，遇到大粒径砂砾石或孤石则先用小两级的钻具实施小眼钻进、掏芯、打捞孔内残留岩芯，然后吊锤击打套管跟进，成孔虽有难度，但是可以实现一径穿过砂砾石覆盖层，简化钻孔结构，显著降低管材损耗，钻探效率明显提高，有效加快地质勘探进度，获得建设方的高度评价。

5 结 语

根据现场使用的情况分析，厚壁套管主要局限不能变级跟管，仅限于一层套管跟管钻进，砂砾石覆盖层厚度较小时此钻探工艺技术极为有效，但在遇到厚度大、软硬频繁互层的覆盖层与岩溶地层钻进则无法顺利实施一级厚壁套管跟进成孔，这种情况下可以采取厚壁套管与常规套管相结合的综合护孔措施。在今后类似的工程地质勘探项目中可以根据实际工程地质条件改进厚壁套管的规格，加大厚壁套管口径，配合常规套管，能有效地解决深厚复杂覆盖层、砂砾石层的钻探技术难题，对提高工效有很大的帮助。

[1]李建军，李家利.伸缩扩孔钻头在砂卵石层钻进中的应用[A].全国水利水电勘探及岩土工程技术实践与创新[C].2015.

[2]谢实宇，谢柳杨，游小川.云南滇中引水工程香炉山隧道深孔钻探技术实践[A].全国水利水电勘探及岩土工程技术实践与创新[C].2015.