承德市兴隆县地区卵石层工程钻探方法探讨

于 松

（华北地质勘查局五一四地质大队，河北 承德 067000）

承德市兴隆县地处燕山山麓，境内山峦起伏，沟壑纵横，是典型的“九山半水半分田”的深山区。该地区基岩埋深较浅，上覆地层主要为第四系冲洪积卵石层。

根据钻孔揭露，兴隆县一中项目地层情况如下：0～0.5m为耕土（Q4pd），表层植物根系发育；0.5～6m为第四系冲洪积卵石层（Q4pl+dl）；6m以下为青白口系页岩（Qn）。场区内地下水位埋深3m左右，水量较大。场区地下水类型主要为第四系孔隙型潜水，卵石层为主要含水层。场区东侧有一条小河流过，距离场区约20m，场区地下水补给主要靠大气降水及河流侧向补给。

该场区卵石层的主要特点：颗粒粒径大，一般为10～100mm，最大粒径超过600mm，颗粒的母岩成分主要为花岗岩、凝灰岩；充填物主要为细砂。这种卵石层渗透性强、漏失严重、质地坚硬、结构复杂、软硬不均、颗粒级配无规律。常规钻探只能取出部分大粒径的卵石，细颗粒被冲洗液冲失，因而要查明其结构与颗粒级配结构关系极为困难。实际钻探遇到的问题：钻头损耗大、钻进进尺慢、孔壁不稳定、易塌孔、孔内残留物多等。卵石层具体颗粒级配情况如表1所示。

表1 卵石层颗粒级配表

文章结合钻探过程中遇到的各种实际问题，详细阐述了承德市兴隆县地区卵石层的钻探方法。

1 钻具、钻头的选取

1.1 钻具的选取

由于该地区卵石层粒径大且质地坚硬，常规勘察中选取的108mm直径钻具在这种地层中存在不易进尺且容易损坏的特点。针对这种地层，通过反复实践，该次勘察特选取146mm直径钻具。优点：（1）选取大直径的钻具可以增加自重，进而增大孔底压力，保证在钻探过程中钻具的垂直度，避免因压力过大导致钻杆变形而扰动孔壁，造成塌孔；（2）由于该地区卵石粒径大，选取大直径钻具可以将粒径较大的卵石直接套进岩芯管内，省去了钻探这些卵石的时间，既节约了成本，又提高了钻探效率。

1.2 钻头的选取

在常规勘察中，项目部选用的普通合金钻头在该地区卵石层的钻进中遇到了极大阻碍。普通合金钻头使用一个回次即报废，而且进尺很少，平均进尺＜10cm。一旦遇到粒径大、质地坚硬的卵石，进尺更是困难。使用普通合金钻头既浪费了成本、耽误了工期，又无法按照规范完成勘察任务。综合地层及造价因素，经过反复比对，该次勘察选取复合片钻头进行钻探。其主要特点：（1）抗冲击、耐磨性好，成本较低；（2）复合片采用错位焊接工艺，增强进尺；（3）钻头钢体镶嵌合金条保护胎体外径使钻头不易磨损，内侧每粒复合片均有对应合金条保护，保证取芯率；（4）较大的水口能使冲洗液有更好的携带能力。

2 钻进参数

2.1 钻压

由于该地区卵石层结构复杂，颗粒级配无规律，地层软硬不均，因此在卵石层的钻进中，钻压的控制应当遵循“轻给压、慢加压”的原则。如果钻压过大，容易使钻头过早磨损，甚至造成钻机故障，增加钻探成本，同时还可能造成钻杆弯曲严重，进而扰动孔壁，导致塌孔，而且会使钻头沿光滑的卵石斜面向土层较软的方向滑动，造成斜孔。钻压过小，又难以破坏坚硬的卵石层，有时还会因压力不足，压不住孔底的卵石，使卵石和钻头一起转动，进而长时间不进尺，甚至发生塌孔废孔。

总结现场施工经验，钻压选取范围以5～8kN为宜。当钻进遇到大粒径漂石或进入基岩层后，待进尺稳定，可慢慢增加钻压，加快钻进速度。

2.2 转速

在钻进过程中，应根据钻进深度、地层情况、机械设备性能等因素随时调整转速。转速的大小直接影响着钻进效率和钻探成本。总结现场施工经验，在卵石层中钻进转速应控制得适当小些。转速过快，会导致排泄能力不足、钻头损耗加大，影响钻进速度，增加钻探成本；而且转速过高有时也会导致钻杆弯曲变形，扰动孔壁，导致塌孔。总结现场施工经验，转速应控制在150～250r/min为宜。

当钻探穿透卵石层到达基岩后，可以适当增加转速。这时转速提高会使钻杆挠度变小，使钻具更加稳定，进尺更快，钻头的研磨时间缩短了，岩芯的采取质量也就更好。总结现场施工经验，适宜的转速应控制在300～ 500r/min。

2.3 泵量

在实际钻探中，泵量不是一成不变的，应根据地层情况而定。当地层均匀密实、无较大的卵石时，泵量不宜过大，泵量过大容易带走卵石层中的充填物，造成定名不准，影响勘察质量；而且会使钻压降低，影响勘察速度。当钻进中遇到大粒径卵石或漂石时，泵量应适当加大，这样可以顺利地将岩粉带出钻孔，同时可以更好地给钻头降温，减小复合片掉落的概率，节约成本。

总结现场施工经验，适宜的泵量应控制在100～200L/min。同时，在卵石层中钻进，应时刻保持专注，根据现场情况灵活调节钻进参数，以快速、经济地完成勘察工作。

2.4 泵压

泥浆泵的主要作用是在钻进过程中将泥浆随钻头钻进注入井下，起着冷却钻头、清洗钻具、固着井壁、驱动钻进并将打钻后岩屑带回地面的作用。因此，正常钻进泵压较低，一般为0.3～0.5MPa，能达到压送与循环泥浆的目的即可。

3 泥浆的制备

3.1 泥浆的选取

由于成本因素，钻探初期泥浆配制较为简单，采用施工现场的黄土加水搅拌而成，但是效果很不理想。由于该地区地下水埋深很浅，一般在3m左右，且水量较大，当钻进遇到地下水后，地下水会迅速稀释泥浆，完全没有护壁的效果。每次提钻后，钻孔基本都在水位线上坍塌，严重阻碍了工程的进度。经反复比对后，项目部最后选用膨润土和植物胶加水配制泥浆。

3.2 泥浆的优点

在钻探施工中，该泥浆性能相比之前有了显著提升，优点如下：

（1）原料成本低，获取容易，现场配制简单，节省工时。

（2）泥浆黏度高，稳定性好，护壁防塌性能好，可以较长时间保持孔壁的稳定。

（3）排砂、携带岩粉能力强，孔底干净进尺较快，完工钻孔质量好。

（4）具有较好的润滑性，可以有效减少钻具回转阻力，减少钻具的磨损，降低钻探成本，提高钻探效率，缩短钻探周期。

（5）取芯质量好，可保持岩样的原状结构，便于有效、准确判定地质特征。

3.3 泥浆的配制及使用

（1）配浆前，认真检查膨润土和植物胶的质量。

（2）将膨润土和植物胶少量多次地加入水中，并充分搅拌使其混合均匀。

（3）钻探开始时，应持续观察并调整泥浆性能，当泥浆能够悬浮起30mm左右颗粒时，方可停止。

（4）泥浆变稀释或砂量加大时，应随时配置、补充新浆，使泥浆性能保持稳定。

4 注意事项

在钻探施工中，需要注意以下要点：

（1）钻探前要把场区整平，钻机水平摆放，立轴与地面保持90°。

（2）起钻下钻速度不易过快，要尽量减小钻具对孔壁的冲击，谨防塌孔。

（3）钻探过程中，当发现泥浆减少时应及时补充，适当增加泥浆中植物胶的比例，提高泥浆的黏稠度，同时上下活动钻杆，封堵漏浆位置，然后再进行正常钻进。

（4）钻探过程中，当观察到泥浆的变化不大，但进尺却明显放缓，应提钻检查，考虑更换钻头。

（5）钻进过程中，如果进尺正常，不得随意更改钻进参数，也不要随意提动钻具，以防岩芯堵塞。

（6）当钻进穿过卵石层进入基岩层后，应当调配泥浆性能，更换钻具，调整钻速，使其适应基岩钻进要求。

（7）进行原位测试和取样前，应保持孔底清洁，大泵量清孔10min以后才可进行上述操作。

（8）钻探过程中，如果发生卡钻，切忌生拉硬拽，此时应将转速降到最低，采用主卷扬加钻机液压臂缓慢匀速提拉，同时钻机正转反转相切换。如无效果，采用拔管器拔出钻具。

5 结束语

上述钻探工艺，是近几年华北地质勘查局五一四地质大队在承德市兴隆县地区卵石层的钻探中，通过大量实践，总结经验教训，逐步完善的。通过选择合适的钻头和钻进参数，保证了钻探过程中孔壁的稳定，减少了钻头、钻具的损耗，降低了成本，提高了钻探效率，为以后该地区类似地层的钻探积累了经验。