大渡河流域水电站深厚覆盖层钻探取芯方法的探讨

冯升学

【摘要】简介了大渡河流域深厚覆盖层钻进成孔工艺，SD型钻具及SM胶冲洗液在覆盖层钻进中提高取芯质量的应用，及钻进操作应注意的问题，为在类似的地质条件下钻探施工提供参考。

【关键词】深厚覆盖层钻进；取芯；SM植物胶；SD钻具

1概述随着我国的经济快速发展，对清洁能源的需求增大。现在，川西北的很多水电站选择在深厚覆盖层上建坝。因此，对覆盖层的研究要求比较全面、深入，给水电站钻探又带来了新的挑战。

大渡河干流规划22个梯级水电站，目前已建成或正在建设中的水电站有瀑布沟、大岗山、黄金坪、长河坝、猴子岩及双江口等水电站。大渡河干流水深流急，河床中的钻孔只能在冬春之间的枯水期施工，河床覆盖层厚度达60～90m，有少数钻孔超过100m，其地层主要为砂卵石层、漂石，漂石最大粒径达2m以上，其岩性多为花岗岩。钻孔质量要求较高，覆盖层的实际岩芯采取率不小于90%，岩芯要求具有较高完整性、原状性。

2钻探工艺简介2.1水上钻探平台水上钻探平台主要根据水深确定，水深大于4m时，采用双铁驳船对称拼装移动式平台；水深小于4m时，采用架管架设固定式平台，在同一条勘探线上，先架设靠岸的钻孔平台，然后向河心延伸，孔之间架设约2m宽的水上便桥，供迁移设备及人员行走。

2.2钻探设备及工具钻机：重探厂XY-2型钻机；泵：衡探厂BW-150型泥浆泵；取芯钻具：ZD-130型伸缩式、SD94型、SD77型单动双管钻具；套管：Φ127套管、Φ168套管；搅拌机。

2.3成孔方法开孔时，先将套管打入覆盖层约0.5m,然后，采用金刚石单动双管钻具“掏心”钻进，钻进裸孔深大于下一次套管打入距离后,再打入套管，再“掏心”钻进,钻进取芯→打入套管→清孔→钻进取芯……如此循环至钻穿覆盖层。打入Φ168套管时，采用ZD-130型钻具“掏心”钻进，当地层粒径不大时，也可采用SD94型钻具钻进；打入Φ127套管时，采用SD94型钻具“掏心”钻进。Φ168套管打入能力约30m深，Φ127套管打入能力约60m深度，抽水试验孔或覆盖层厚度大于60m的钻孔，用Φ168套管开孔，须下入两级套管才能钻穿覆盖层。套管打入其底部漂石较大时，须用甘油炸药孔内爆破，炸碎漂石或将地层振松，再跟管护壁。

3提高岩芯采取质量应注意的问题3.1取芯钻具①SD型钻具结构及性能SD型钻具内管单动装置采用双级双头单动结构，提高了钻具单动性能，减少了岩芯机械破碎及磨损；内管采用半合管，覆盖层钻进退芯时，避免人为的破碎及分选，从而维持了岩芯的原状性；内管设置有单向阀结构，避免了冲洗液自内管上端向下冲刷、分选岩芯，也减少了岩芯堵塞；内管可使用半合管，也可用无缝管，保证了钻具能用于覆盖层钻进，也能用于基岩钻进。

②钻具直径及长度的选择SD型钻具系列有SD108型、SD94型及SD77型三种，实践证明，大直径钻具比小径钻具岩芯采取率高，岩芯越粗，抗机械破碎及抗冲洗液冲刷能力越强。大渡河流域深厚覆盖层钻进，利用高强度、高抗磨能力的石油钻探Φ127钻杆做套管，套管内径Φ108mm,因而，跟管“掏心”钻进广泛使用SD94型钻具，现场使用表明，这一级钻具钻进岩芯采取率达到90%以上，满足了要求。而SD77型钻具只有在必须下Φ89普通套管等特殊情况下才用于覆盖层钻进。

SD型钻具单动性能优越，但内管不能太长，长内管降低了钻具的单动性能。大渡河流域深厚覆盖层钻进，SD型钻具内管普遍使用半合管，半合管长度选择0.8～1m为宜。

③钻头与卡簧及卡簧座的配合SD型钻具取消了内管短节，采用卡簧座直接与内管连接。装配好的卡簧与卡簧座，卡簧自由活动范围应为8mm~12mm，卡簧在卡簧座锥体内上下活动、旋转感觉轻易。装配好的钻具在垂直吊起时卡簧座不得自由脱落,其与钻头内台阶的距离为3mm~5mm，应尽可能取小值。

④钻具的维护每回次使用前都要认真检查钻具的单动性能是否良好，丝扣连接是否牢固，半合管卡环是否牢固，卡簧在卡簧座内活动是否灵活与钻头配合是良好等。每次使用后应及时清洗干净、加润滑油；在移动时不能猛力拖拉或撞击，存放时要平直，不得重压，长装卸时要轻放。

3.2SM植物胶冲洗液①SM植物胶提高岩芯采取率机理SM植物胶冲洗液粘度比较高，配制时，粘度达60S以上。高粘度的冲洗液钻进，能使液流更趋于层流状态，减少了冲洗液对岩芯冲刷、分选作用。SM胶冲洗液具有一定的粘弹性，对岩芯具有一定的粘结作用，减少了岩芯的分选、冲刷作用，当SM胶浓度较高时，效果更明显。

②SM植物胶冲洗液的配制对于充填较密实、泥沙含量较高的砂卵石层，选用SM胶无固相冲洗液,SM正常加量为2%,纯碱加量为SM干粉重量的5%。对于结构松散、含泥砂成份少的砂卵石层或架空漏失层，选用SM胶低固相冲洗液，膨润土加量5%，SM加量为0.5～1%,纯碱加量为SM和膨润土干粉重量之和的5%。

SM植物胶必须用高速搅拌机拌制，应严格按配比搅拌均匀，搅拌好的浆液须放入储浆池浸泡4～12小时，待SM全部溶胀且浆液粘度提高后才能使用。

当砂卵石层含泥砂等小颗粒量较大时，无固相冲洗液干粉量适当加大至2.5～3%；岩芯采取率较困难时，采取先泵入20～30L的SM胶浓浆，利用SM浓浆的粘结作用提高岩芯采取率，并且钻进时适当减小泵量。

4钻进操作注意事项4.1钻进参数深厚覆盖层金刚石钻进采用“高转速、中钻压、小泵量”的钻进规程参数。SD94钻具钻进时，采用转速500～800rpm、钻压600～800kg、泵量25～32L/min。高转速是金刚石钻进剋取岩石、提高时效的特点，同时，有利于减少钻具内、外管相对碰磨而降低钻具单动性能。深厚覆盖层钻进，采用了较小的泵量钻进，这种钻进规程参数并未给金刚石钻头冷却带来影响。

采用小泵量钻进，有利于提高岩芯采取率及品质，最小的泵量钻进成本相对比较低，但泵量不能盲目地减小，否则，将造成金刚石碳化，甚至导致烧钻。

4.2卡取岩芯注意事项回次进尺以0.6~1m为宜，任何时都不能大于内管有效长度。钻进过程中，施钻者应集中精力观察钻进感觉，以便卡取岩芯时，尽可能地选择在漂石、岩芯断面较完整之处终止回次钻进。

金刚石钻进必须用卡簧卡取岩芯，严禁干钻取芯。卡取岩芯时，必须先停止回转，用立轴将钻具慢慢提离孔底，使卡簧抱紧岩芯。当岩芯较粗，顶断困难时，必须采用回转扭断岩芯时，钻机停止回转，先用钻机给进油缸往上顶，使卡簧包紧岩芯，然后再微回转扭断岩芯。提断岩芯以后，不得再将钻具返回孔底试探。

5.1存在的问题①钻进过程中，循环槽沉淀法难以净化泥浆，SM植物胶冲洗液粘结能力较强，旋流除砂器能否净化SM植物胶冲洗液，有待探讨。

②大渡河流域深厚覆盖层钻进中，Φ127套管折断事故较多，处理较困难，很多时候只能选择移孔重打。

③取芯钻具相对单一，遇砂层时，采用合金单管钻具干钻钻进，捞芯、管内捞碴同样采用干钻法，效率较低。根据经验，无泵钻具在松散的风化堆积层、砂层等钻进时效较高，取芯品质好。

④SM胶在某些灌木提取，影响环境保护。目前，我公司与院校等有关科研单位合作，研究在能人工种植的植物中提取新型植物胶来代替SM胶。