SM植物胶在泽城水电站深厚覆盖层钻探中的应用研究

开孔采用 ｑ ４ ｍ金刚石单管钻具钻进 ５ １ ０ ６ｍ １ — ０ｍ，跟进
区第四纪沉积物 的成 因类型 、 厚度 、 组成及其 分布情况 ， 以及
［ 收稿 日期 ］ ０ １０ — ９ ［ 回日期 ］ ０ １０ — ３ ２ １～ ８ １ 修 ２ １ — ８ ２
ｑ ６ ｘ０ｍ ｏ ８ １ ｍ厚壁 套管护 壁 ，然后换 用 Ｓ １０ｍ １ Ｄ １ ｍ和 Ｓ ９ Ｄ４
总结出使用 Ｓ Ｍ植 物胶钻探工艺具有以下几个优越性 。 （） １ 钻孔质量显著提高 常规钻进 ， 砂卵石层岩心采取率 不足 ４ ％， ０ 而使用 Ｓ Ｍ植物胶金 刚石钻 探工艺岩心采取率均 可达到 ９ ％以上 。为地质人员提供 了真实直观的岩石样品 ， ５
从而准确判 断地层 的结构 和颗粒级配。
４ Ｍ植物胶冲洗液的配制和维护 Ｓ
Ｓ Ｍ植 物胶是 由多 年生野生草本 植物直 根加工而 成 ，
ｋ ９一 ２ 主要成分含 多糖类半乳聚糖 、 甘露聚糖等 。它可 以任 意比 ｚＯｊ３ ６
例 溶解 于水 ， 制成无 固相或低固相冲洗液 。作为砂卵石覆 ｚ０ｊ５ ６ ｋ ９－ ５ 盖层钻进用 冲洗液 ，为了取原结构状岩心 和保护孔壁 ， 必
须采取 高浓度 的配方 ， 才能达到此特殊 目的 。现场配制 的 ｚ０ － ７ ｋ９ ６ ０
５ ２
４ ９
６
６
９． ５８
９ ８
１ ８
２ ０
初设 阶段
初设 阶段
程序流程是 ： 首先向搅拌机中加入 １２ 清水 ， ／罐 开动搅拌机 同 时按水 重量 的 ２％一次性倒人 Ｓｉ ｋ 植物胶粉搅拌 ５ｒｉ， ｎ 然后 ａ 加满清水并按 Ｓ Ｍ植 物胶粉重量 的 ５ ％加入烧碱 继续 搅拌 １ ０ ｍｉ ｎ即可使 用 ｎ。 ］
第 ４期 （ 总第 １２期 ） ８ ２１ 年 １ ０１ １月
山西水利 科 技
Ｓ ＨＡＮＸＩＨＹＤＲｏＴＥＣＨＮＩ ＣＳ
Ｎ ．（ ｏａ ｏ１２ ｏ Ｔ ｔ Ｎ ． ） ４ ｌ ８
ＮＯ ．０１ｌ Ｖ２
１０ — １９ ２ １ ）４ ２ 一 ２ ０ ６ ８ ３ （ ０ １０ — ２ Ｏ
钻机 水泵 Ｘ 一 Ｙ ２型岩心钻机 Ｂ ５ Ｗ１０型变量泵
随着 Ｓ Ｍ植物胶钻探工艺 和 Ｓ Ｄ系列钻具 的研制成 功才
使得深 厚覆 盖层 钻进效率 和岩心采 取率得 到大 幅度提 高成
为可能 。 １ 地质条件及勘察要求
搅拌机
钻具 套管
Ｓ １ Ｍ一 型钻井液搅拌 机
Ｓ Ｄ１０金刚石钻具 、 Ｄ ４金刚石钻具 、７ １ Ｓ９ ￥ ５金刚 ￣１８ １ ｍ厚壁套管 ｑ ３ ｘ ０ｍ ９６ ￣ ０ｍ ｏ Ｏ ｌ ｍ厚壁套管 ｌ
要特点和配制、 钻探施工技术及工艺、 钻进参数和操作注意事项。 通过本工程可研 （ 使用传统
钻进 工艺） 和初设（ 文提 出的钻进 工艺 ） 本 两个 阶段使 用两种钻进 工艺的比较表 明， 用 Ｓ 使 Ｍ 植物胶钻进 工艺钻进效 率和岩 心采取 率都有 大幅度提 高，是进 行深厚覆盖层钻进的一种合
心质量 、 提高钻探效率是 钻探工作 的重点 ｌ． ３ ＿ 泽城水 电站初设
当地层结构松散 、 取心 困难 时 ， 应尽量减小泵 量 ， 以确保取 心
质量 。
阶段勘察工作时使用 Ｓ Ｍ植物胶金 刚石钻探工艺共完成钻孔 １ 个 ， 卵石地层深度最深达 ５ １ 砂卵石地层总进尺 ３ ８ 砂 １ ２Ｉ， Ｉ ５． ６ ｍ， 岩心采取率均超过 ９ ％， ０ 效率较可研 阶段勘察也有大幅度 提高 。 尽管 Ｓ Ｍ植物胶钻进是深厚松散砂卵石覆盖层钻进 的一
石绳索 取芯钻具
泽城水 电站位 于左权县粟城 乡清漳 河 的东 西两源交 汇 处下游 的清漳河 干流上 ， 坝址 出露地层 主要 为元古 界长城系 常州沟组 （ ｈ ） Ｃ ｅ石英砂 岩 、 山期辉绿岩 脉（ ） 燕 １ －和第四系全 ３ 新统松散堆积物 。 河床覆盖层主要为全新 统洪 冲积物 （ ４ ） Ｑｐ ， ａ 岩性表层 为低液 限粉 土 ， 表层发育植物根 系 ， 结构松散 ， 零星 分 布碎块 石 ， ０５ １ ｑ其 下为混合土卵石 或卵石混合土 厚 ．— ． ｎ， ５ 夹 粉土 、 细砂透镜 体 ， 卵砾石呈 次棱 角 至次 圆状 ， 一般 粒径
地层的结构往往需要采用多次重复孔或开挖竖井来 完成 ， 如果仍达不到 目的 ， 将影响工程的设计 和施工进程 ＿。因此 ， １ ］ 认真研究深厚覆 盖层钻探 工艺 和选 择钻 进方 法 ， 于保证 钻 对 探质量和提高钻进效率至关重要 。
根据 地层条件 、 钻孔 深度及地质 要求 ， 结合 现场施 工条 件， 钻探设 备选 择如下 ：
［ 作者简介 ］ 姚锋杰 ， １６ 年 生，９ ９ 男，９ ６ １ ８ 年毕 业于长春地质 学院， 高级 工程师 ， 主要从 事水利勘察 、 工工作 。 施
・
２ ・ ２
第 髻１ 锋 植胶泽水站厚盖钻中应研 ＮＮ Ｊ １ Ｍ物在城电深覆层探的用究 ００Ｎ２ ８ 月 ２ 姚 。ｔ１ ４ｖ１ ． ８ Ｔ０ ｏｏ ａ １ ２
理 方法。
关键词 ： 泽城水 电站 ；Ｍ 植物胶 ； Ｓ 深厚覆盖层 ； 应用研 究 中图分类号 ：Ｖ ２ Ｔ ２１ 文献标 识码 ： Ｂ
０ 引 言
基岩面分布高程及起伏情况 。终孔孑 径不 得小于 ７ ｌｌ全 Ｌ ５ｌ＇ ＇／ ／ ， ｌ
孔取 芯钻进 ，覆 盖层 、强 风化层基岩 岩心采取 率大于 等于 ８ ％， ０ 弱风化层基岩 岩心采 取率 大于等 于 ８ ％， 岩岩心 采 ５ 基 取率大于等于 ９ ％， ０ 在基岩中按要求进行压水试验。
（） １合理控制起下钻 的速度 ， 操作要平稳 ， 避免孔 内产生
较大 的压力 脉冲而造 成孑 壁坍塌 。钻孔较深 时 ， Ｌ 起钻要 向孔 内回灌浆液 ， 目的是保持孔 内压力平衡 ， 防止钻孔坍 塌掉块 。
（） ２ 下钻后 ， 先用大 泵量冲孔 ， 应 然后 改用小 泵量钻 进 。
为工程设计 、 施工提供可靠准确的依据和必要 的试验指标 ， 钻 探是工程地质勘察 的重要手段之一 。而保证岩心采取率和岩
２ ．— ６ ． ｍ 含量 大于 ５ ０ １００ ｍ， ０ ０％， 漂石 、 孤石 含量大 于 １ ５％，
３ 钻探工艺及施工技术
３１ 钻 探 工 艺 和 钻进 方 法 ．
在该工程可研阶段勘察 中， 盖层 采用清水或干钻跟管 覆 钻进 的钻探工艺 进行施工 ， 该工 艺不仅钻探 效率极低 ， 材 管 消耗大 ， 而且岩心采取率和岩心质量达不到地质要求 。因此 ， 在进行 初设 阶段 勘察前 ， 认真分 析 、 究 了可研 阶段 的原 始 研 资料 以及存在 的问题 ， 大量收集其他单位在类似地层条 件钻 探 的成功经验 ，决定 在覆盖层 中采用 Ｓ Ｍ植物胶和 Ｓ Ｄ金刚 石单动双管半合管取 心钻具钻进 ， 然后跟进套管 的钻探 工艺 进行施工 。基岩采用金 刚石绳索取心钻探工艺完成。
须检查 钻具 的单 动性能是 否 良好 、 口是否 畅通 ， 水 提钻后根
效 果不是很 好 ， 取心效果 不太好 ， 同时需要跟管钻进 ； 或遇地 下水位 较浅 ， 液稀 释严 重 ， 浆 需要及时补充浆液 的浓度 ， 这样 就 造成成本加大。针对 以上问题在今后的工作中要认真研究 分析 ， Ｓ 使 Ｍ植物胶钻探工艺更好地发挥其在深厚松散砂卵石
７ 结束语 工程地 质的 目的在于 了解 地层的结构和工程地质性质 ，
根 据泽城水 电站深厚 覆盖层钻探 的实 践证 明 ，当使 用
Ｓ 植物胶作为钻进 用冲洗液时 ，为 了确保岩心采取质 量和 ｉ ｋ
钻 进效率 ， 钻进参 数应遵 循 “ 压力 、 低 高转 速 、 小泵 量 ” 的原 则。 正常钻进时采用 的钻进参数为 ： 转速 ５ ０ ８ ０ｒ ｉ， ０ ～ ０ ｍ ｎ 钻压 ／ ５ ８ｋ 泵量 ２ ～ ０Ｌｍｉ， ～ Ｎ， Ｏ ４ ／ ｎ 泵压小于 ０５ＭＰ ． ． ａ 在操作 中应特别注意以下几个问题。
（） ４ 在跟管 钻进时 ， 出的岩心直 径发 现有大 于套管 直 取 径 的孤石 ， 要进行孔 内爆破 ， 将孤石炸碎 ， 然后跟管 。进行孔 内爆破 ， 炸药包顶部至管靴 的安全距 离不得小于 ０５ｉ， ． ｎ 并根 据药量确定安全距离 ， 避免炸坏管靴 。 （） ５ 应经常对 Ｓ Ｄ金刚石钻具进行维护保养。 每次下钻前
（） ３ 在钻进过程 中， 如果进 尺正常 ， 不得 随意改变钻进参 数 ， 不应 随意 提动钻具 ， 也 以免发生岩心堵塞。当发生岩心堵 塞后 ， 若提动 钻具 几次 无效 ， 应及 时提钻 处理 ， 避免 磨掉 岩
心。
种较好方法 ， 但是与其它常规钻进方法一样也不是万能的。 若
开孔 １ ０ｍ以内为较 细颗粒的松散地层 ，Ｍ 植物胶护壁防塌 Ｓ
Ｓ 植物胶在 泽城水 电站深厚 覆盖层钻探 中的应用研 究 Ｍ
姚 杰 锋
（ 山西省水利水电勘测设计研究 院 太原 ０ ０ ２ ） ３ ０４
摘 要 ：为 了解决水利水 电工程深厚覆盖层钻探岩心采取 率低 、钻探 效率低 的钻探 工作 难
题 ， 中首先分析其影响 因素 。根据泽城水 电站钻探应 用实例 ， 文 主要介绍 了 Ｓ 植物胶 的主 Ｍ
ｍ ｍ金刚石单动双管半 合管钻具钻 进 ， 根据钻孔 内情 况 并 及 时跟进 ｑ ３ ｘ Ｏｍ ￣ Ｏ ｌ ｍ厚壁套管 以保护孔壁 ， 至钻 到完 １ 直 整 基岩 。基 岩采用 ￥ ５金 刚石绳索取 心钻具钻 至设计孔 ７
深。
表 １ 钻探成果比较 终孔 覆盖层 覆盖层 覆盖层 裸孔最 孔号 孔深 深度 施工时 岩心采 大钻进 ／ ｍ ／ ｍ 间 ／ 取率 ， 深度 ／ ｄ ％ ｍ １ ４ １ ６ ７５ ． ３． ３３ ３ ５ ９． ６ ４ ０５ ． ０８ ． ２ ５ 可研阶段 可研 阶段 初设 阶段 ｚ０ ｓ １ ｌ０３ ４ ． ｋ ６－ １ － ５８ ｚ０ ｓ ２ １． ３ ． ｋ ６－ １０５ ６５ ５ ２ 备注
在使用 的过程中一定要采用循环方式沉 淀 、 去泥浆 中 除 的砂 子和岩粉 ， 当浆 液黏度降低变稀 时 ， 并且 须及时加入 Ｓ Ｍ
植物胶粉搅拌补充浆液的浓度 。
５ 钻进参数和操作注意事项
（ ） 进效率大幅度提 高 常规 钻进 ， 卵石层平均效率 ２钻 砂 只有不足 ３ｍ ｄ而采用 Ｓ ／． Ｍ植 物胶 新工艺平均效率可达 ７ｎ １ ／ ｄ以上 ， 效率可以提高 ５ ０％以上 ， 大大 的加快 了勘探进度 。 （ ）Ｍ植物胶 冲洗 液护 壁作 用可靠 ，可以实行裸孔钻 ３Ｓ 进 。 孔内没有大孤石且漏失不严 重裸孔钻进深度可达 ２ Ｉ 若 ０Ｉ Ｔ 以上。稳定的孑 壁减少了钻进过程 中埋钻 、 Ｌ 卡钻事故的发生 ， 也不像常规钻进方法需要跟进多套套管 ， 大大简化 了钻孔结 构 ，为砂卵石层实行小 口径金刚石钻进创造 了有力条件 ， 同 时可以减少 工人 的劳动强度和管材的消耗 ¨． ４ ］
２ 主 要 设 备及 材 料
现 代覆 盖层 勘探 ， 除了黏 土层 、 淤泥层 、 厚砂 层取样有 比
较成熟的工具和方法外 ， 对于松散 、 胶结性差 和质 地坚 硬 、 结 构复杂 的深厚砂 卵石 、 漂卵石层 和其间 的薄砂 层取样 ， 尤其
是取原结构样 ， 仍然是 国内外的难题 。为 了查 明深厚砂 卵石
３２ 钻 孔 结 构 ．
成 分主要 为石英砂岩 ， 含少量变 质岩 ， 细粒为 中细砂 和粉土。
结 构松 散 ， 局部架 空 ， 配不均 ， ２ ．～ ２ ＂ 岩以石英 级 厚 ００ ５ ． １． ０ ＇基 １ １
砂 岩为主。
地 质对 钻探 的质量要求和技术要求 ： 通过钻探查 明坝址