泥岩分析

分析泥岩地层的钻进
泥岩是一种由泥巴和黏土固化而成的沉积岩，不显层理、呈块状，主要由细颗粒的沉积物组成，其内聚力大、抗压强度低，一般在0.17-10Mpa之间，具有很强的吸水性和胶结性（见图1、图2）。

旋挖钻机钻进泥岩地层时，由于泥浆侵入齿具与原生岩层的接触面，降低了齿具与原生岩层的摩擦力，致使齿具在原生岩层表面滑动而不能切入岩层，于是出现了打滑难以进尺的现象。

打滑现象是泥岩地层钻进的一大难题，要加快施工进度和提高生产效率必须解决好这一问题。

图1 泥岩标本图2 泥岩钻渣
图3 清理泥岩Ⅰ图4 清理泥岩Ⅱ
一．打滑现象分析
泥岩钻进打滑有两种形式，即托底打滑和切削打滑。

1．托底打滑
钻进时，钻屑吸水后变成粘性很大的塑状粘土物质糊在钻齿和钻底上，斗齿便失去切削作用而无法继续钻进。

提钻前反转钻斗关闭斗底时，由于斗底已无任何阻力，斗底会与钻斗一起反转而无法关闭，在提钻过程中，斗内渣土掉出。

二次下钻后，齿尖直接插入渣土内，钻斗底板面直接压在渣土上，随着钻斗旋转钻进，把掉下的渣土高低不平及缝隙完全压实，当渣土不能再压缩时，底板面被渣土托住，斗齿便在之前划出的沟槽内反复地旋转，形成托底打滑现象。

2．硬泥岩打滑
硬度较大的泥岩在泥浆的润滑作用下，摩擦系数降低，钻杆提供的加压力不足，斗齿不能切削钻进，在斗齿和泥层的接触面上形成一个光滑面，出现硬泥岩打滑的现象。

二．打滑的处理
1．托底打滑的处理
如果孔内虚土是软泥，可以快速反复操作动力头正传加压和反转加压，瞬间对钻斗有巨大的冲击力，使斗齿和虚土之间产生摩擦力，加压力在瞬间传递到虚土上，把虚土切削挤压进入钻斗。

如果孔内虚土较多，又是硬泥岩，可以换一个直径略小的短螺旋钻头解决打滑。

小直径螺旋钻头与孔壁之间有一些间隙，掉下的泥土在钻杆钻头重量和加压力的作用下被挤到旁边，钻头接触到实土即能正常钻进。

提钻后，被挤压到旁边的虚土调入小直径的孔内，没有掉入孔内的渣土被二次下钻的大直径钻斗挤压到孔内，从而大直径钻斗可以正常钻进。

2．硬泥岩打滑的处理
硬泥岩的极限承载力在500kpa以上时，需要巨大的加压力才能切削破碎，要选用机锁钻杆配短螺旋钻头和双底入岩钻斗进行钻进。

三．克服泥岩打滑
克服打滑现象的宗旨是：不给泥浆侵入或形成创造（时间上的）条件和增大钻齿对原生岩层表面的压强。

通过了解泥岩强度、桩径和桩深等因素，来选配钻杆和优化钻具齿具，结合操作方法，基本可以解决绝大多数泥岩钻进，从根本上克服泥岩打滑。

1.钻具的选择和优化
泥岩地层宜采用双底捞沙斗钻进，优先选用V19钻齿，备用短螺旋钻头进行配合，要通过以下几点优化钻斗（图5、图6）。

调整齿具的数量、位置、角度和型号减小接触面积，增大在岩层表面的压强；定位锥刀尽量锋利，长宽要适中，以线性和点性方式接触岩面；钻齿刃角为20～22°，刃口不大于1.5厘米，钻齿前角为49～52°；交错布齿相互穿插，避免齿具切削轨迹重合；对于钻渣较粘的岩层，边刀正上稍靠后位置设置侧面进土口；为了达到初始压强，钻头有时需要增重。

对于极限承载力在500kpa以上的硬泥岩，宜选用双底截齿捞砂斗。

图5 短螺旋钻头钻进泥岩图6 优化双底捞砂斗
2.钻杆的选择
钻进泥岩一般使用两种钻杆，即摩阻式和机锁式钻杆。

摩阻钻杆比机锁钻杆可钻进更深的桩，一般用于叫软地层的施工，具有易操作、加压行程独立性高、耐磨性好、结构成熟可靠等优点，可以加快施工进度。

如果泥岩极限承载力在500kpa以内，桩径为1m，通过优化和技改钻具，结合操作时完全可以钻进，为了达到初始压力，钻杆和钻具可以增重。

机锁杆有不能钻进深孔的限制，它不但可以用于软地层，也可以用于较硬地层施工，各台阶间距与加压油缸行程有关，加压力由机械直接传递，能为钻进较硬地层提供较大的加压力。

机锁杆不易操作，需机锁解锁，上提下放速度慢，影响钻进速度。

3.操作方法
使用摩阻杆时应持续加压，切入地层负载上升后，持续钻进，通过负载的大小调整加压的幅度，使钻齿切入原生岩层并始终维持切入的状态。

使用机锁杆时也需要控制加压方式，当履带前方快被加压支起时，说明加压过急或不进尺，此时不可继续加压，应确定原因，比如是否地层太硬、是否钻具存在缺陷、是否被糊住导致托底等。

如果地层变化不大，每斗钻进的时间和深度应该在一定的范围内，泥岩层单斗进尺深度宜为40cm。

在反转关闭斗底时，尽量在钻进有负荷时，斗底具有一定的阻力，防止斗底与钻筒一起反转。

反转不宜超过两圈，反转过多会磨平孔的台阶，加大了下次钻齿进入原生岩层的难度。

四．总结
通过改变钻杆、技改钻头、改进操作方法，完全可以从根本上解决泥岩的打滑问题。

对于旋挖钻进而言，所有泥岩都可以钻进。