厚松散层钻探工艺技术.pdf

第2 期 王凉生等新技术在大直径超长钻孔灌注桩中的应用实践 6 3 2 注浆压力。注浆前先压入一定量的清水，探明并疏通注浆通道即可．注浆初始压力 为3 ～5M P a ，正常注浆压力0 ．5 ～1 ．5M P a ． 3 以定量水泥浆用量控制为主，以注霾霎蓁茎耋蓁囊 囊萋霪蠹霪饕蒌羹鋈雾雾季。 掌l 髫雾藿副氍矧匿嗣甬 民囊。 拳翼耄氍委蚕姜K 雾雾鍪薹蕈啻霎垂i j 毒薹i 差薹垂 难题，按照常规方法 达不到钻孔目的或者花费较大的人力和物力．本文通过分析松散层钻孔正常钻进的 影响因素．采用正循环钻孔施工技术进行施工，提出钻孔防偏和纠偏措施，最后给 出了厚松散层钻孔施工技术措施，对厚松散层钻探技术具有一定的指导意义． 关键词厚松散层f 钻探I 工艺参数 中图分类号P 6 3 4 ．5文献标识码B l ’前言 我国的黄淮地区地处黄河、淮河平原，普遍存在着深厚的新生界含水松散地层，同时黄 淮地区也是我国十分重要的煤炭能源基地，分布着淮南、淮北、大屯、徐州、枣庄、兖州和 邢台等大型矿区，建有3 0 0 多个井筒，年产煤量上亿吨。然而自1 9 8 7 年以来4 0 余个地处深 厚含水松散层的井筒先后发生了井壁破坏事故，不仅造成了巨大的经济损失；严重影响了正 常生产．而且引发了严重的安全隐患Ⅱ】．为此，相关煤矿企业与科研单位以及高校开展了针 对松散层沉降变形监测的工作，通常做法是将监测系统置于钻孔中，从而实现对地层沉降变 形观测。然而，在厚松散层中进行钻孔施工是煤田钻探生产的一大难题，较常规钻探要花费 更大的人力和物力，钻探技术指标也受到严重影响。因此，合理确定钻探工艺 包括钻具组 合、钻进参数、冲洗液性能 ，对提高钻进效率和降低孔斜度十分关键。 2正循环钻孔施工技术 开钻时，应慢速钻进，待导向部位或钻头全部进入地层后，方可加速钻进．整个过程应 采用减压钻进。使孔底承受的钻压不超过钻具重力之和 扣除浮力 的8 0 ％。每钻进3 ～5 4 m ，检查一次泥浆性能指标和成孔质量，保证成孔质量满足成孔质量标准，钻进过程中， 收稿日期2 0 0 7 1 0 一2 5 作者 陈娜． x 万方数据 第2 期陈娜等。厚松散层钻探工艺技术 6 7 填写好施工记录，注意地层变化，并在变化处 取样，以便调整泥浆指标。因故停机时，应保 证孔内具有规定的水位和所需的泥浆比重和粘 度，且应将钻头提出孔外，以防塌孔或掉钻 头[ 幻．造孔技术要点有。 1 钻进过程中根据不同土层更换相应钻 具，同时对于钻具专人负责维修加焊，确保钻 具使用完整率． 2 要经常检查钻头磨损情况，及时补焊 保证孔径的要求． 3 在开孔前预先确定孔深以告之钻机班 长，用钻具控制预定深度，再用测绳复测孔 深，以确保孔深要求，避免超钻或欠钻。 4 保证孔底沉渣厚度不大于相应的规范 和设计要求，终孔前应控制取土器提升速度， 防止塌孔． 正循环钻孔施工技术工艺流程图如图1 所 示． 3 钻孔纠偏 坜地平整 I 确定孔位 i ．捂设钻机平台I l l 钻机就位并校正 f I 成孔撩作 l 活孔及检查 ． i 安放导管 I l 搭设凇圭平台并安放辫斗 l 注浆 l 完成钻孔 图1正循环钻孔施工工艺流程图 F i g ．1T h ep r o c e s sn o w o fn o n 】l a l d r c u l a t i o nd r i l l i n g 3 ．1 钻孔偏斜原因 ． 钻孔偏斜原因可以分为地质原因和技术工艺原因【3 ] ．地质原因指的主要是岩石的各向异 性和软硬互层．技术工艺原因有。 1 开孔时，钻机基础不平，立轴或动力头导轨方向不正， 2 未下孔口管或孔口管不符合要求， 3 孔壁间隙过大或钻具级配不合理， 4 不同的钻进方法具有不同的碎岩特点，可能产生的偏斜有所不同 一般金刚石和冲 击回转钻进要优于钢粒钻进 I 5 选定钻进工艺条件下，其钻进规程参数 钻压、转速、冲洗液等 不正确或不适 宜． ’ 3 ．2 钻孔纠偏措施 3 ．2 ．1 工艺要求 钻孔施工过程中，防止钻孔偏斜和控制孔斜度是主要关注的问题，对施工工艺有如下要 求 1 将钻机安装平稳牢固．并经常检查钻机的导轨是否处于垂直状态。 2 合理调整钻进压力和钻进速度，随现场情况适时调整． 万方数据 陕西地质 第2 5 卷 3 防止使用弯雎钻杆，钻杆连接时要保证上下钻杆同心． 4 取芯钻进时，须将岩心全部取出，防止钻屑堵塞钻孔，影响成孔质量． 5 尽量保持钻进速度均匀，并随岩性适时调整。 3 ．2 ．2 防偏措施 在钻孔施工过程中，预防钻孔发生偏斜的措施主要有孔口管活导向环法和变径防斜法。 前者做法是用大一级孔径开孔，钻孔进尺2 ～4m 后，检测孔斜情况，然后下孔口管，并用 水泥砂浆封堵。孔口管要求直，为无缝钢管．两端口平滑，封堵后保证孔口管是铅直状态， 为测斜方便．管口应高出原地面1 ～2c m ，在管口上标出以管口圆心为坐标原点的坐标轴的 4 个交点，然后再在孔口管内加装活导向环，活导向环固定在主动钻杆上，导向环的活动范 围必须在孔日管内，这样主动钻杆有动力头 卡头 和导向环2 个固定点，大大减少了钻具 的不同心摆动，有效地防止了钻孔向孔壁较软的一侧偏斜，其结构原理如图2 所示．实践表 明，孔口管加活导向环法防斜措施非常可靠，若运用得当，在中浅孔中可实现连续钻进，工 效能大大提高，成本大幅降低．若钻孔深度 4 0m ，需要在钻杆上加扶正器。后者做法一 种是利用导向钻具法 图3 a ，钻孔在某一深度处需变径时，首先把孔底尽可能清理干净， 然后在小1 ～2 级的粗径钻具两端加上导正器，实现换径小钻具在孔底居中平稳开孔，另一 种是均匀介质换底法 图3 b ，变径下钻前，在孔底回填砂浆或细石砼至一定高度待砼有 一定强度后用小一级钻具在砼内先形成导向孔，因砼较均质且强度不高，在形成导向孔时， 一般不产生偏斜。 2 孔底埋设导向柱法做法是依测斜数据在孔底预定位置埋设一导向柱 外径略小于 钻具内径 ，并用水泥砂浆埋固，之后钻进并取出导向柱，原理如图5 所示． 3 孔口纠偏法前两种方法一般是自孔内偏斜处向下方纠偏的 图6 a ，但在孔口位 置允许平移时，可在偏斜处向上部纠偏 图6 b 。基本作法先是下部保留孔段用松散物回 填；然后在上部纠偏孔段回填细砼或水泥砂浆，并根据测斜数据在近孔口段埋设导向板或内 导向柱，重新固定钻机于预定位置，即可进行“导向板或内导向柱法”纠偏，当纠偏钻过回 填的砼后，用高压水把下部松散物排出孔外，即可转入正常钻进． 话导 管 活 图2 活导向环结构原理图． F i g ．2T h es c h e 眦t i c ss h w o i n g 活导向环s t r u c t u r e sa n dp r i n c i p l e s 钴 图3 变径防斜措施示意圈 F i g ．3C h a n g ec a l i b e rf o rr e 童i s t i v es l a n t 万方数据 第2 期陈娜等，厚松散层钻探工艺技术 6 9 3 ．2 ．3 纠偏措施 。 在钻孔防偏措施不到位的情况下造成的钻孔偏斜，通常采用的纠偏措施有导向板法、孔 底埋设导向柱法和孔口纠偏法。 1 导向板法。此法常规做法是把制作好的半月形导向板，放置偏斜孔段预定一侧并用 砂浆埋固，然后向下钻进，从而达到纠偏目的，原理如图4 所示． 导向 d 导向板 直孔段 偏斜孔段 图4 导向板法纠德原理图 F i g ．4P r i n c i p l e so fg u i d ep l a t ef o rd e V i a t i o nr e c t i f i c a t i o n 图5 孔底埋设导向柱法纠偏原理图 F i g ．5P r i n c i p l e so fg u i d ep i l ef o r d e v i a t i o nr e c t i f ．c a t i o nb u r i e d a tb o t t o mo fh o l e 4 施工技术措施 图6孔口纠偏法原理图 F i g ．6P r i n c i p l e so fd e v i a t i o n r e c t i f i c a t i o na th 0 1 em o u t h 针对厚松散层钻孔施工过程中的技术难点，在取芯、控制孔斜度、抽水、泥浆护壁等关 键技术环节上采用的技术方法较冀规技术措施有所不同 4 ．1 取芯 取芯的难点在第四系、第三系砂土层、基岩风化带等松散砂岩．取芯器取芯，钻进回次 万方数据 7 0陕西地质 第2 5 卷 终了时干钻o ．1 ～o ．2m ，控制钻进参数和回次进尺．钻进参数为钻压6 ～8k N ，转速1 5 0 r ／m i n ，泵量1 0 0 ～2 0 0L ／m i n ，回次进尺为1 ～2m 。 4 ．2 钻进参数选择 在松散层钻孔施工过程中，根据不同岩性和层位选择的钻进参数如表1 所示。 裹l 松散层钻孔施工钻进参数 T a b ．1 D r i l l i n gp a m m e t e r si n1 0 0 s eb e d s _ ≮ 第四、三系取芯 第四、三系扩孔基岩取芯基岩扩孔 钻进参数、、 钻压 k g 6 0 0 ～8 0 08 0 0 ～1 2 0 0 8 0 0 ～1 2 0 0 1 5 0 0 ～2 0 0 0 转速 r p m 7 5 1 5 01 57 5 ～1 5 0’6 9 泵量 L ／m i n 2 0 0 2 5 08 5 02 0 0 ～2 5 08 5 0 4 ．3 钻具组合 钻具选择原则遵循刚、长、粗、重、直，根据所需孔径选取钻铤。施工过程中注意检查 岩芯管及最下部一根钻铤连接起来后是否弯曲，发现弯曲后，及时进行更换。钻进钻具组 合。钻头一岩芯管一扶正器一钻铤 1 单根 一扶正器一钻铤 6 ～8 单根 一钻杆一立轴． 4 ．4 冲洗液选择 一般来说，用于监测地层沉降变形监测的钻孔对其技术指标要求较高，因为它要保证监 测系统顺利而准确下放到指定位置．因此，要优化泥浆护壁参数，以保证孔壁有较好的稳定 性。用于泥浆护壁的参数第四系、第三系基岩风化带采用化学泥浆护壁。泥浆指标控制范 围为；比重1 ．0 5 ～1 ．1 5 ，粘度1 8 ～2 5s ，失水量小于3 0m l ／h ，泥皮厚度小于1m m ，P H 值 保持在8 ～9 之间，基岩采用化学泥浆做冲洗液，其性能指标为比重小于1 ．1 0 ，粘度小于 2 2s ，失水量小于3 0m l ／h ，泥皮厚度小于1m m ，P H 值控制在8 ～9 之间。 5 结语 厚松散层钻孔钻探工艺存在一定的技术难度，通过合理确定钻进参数和优化钻具组合， 并且采用适合比例的护壁泥浆和冲洗液，能够实现厚松散层钻探快速、准确和经济的目的。 万方数据 万方数据