提高卵砾石地层钻探采取岩芯质量的技术分析

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1、提高卵砾石地层钻探采取岩芯质量的技术分析严军赵鹏（湖北省地质局第八地质大队，湖北，441000）【摘要】木文作者通过对郑万高铁定测阶段襄阳地区部分桥梁地质勘察在第四系松散卵砾石层中钻探工作的分析和总结，从钻兵配套、泥浆制配、钻头选取、钻探工艺等方面分析，与传统工艺作了对比，在如何提高卵砾石层中钻探效率和保证岩芯釆取质量方面积累了一定的施工经验，对该地区及类似地层钻探施工有借鉴意义。【关键词】卵砾石地层；岩芯釆取；植物胶；循环液1、前言襄阳地处汉江中游湖北省丙北部，古往今来汉江河道变迁频繁，流域内湖塘众多，

2、阶地地貌发育，一级阶地、二级阶地下部卵砾石层分布广泛。目前在该地层中钻探多釆用单管+硬质合金复合片钻头或金刚石钻头、普通泥浆护壁，结合无泵干烧取芯的简单钻探工艺，普遍存在泥浆漏失、稀释、塌孔、取芯质量差、采取率过低、地层物质成分流失、钻进效率低等问题。木文作者通过郑万高铁定测阶段襄阳地区部分桥梁地质勘察在第四系松散卵砾石层中钻探工作的分析和总结，从钻具配套、泥浆制配、钻头选取、钻探工艺等方面分析，与传统工艺作了对比，在如何提高松散卵砾石层中钻探效率和保证岩芯采取质量方面积累了一定的施工经验，对该地区及类似

3、地区施工有借鉴意义。2、工程概况襄阳地IX高层建筑及重要等级构筑物不断增多，要求勘察深度越来越大，对卵砾石层的岩芯釆取质量要求越来越高，如何提高卵砾石层的取芯质量、保证采取率，是当前工程勘察亟需解决的问题之一。新建铁路郑万线豫鄂省界至万州段定测阶段襄阳地区部分桥梁勘探孔部分位于汉江一级阶地之上，为查明砂卵石地层结构和颗粒级配，设计单位要求卵砾石地层岩芯采取率达90%以上，并确保地层结构状态不受扰动破坏，岩芯物质组成不明显减少。桥址区分布一套第四系冲洪积地层，岩性自上而下为粉质黏土、粉土、粉砂、卵砾石层。场

4、地上部0.0-3.0m为可塑状粉质黏土夹粉土；3.0-9.5m为灰褐色硬塑状粉质粘土；7.8-11.4m为灰黄色松散粉砂，局部夹粉土；11.4m以下为卵砾石层，灰褐、黄灰色，饱和，中密-密实，卵碱石主要成分为弱风化石英岩、硅质岩、燧石岩等，卵砾石含量一般60-70%,高者可达75-80%，一般粒径l-4cm。其中卵石含量20-30%，粒径2-4cm，大者15cm。颗粒间充填物多为细砂。分选性差，磨圆度较高，次圆状。一般厚度30-50m，强-极强透水性。针对上述地层若采用传统的简单工艺，根据类似场地施工数据

5、统计分析，曰平均进尺6.28-10.1m/天，卵砾石层钻探采取率35.0〜58.3%,平均采取率43.6%,不能满足勘察要求。为应用新技术和积累勘察施工经验，项B部现场成立攻坚技术小组，认真分析研究钻具组合、工艺及技术参数对S的层的适宜性，最终决定采用Φ110mm单动双管钻具、半合式内管、低胎体硬度金刚石钻头、S系列植物胶+膨润土+火碱制配循环液、小水量低压、中-高速钻进，与传统工艺相比，从钻机具配套选择、泥浆选择及制配、钻探工艺、钻头选取等方面作了改进和技术更新。通过试验性勘察验证，采用改进机具

6、和技术更新以后，钻进效率和取芯质量得到显著提高，取得了良好的钻进效益，日平均进尺15.5-20.lm/天，卵砾石层采取率90.6〜91.6%，平均取芯率91.0%。观察岩芯表面，在芯表面形成一层韧性胶膜，胶结并包裹岩芯，掰开岩芯断面外围凝结形成胶结状结构，向岩芯轴物质逐渐新鲜，岩芯无明显结构破坏及物质混杂现象，较好保持了地层的原始结构状态。满足设计对采取率和岩芯质量的要求。3、传统技术与采取新技术措施的对比分析3.1选择钻具的技术分析采用单管钻具、正循环工艺，冲洗液从钻具内直接冲刷岩芯，造成芯管内物质组成

7、随冲洗液流失；传统钻具即为取芯管，在钻进过程中岩芯随钻具冋转、振动频繁，岩芯结构在振动冲击下发生挤压混杂或离析分散,破坏了岩芯结构特征，进一步造加剧岩芯物质成分的漏失。冋次钻进结束提取岩芯后，管内岩芯多采用传统的敲击脱管或水压退芯的方式，前者易造成岩芯结构破坏、物质分离，后者易造成细颗粒物质随冲岩芯水流失。本工程选取单动双管钻具，实现了钻具管和取芯管的分离。钻具结构分为外管和半合式内管，功能上外管仅冋转钻进，内管用于卡取岩芯处于相对静止状态,减小了管内岩芯随钻具冋转、振动、冲击对岩芯结构的破坏；钻进循环液

8、从内管和外管之间的间隙流达孔底润滑钻头，不会对进入岩心管的岩心造成冲刷，可提高岩芯采取率，且冇利于保持岩芯特征及物质组分；半合式内管在取芯后可卸出内管、打开半合直接观察鉴定岩芯，保证了岩芯的原始状态。3.2选择钻头的技术分析汉江流域襄阳一带的卵砾石主要成分为弱风化石英岩、硅质岩、燧石岩等,卵砾石含量一般60-70%，高者可达75-80%,-•般粒径l-4cm。其中卵石含量20-30%,粒径2-4cm，大者15cm。颗粒间充填物