祁连山区永冻地层钻探工程施工方法.pdf

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1、12探矿工程(岩土钻掘工程)2008年第12期祁连山区永冻地层钻探工程施工方法．刘海波(甘肃省地矿局第四地质矿产勘查院，甘肃酒泉735000)摘要：通过对高海拔地区永久冻土层的冻结因素和岩心钻探孔内复杂问题的技术分析，从钻孔结构和钻进方法的选择、低温耐寒聚合物冲洗液的选型和配制等方面探讨了在永冻地层钻探施工预防孔内冻结事故和由于孔壁岩石吸热融冻而发生坍塌、缩径、漏失事故等必须解决的关键问题。关键词：永冻地层；冻结因素；钻孔结构；钻进方法；冲洗介质；选型配制中图分类号：P634文献标识码：A文章编号：1672—7428(

2、2008)12—0012—03ConstructionTechnologyofDrilHngEngineeringinPermanentFrozenSoilofQilianMontains／LIUHai—bor4In—stituteofGeologicalandMineralExplorationofGansuProvincialBureauofGeologyandMineralResources，JiuquanGansu735000，China)Abstract：Accordingtothetechnicalanal

3、ysisonfreezingfactorsofpermanentfrozensoilandcomplexproblemsincoringborehole，thepaperdiscussedtheselectionofboreholestructureanddrillingtechnologyaswellasmodelselectionandpreparationofcold·tolerancepolymercirculationfluidinordertoavoidfreezingaccidentinborehole，

4、preventcollapsing，holeshrinkageandleakagecausedbythawingfromboreholewallendothermic．Keywords：permanentfrozensoil；freezingfactors；boreholestructure；drillingtechnology；circulationmedium；modelselectionandpreparation祁连山脉位于甘肃省西部，在海拔4200～5600温度／~cIn范围内的高海拔地区，常年处于低温冰冻季

5、节，地-6—5—432一l0表覆盖层以下厚度超过百米的地层终年冻结不化，10故称之为该区永久冻土地层。根据地质工作需要，20E我院自20世纪中叶至21世纪初先后3次在祁连山＼高海拔地区永冻地层开展钻探工程施工，前后跨越3O数十年。伴随着我国探矿工程领域科技水平的不断4O提高和施工手段的不断完善，经过艰苦探索与创新，5O我们逐步总结出一套适宜高山地区永冻地层的钻探工程施工方法，无论在工程质量还是在钻探效率上图1典型钻孔地温变化图都达到了一个新的水平。1．1祁连山区永冻地层基本特征(1)高山寒冷的高海拔气候是地面低温及产生

6、1岩层冻结因素和孔内复杂问题技术分析永久冻土层的重要原因。在海拔4200m以上，地表祁连山高海拔永久冻土层地区，其覆盖层为第温度一般在一2℃以下，钻孔(地层)温度随孔深增四系坡积物，主要成分为亚粘土、中细砂、砾石、碎块加逐渐下降至一4～一5℃，之后趋于相对稳定或缓石；下部基岩主要为变质岩类的泥岩、片麻岩、闪长慢下降。岩等。基岩上部因季节融冻作用裂隙较发育，随深(2)地面温度受季节影响较为明显，夏季(7—8度增加变质程度加深，矿物颗粒变细。月)随气温升高，地面温度最高可增加至6℃，表层该区一般距地表2m左右为季节性融冻层

7、，以冻土(深度2m左右)开始融冻，下部永冻地层温度下为永久冻土层，厚度超过百米。根据测井资料，该有所升高，这一时段孔内地层冻结程度最低，是钻探永冻层地区地层平均温度一般在一4～一5℃范围工程最佳施工期。内(如图1所示)。(3)在同一海拔地区，施工钻孔地势越陡，比高收稿日期：2008—09—01作者简介：刘海波(1967一)，男(汉族)，河北易县人，甘肃省地矿局第四地质矿产勘查院工程师，探矿工程专业，从事探矿工程技术与管理工作，甘肃省酒泉市解放路22号，Liujiaqi719@yahoo．cn。2008年第12期探矿工程

8、(岩土钻掘工程)13越大，则永冻地层越厚，冻结程度越严重。胶结性，进而发生严重的坍塌事故，这时冲洗液护壁(4)在陡峻山坡钻孔施工时，永冻地层冻结厚已不起任何作用。度和钻孑L孔身水平出露地面(坡底)的距离基本相大量工程实例证明，在钻孔上部复杂地层钻进同。最为有效的施工方法是采用跟管钻进法，逐次下人(5)岩层松散破碎、裂隙发育、漏失严