砂卵石层的金刚石钻进和取样技术优化

(1)SM 植物胶无固相冲洗液技术。在水利水电工程勘探中,砂卵石层厚度在50m 以上的屡见不鲜,其结构和级配变化很大,钻探进尺与钻孔取芯(样)都比较困难。30多年来,水利水电系统在河床砂卵石层钻进中,常规采用的是单管钻具、清水冲洗液跟管护孔的钻进方法。因此,常规钻探工艺远远不能满足工程地质与试验要求。为适应对覆盖层砂卵石勘探的要求,成都勘测设计研究院成功研制SM 植物胶无固相冲洗液和SD 系列金刚石钻具,形成一套比较完整的“砂卵石层金刚石钻进和取样技术”。在较为密实的砂卵石层中,该技术在砂卵石层中可取出100%的原状样,钻进效率比常规钻进方法提高1～2倍。该技术总体上达到国内领先水平,并在几十个大、中、小型水利水电工程勘探中应用,取得显著的经济效益和社会效益。

SM 无固相冲洗液的基本性能是:①造浆性能好,可配制成钻进所需要不同粘度的冲洗液;②可以对低固体泥浆提粘,降低失水效果突出;③动切力较小,可以配置高粘度冲洗液;④在水敏性地层中钻进加入CMC后,护壁防塌效果显著。

(2)SD 系列金刚石钻进技术。SD 系列钻具是两级单动的双层岩芯管钻具,它包括SD108、SD94、SD77普通内管磨光钻具和半合管钻具,以及SD108-S、SD94-S、SD77取砂钻具,共三级口径,九个品种,自成系列。SD 系列钻具配合SM 植物胶冲洗液钻进砂卵石层、基岩破碎带和硬脆等复杂地层,不仅能大幅度提高岩芯采取率,而且可以取出松散破碎地层原状结构的圆柱状岩芯;而且,厚砂层也可以取出原状砂样。(www.xing528.com)

1989～1994年,长江委三峡勘测研究院先后在三峡工程与江阴长江公路大桥等松散破碎地层、砂卵石层中应用“砂卵石层金刚石钻进和取样技术”,均收到良好效果,解决了风化层取样困难的老大难问题。例如,三峡工程茅坪溪防护堤与杨家湾港口基础均为花岗岩全、强风化层,采用SM 植物胶和SD 系列φ108、φ94金刚石双管单动半合管取样钻进,在9个钻孔全、强风化层中取样,取样率均达到100%;江阴长江公路大桥桥址,取样率达到100%。1992年,黄河水利委员会勘测设计院地勘总队应用SM 无固相冲洗液和φ110mm 金刚石单动双管钻具钻进砂卵石层,取样效果良好,满足了地质要求。该工程河床砂卵石层厚度为30～80m,最深达112m,卵石粒径一般为4～8cm,大者12cm,含砂率20%～30%。同年,河北省水电勘测设计院在“南水北调中线工程”漕河渡槽、石湖水库等地质勘察中应用SM 植物胶低固泥浆,钻进取样,平均岩芯采取率达90%以上,最高为97%。