地质勘察工程中钻探技术论文

浅谈地质勘察工程中钻探技术
【摘要】文中对工程勘察技术的现状进行了阐述，对合理调整和选用的钻探方法进行了分析，从而达到提高钻探效率和增加钻探质量的目的。

【关键词】岩土工程；地质勘察；钻探技术；方法选择
1 工程勘察
工程勘察就是通过调查、测绘、勘探与试验等方法，获得与工程建设有关的岩体、土体和水体的空间分布、变化规律及其物理力学参数等信息，以此评价、论证、检验场地的稳定性、建筑的适宜性及环境的演化性，并提出设计施工的基本资料与原则建议。

而工程地质钻探是一种常规且非常重要的勘探方法之一，又是采取岩土样品和进行孔内原位测试必不可少的辅助手段。

钻探技术是勘察资料准确性的必要条件，特别是对于深厚碎石土、砂土及岩溶等复杂地层，钻探技术不过关，便不可能准确揭露地层结构，也不可能获得岩土的客观物理力学参数，导致一些虚假的地质信息出现在勘察报告上，严重影响了工程建设的质量，造成不必要的浪费，或者导致结构物的安全隐患。

2 钻探信息对钻探方法选择的影响
作为岩土工程勘察主要手段的工程地质钻探，钻探信息是指在勘察钻探过程中，某种钻探方法在获取地质资料准确性和提高钻探效率，在钻孔结构、冲洗液、钻进过程隋况、岩芯采取率、回次进尺率、岩芯野外鉴定等方面，所反映出的实际情况。

在工程地质勘察中，主要常见的对象就是第四系浅部的土层、碎石类土等，钻探过程中不仅要求顺利钻下去，更主要的是要获得准确的诸如颗粒组成、密实度等重要指标。

针对于土层的钻探方法多为回转取心钻进、锤击取心钻进、螺旋取样钻进，如何根据钻探信息合理选择钻探方法，使所取土芯反映的土层结构、构造等与该土层在天然状态下结构特点相符，一直是勘察中需要解决的问题。

对于土层，在工程勘察钻探过程中影响获取地质资料准确性和钻探效率的钻探信息，主要反映在岩芯采取率和回次进尺率等方面。

岩心采取率：岩心采取率主要用于衡量钻进过程中揭露各土层的厚度和埋藏深度的准确程度。

岩心采取率用系数来δ量度。

式中：l——本回次岩芯长度，m；
——上回次岩芯残留长度，m；
——本回次进尺，m；
——本回次岩芯残留长度，m；
越接近1，揭露各土层的厚度和埋藏深度的准确程度越高，获取地质资料的准确性越高。

回次进尺率：回次进尺率主要用于衡量钻进效率的指标。

回次进尺率用系数来量度。

式中：——本回次钻进结束钻孔深度，m；
——上回钻孔实际深度，m；
——下回次下钻后钻孔实际深度，m；
越接近1，有效进尺越多，钻进效率越高。

在软塑或流塑土层中，当选用回转取芯钻探或锤击取芯钻探时，根据长期观察和数据总结，δ值在0.2～0.4左右、值在0.2～0.5左右，回次进尺效率低，难于保证钻探效率和钻探质量。

当选用螺旋取芯钻探时，δ值在1～1.2左右、值在0.9～1左右，可获得较高回次进尺效率高，可保证钻探效率和钻探质量；在硬塑土层中，当选用回转取芯钻探或锤击取芯钻探时，δ值在0.9～1.0左右、值在0.9～1.0左右，回次进尺效率高，可保证钻探效率和钻探质量。

当选用螺旋取心钻探时，δ值在1～1.2左右、值在0.7～0.8左右，难于保证钻探效率和钻探质量。

综上所述，根据δ、值变化，对于硬塑、天然密度较大的土层选用回转取芯钻钻进或锤击取芯钻探时，其δ、值趋近于1，能有效提高钻探效率和钻探质量；对于软塑、天然密度较小的土层，用螺旋取样钻钻进时，其δ、值趋近于1，能有效提高钻探效率和钻探质量。

针对于碎石类土的钻探方法，在工程地质钻探中，碎石类土地层是常见也是实际工程中最困难地层之一，这种地层是一种典型的力学不稳定地层，其基本特征是结构松散、无胶结，呈大小不等的颗粒状，受地下水的影响。

这种地层一旦被钻开，就很易破坏原来的相对稳定或平衡状态，使孔壁失去约束而产生不稳定。

主要表现在钻进时易发生塌孔、冲洗液漏失严重，易发生卡、埋钻等孔内事故。

在这种地层中钻进的关键是选择合理的钻进方法，采用先进的
钻进技术，重点预防钻进时的冲洗液漏失及孔壁坍塌。

因此钻探方法也多采用回转取芯钻进、锤击取芯钻进等综合钻进法。

根据钻探信息（钻孔结构、冲洗液、钻进过程情况、岩芯采取率、回次进尺率、岩芯野外鉴定等多种数据），来分析所选用的钻探方法，是否能有效提高钻探效率和提高钻探质量。

首先要分析不同钻探方法在不同的密实程度、潮湿程度、粒径和充填物中的适用情况。

2.1 对于松散的卵碎石类地层，其卵、砾石个体的活动自由度较大，套人条件较好，易钻进也易坍塌，适用跟管钻进，对于较密实的卵碎石层，卵、砾石个体活动的自由度较小，钻进中孔壁坍塌程度较小，适用于裸孔钻进；
2.2 含水量较小的卵碎石层钻进时孔壁坍塌程度相对较小，若其较密实，适用于裸孔钻进，含水量较大的卵碎石层易于钻进，孔壁也易坍塌，护壁成为主要考虑因素，适用于跟管钻进，当地层为粘性土充填时，也可用裸孔钻进；
2.3 考虑到卵碎石粒径大小在钻进中影响，钻具器材口径的选择应适当，口径太大或太小都难以取得较好的总体效果。

通常正常钻进中选用127钻具或146钻具为宜，这样对于粒径小于岩芯管内径或钻头内径的卵、碎石个体，可正常套人钻进，对于粒径大于岩芯管内径或钻头内径的这类地层，可适当加大钻具口径或改用较小口径以破碎个体为目的进行钻进；
2.4 以粘性土充填物为主的卵碎石层，卵、砾石之间的粘结力较强，在钻进中孔壁坍塌程度较小，可适用于裸孔钻进，以砂类土
充填物为主的卵碎石层，卵、砾石之间的粘结弱，护壁是钻进的首要问题。

由于采用泥浆对孔进行护壁可能对地层进行分选，并将地层的较小颗粒成分带走，给野外鉴别地层带来困难，同时泥浆护壁的效果和经济效益不理想，因此多适用于套管护壁跟管钻进。

综上所述可得不同钻进方法与卵、碎石特征的适用关系。

在实际工作中所遇到的卵碎石地层，多为以上各种要素的综合体，应根据密实度、充填物、含水量等的不同，在工程勘察钻探过程中根据钻探信息，及时调整和选用相应的钻探方法从而提高钻探效率和钻探质量。

2.4.1 当地层密实度为松散一中密，含水量较小，粒径20～60mm，粘性士充填的情况下使用，可采用回转跟管钻进，钻压为采用钻具自重，转速为20～40转/分，遇到钻进中进尺较缓慢，且钻具回转较平稳时，可适当提高钻进参数，若钻进中进尺困难，压力表跳动幅度较大应立即提钻，以防损伤钻头合金和钻机设备。

在连续进尺时，应每进尺约0.5m 向上提动钻具一次，这样回次进尺完后起钻会容易一些。

2.4.2 当地层为粘性土充填、较密实、含水量较小的地层条件或按地质要求需采取原始试样的孔段，适用于合金干钻，回次开始钻进参数应选取低值，随着进尺的增加应逐渐增加，同时，应参考进尺的快慢等情况来调整钻进参数，进尺连续顺利，最好不要变更钻进参数。

在钻进过程中要适当上下窜动钻具，以防钻头被烧死或堵死。

若钻进中进尺较困难时，应根据孔上设备所反映的孔内情况
来确定钻进方法。

当进尺较慢而压力较乎稳时，可能遇见了漂石，应采用钻进基岩的钻进参数。

2.4.3 在松散、粘性土含量较低的卵碎石层中钻进采用跟管是目前的最有效的方法，通常采用127套管，108跟管钻进。

下管前，先用150或130钻头开孔，钻进地层一定的深度，一般3-6m为宜，即使提钻之后，下入相应于孔深长度的套管，下管采用先压人，后回转、再振动的方法，由于地层比较松散，用上述三种方法是可以将套管下人的。

管内清孔采用比套管口径小一级或二级的岩心管回转钻进清孔，其钻进参数相同于硬质合金钻头干钻的钻进参数。

清孔中套管须用夹持器夹牢，若遇岩芯管被套管卡住的情况，应及时向上提动钻具，若提动后仍然被卡，须
采用轻微反转、强拉、振动的方法使之分离，之后注入适量的清水，再进行清孔。

2.4.4 由于采用泥浆对孔进行护壁可能对地层进行分选，并将地层的较小颗粒成分带走，给野外鉴别地层带困难，工程地质勘察钻探，在卵碎石层中钻进，不主张泥浆循环或清水顶漏钻进，只在某些特定的情况下，如开孔地层松散且粘性土含量较低或裸孔钻进时遇见类似的地层，可采用注浆护壁。

其具体方法是：地层含水为饱和时，直接使用粘土护壁，粘土中应掺些纤维物质，护壁效果会好些，当地层含水量为湿～稍湿时，应使用具有一定特性的泥浆，泥浆性能如下：漏斗粘度17.5～21.5，比重1.05～1.14。

ph值为7～8，胶体率95～100，失水量20-25ml/min。

这种泥浆易于配置，
能更好的达到护壁效果。

3 结束语
本文论述了合理分析钻探信息选择钻探方法，从而达到增加钻探效率，提高钻探质量及在不同地层，根据钻探信息选用不同钻探方法的优缺点。