微泡沫泥浆在贵州岩溶裂隙地层钻探施工中的应用
充气泥浆堵漏钻井技术在靖平51—13井的应用
漏失 ，消耗堵漏材料３ ６ ０ 吨，漏失泥浆总量超过３ ０ ０ ０ 方。从井深
１ ８ ３ ０ 米 开始 应 用 充 气泥 浆 钻进 ，用 时 ３ ９ ６ ｄ ￣ 时钻 至 ２ ９ ０ ０ 米二 开 完
钻并 顺 利 固井 ，未 发生 漏失 。
１ 技 术 原理 与漏 失分 析
图 １ 注气量 、井 口回压 和 井底压 力之 间的 关 系
该技 术 可有 效解 决钻进 过 程 中 出现 的 地层 漏 失 问题 ，并 能提 高机 械钻 速 ，缩 短 建 井周期 。靖 平 ５ 卜１ ３ 井 在钻 进 至延 长组 地 层
时 出现 恶性 漏 失 ，传 统 堵 漏方 法效 果很 不 明显 应 用充 气泥 浆后 完成 １ ０ ７ ０ ￣ Ｃ ． Ｋ ，达到 二开 设计 井 深并 顺利 固井。 关键 词 钻 井技 术 充 气泥浆 堵漏 欠平衡
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空气潜孔锤在复杂地层中的钻进
空气潜孔锤在复杂地层中的钻进【摘要】本文介绍了空气潜孔锤钻进技术在粘土层、破碎坍塌地层以及河床卵砾石地层中的钻进工艺。
【关键词】空气潜孔锤；钻进工艺；复杂地层1. 空气潜孔锤钻进的原理空气潜孔锤钻进的原理，是用地面的钻机通过钻杆对孔底施加压力和扭矩，用压缩空气驱动潜孔锤对岩石进行冲击碎岩，实现冲击回转钻进，同时利用压缩空气冷却钻头，并将孔底岩屑排出地表。
2. 复杂地层分类（1）钻进过程中，孔内经常出现各种复杂情况，如涌水、岩石破碎、孔壁坍塌、钻孔直径扩大或缩小等，使钻进工作不能正常进行，严重的会导致孔内事故，被迫停钻，甚至造成钻孔报废。
容易出现上述情况的地层称为复杂地层。
（2）在工程地质及水文地质钻探中，经常遇到的复杂地层主要有：粘土地层、破碎坍塌地层和卵砾石地层。
3. 在粘土地层中的钻进（1）粘土及粘土质页岩地层为高水敏性地层，岩石松软，吸水后膨胀，钻孔缩颈。
目前钻进此类地层，大多应用回转钻进的方法。
潜孔锤遇此类地层极易出现糊钻，形成泥包或泥环，以致造成卡埋钻事故。
通常岩芯钻探对付此类地层的方法为加入各种冲洗液添加剂，如水玻璃、PAM、PHP低固相泥浆等，意在采用优质泥浆护壁，以降低失水。
（2）实践表明：空气潜孔锤钻进粘土层时，进尺仍然很快，但为了避免缩颈造成的提钻困难，应采用减压钻进，且进尺一定深度后应反复上下串动钻具，进行扫孔，等粘土应力基本释放，不再缩颈为止。
若一旦发生因缩颈引起的提钻困难，则应采取以下措施：一是提钻，用动力头把钻具提到最高点；二是钻磨，让动力头带动钻具不停地转动；三是上下串动钻具，在原地转动约10分钟后，用动力头上下串动约1分钟。
为有效地解决或避免泥包和泥环，防止事故，期间应向孔内加入泡沫，因其比重小，含水少，润滑作用好，可有效地减少粘土对钻具的夹持作用。
4. 在破碎坍塌地层中的钻进（1）通常岩芯钻探中遇到破碎坍塌地层时，除减压钻进、适当降低转速外，着重从护壁材料入手，力图保持孔壁稳定。
岩溶地区公路基础设计与施工技术研究技术应用指南(最终版)
岩溶地区公路基础设计与施工技术指南
1.3 填石体样本密度测量.............................................................................................. 39 1.4 填石体样本的参振质量 m0 与密度 ρ 的关系建立................................................ 39 1.5 现场测试步骤.......................................................................................................... 39 1.6 填石体样本的参振质量 m0 与密度 ρ 的关系建立示例....................................... 40 附录 2 岩石等效内摩擦角初定值....................................................................................... 42 附录 3 岩溶洞隙稳定性半定量评价................................................................................... 43 附录 4 填石路堤设计标准图............................................................................................... 49 附录 5 岩溶地区公路工程路基、桥基施工处治技术图表............................................... 53
钻探泥浆与堵漏演示幻灯片
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二、冲洗液（泥浆）的主要循环方式
1、全孔正循环
2、全孔反循环
3、孔底局部反循环 4
三、钻孔冲洗介质的功用
1、清洗孔底，携带和悬浮钻屑； 2、冷却钻头，润滑钻具和钻头； 3、保护孔壁，平衡地层压力； 4、作液、气动工具（冲击器、潜孔锤、
螺杆马达）的动力源； 5、输送岩心或岩样、输送孔底信息。
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四、常用钻探泥浆的种类
1、气体——利用高压空气吹洗钻孔达到清除孔底 岩粉和冷却钻头的目的。
2、泡沫——由气体、液体、发泡剂等组成，它除 了冲洗钻孔外，因其相对密度低，还可起减少孔内钻 井液漏失的作用。
3、泥浆——利用水泵将液体送入孔内，起到冲洗 岩粉，冷却钻头，保护孔壁的作用。
2、膨润土粘土
它又叫微晶高岭石、蒙脱土、胶岭土、主要由微晶 高岭石组成。颜色多为粉红色、白色、淡黄色、浅灰 色等。纯微晶高岭土矿比较少见，但它造浆性能好。
3、伊利石粘土
主要有伊利石（伊利水云母），还有绿海石等。含 伊利石矿物为主的粘土岩。
4、海泡石粘土
海泡石族矿物包括海泡石、凹凸棒石、坡缕缟石等，
是铝和镁的水硅酸盐，其晶体构造常为纤维状、链状
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3、高岭石的晶体结构
高岭石晶体由一个硅氧四面体晶片和一个铝氧八面体晶片组成高岭石 的片状结构，故称之为1:1晶体构造型粘土矿物。 这种片状结构在垂直方向上一层层的重叠，而在水平方向上晶层连续 延伸。在每一个片状结构中，一面为氧层，一面为氢氧层，而氢氧具 有强的极性，晶层与晶层之间容易形成氢键，因而晶胞之间联结紧密， 故高岭石的分散性较差，阳离子交换容量小；晶层间联结紧密，水分 不易进入其间，水化性能差，不易吸水膨胀，为非膨胀类型的粘土矿
复杂地质环境下钻探施工技术
复杂地质环境下钻探施工技术的探讨[摘要]：本文总结了煤田复杂地质环境特性下的钻探施工方法，再根据具体案例用来说明钻探施工技术的可行性，并取得了钻孔施工较好的钻探效率和经济益。
[关键词]：钻探技术：复杂煤岩；施工技术；地质钻探；冲洗液；引言近年来，复杂地质钻探技术虽然有所发展。
但仍处于起步和摸索阶段，随着钻探工艺的完善，将会使复杂地层煤田钻探水平有更大的提高。
1、复杂地质环境分类根据钻探施工特点及地质情况，把复杂煤岩地层分为以下几类：（1）松散破碎地层：主要包括松散破碎和硬、脆、碎破碎地层。
较为典型的有胶结性很差的砂石和石灰岩组成的二叠纪地层，这种地层含有大量的砂岩，部分地区存在泥岩、砂岩和砾岩以及部分卵石。
受钻具振动碰撞和泥浆冲蚀作用，钻探钻孔易发生坍塌、漏失、超径等事故。
（2）水敏性地层：主要包括水化松散、水化剥落、水化膨胀和水化溶蚀煤系地层。
（3）漏、涌水地层：这类地层钻探施工护孔堵漏难度极大，漏失分大、中、小漏；涌水地层一般涌水量为10 m3/h～ 50 m3/h。
煤系地层硅质胶结，灰岩多破碎，且研磨性大，构造裂隙较发育，稳定性较差，透水性强，地下水丰富，承压水力大，钻孔缩径或涌水时有发生。
2、钻探钻孔根据地层特点和地质钻探对孔径的要求，首先进行了钻孔结构优化，尽量简化钻孔结构。
即先用d133mm的普通型pdc复合片钻头开孔。
穿过第四系松散破碎地层，下人d127mm双层岩芯套管；然后抉用d113mm普通型和加强型pdc复合片钻头钻进，穿过复杂煤岩地层，下人技术套管，以保护孔壁，导正钻孔；最后煤系地层用d108mm半合管取煤钻进。
3、冲洗液的选择3.1冲洗液根据矿田的地层特点采用清水加乳化剂做冲洗液是适宜的。
不用泥浆钻进的主要原因是：①影响钻进效率：②易烧钻；③一旦钻遇坍塌严重地层时，用水泥封孔时还需冲孔、沈孔、置换泥浆工作，否则水泥与孔壁之间不能凝固在一起，形成两层皮，达不到封孔的预期目的。
浅谈水平定向钻穿越岩溶区域时溶洞的探测与处理
浅谈水平定向钻穿越岩溶区域时溶洞的探测与处理潘 旋 王小双 李世波贵州鸿巨燃气热力工程有限公司, 贵州贵阳摘要：贵州省作为典型的喀斯特地貌发育区，全省范围内岩溶地貌广泛分布。
溶洞是水平定向钻穿越工程的常见难题。
本文主要讨论在水平定向钻穿施工前，如何判断溶洞发育情况，怎样详细地探测溶洞的发育位置及形态特征，以及遇到溶洞时如何处理，从而降低水平定向钻的施工风险。
关键词：水平定向钻; 钻探; 物探; 灌浆处理1 引言岩溶地貌在我省分布范围十分广泛，对我省非开挖技术施工的开展带来了很大的障碍。
溶洞对水平定向钻施工带来的危害主要有钻进困难，容易因为角度变化异常导致钻具掉落或钻杆损坏；漏浆，不利于钻屑返出，不利于管道回拖等。
因此，讨论溶洞的探测以及溶洞处理对于水平定向钻施工来说是非常必要的。
2 溶洞的基本概念及判断方法2.1溶洞的基本概念穿越段地层共划分为6个工程地质层及7个亚层：溶洞是由碳酸盐岩经岩溶作用所形成的岩石空洞。
换言之，溶洞是因具有侵蚀性的流水在碳酸盐岩的裂隙面或层理面经过溶蚀、侵蚀、塌陷后所形成的岩石空洞。
岩溶作用：碳酸钙在遇到溶有CO2的水后会变成可溶性的碳酸氢钙，溶有碳酸氢钙的水在受热或遇压强突然变小时溶在水中的碳酸氢钙会重新分解，而后变成碳酸钙沉淀下来。
溶洞就是碳酸盐岩在反复经历上述过程后所形成的。
2.2溶洞的判断方法和其他工程地质勘察一样，水平定向钻的地质勘察，也可分为三个阶段进行，依次为选线勘察、初步勘察及详细勘察。
其中选线勘察及初步勘察均以测绘、调查、搜集资料分析为主，其目的主要是大致查明工作区的工程地质条件，选定最佳穿越路线。
溶洞发育情况的判断是在选线勘察及初步勘察阶段必须做的一项，其判断依据主要有以下几点：(1)观察岩石的岩性特征。
碳酸盐岩发育的地区容易发育溶洞；(2)观察构造发育情况。
构造变形越强烈的地段越容易出现断裂、溶洞；(3)观察基岩上松散覆盖层的厚度。
上覆松散层越厚，则溶洞发育的可能性越小；(4)调查地下水位的变幅。
空气钻井技术
混流式（Mixedflow）
离心式（Centrifugal）
直管波瓣式（Straightlobe）
轴流式（Axialflow）
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由于容积式空压机能够提供较高的压力，所以在油气钻井中使 用较为普遍。主要有以下三种：
·往复式（Reciprocating Piston）
·滑片式（Sliding Vane Rotary）
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7、空气钻井技术国内外现状 气体钻井始于20世纪50年代，稍后出现了雾
化钻井、充气钻井和泡沫钻井，起初是用来钻坚 硬地层，主要目的是为了提高钻速、延长钻头寿 命、降低钻井成本。
国外气体钻井井下工具的研究水平较高，有 专用的空气螺杆、空气锤、与空气锤配套使用的 钻头。20世纪90年代，随着EM-MWD、空气钻井马 达的问世以及各种设备的不断完善，空气钻井技 术的应用变得越来越广泛。
（2）、闸板防喷器（Ram Preventer）
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8、空气锤及配套钻头 空气锤钻井迄今为止已有50 多年的历史，早期用于
建筑业，随后扩展到采矿、石厂开挖、钻凿水井及地基钻 孔。三十年代中期开始发展起来的空气锤，经过不断改进 和完善，已经在一些发达国家广泛应用。在上个世纪五十 年代末已经开始用于深井钻进。
到80、90年代，由于转 动式空压机使用当中存在着 缺陷（维修费用不低，漏气 使得钻深井时不能提供足够 的循环压力），往复式空压 机重新得到广泛应用。
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油田空压机的使用情况
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2、空气增压机（Booster）
用以提高压缩空气的压力等级，以补偿当空气钻进时使用小尺寸喷嘴 或井下动力钻具时造成的过大压力损耗。分为两种，一种是低压（Low Pressure Booster），一种是高压(High Pressure Booster)。
11765钻探工程概论考试复习题
11765钻探工程概论考试复习题一、简答题每题10分1. 根据岩石的变形特性，图示说明岩石的三种类型。
弹塑性岩石弹脆性岩石高塑性和高孔隙性岩石脆性岩石（花岗岩、石英岩、碧石铁质岩）在压头压入时仅产生弹性变形，至A点最大载荷为Pmax处便突然完成脆性破碎，压头瞬时压入，破碎穴的深度为h ［图(a) ］。
这时破碎穴面积明显大于压头的端面面积，即h/δ＞5。
弹塑性岩石（大理岩、石灰岩、砂岩）在压头压入时首先产生弹性变形，然后塑性变形。
至B点载荷达Pmax时才突然发生脆性破碎［图(b) ］。
这时破碎穴面积也大于压头的端面面积，而h/δ=2.5～5，即小于第一类岩石。
高塑性（粘土、盐岩）和高孔隙性岩石（泡沫岩、孔隙石灰岩）区别于前二类，当压头压入时，在压头周围几乎不形成圆锥形破碎穴，也不会在压入作用下产生脆性破碎［图(c)］，h/δ=1。
2. 什么是岩石破碎的体积破碎？岩石的变形破碎形式表面破碎疲劳破碎体积破碎表面破碎切削具与岩石的接触压力远远小于岩石硬度，切削具不能压入岩石。
切削具移动时，将研磨孔底岩石，岩石破碎是由接触摩擦功引起的，研磨的岩石颗粒很小，钻进速度低。
这种变形破碎方式称为岩石的表面研磨，这个区称为表面破碎区。
疲劳破碎切削具上的轴向载荷增加，但接触压力仍小于岩石硬度，可使岩石晶间联系破坏，岩石结构间缺陷发展，特别是孔底受多次加载产生的疲劳裂隙更加发展，于是众多裂隙交错，仍可产生较粗岩粒的分离，这种变形破碎方式称为疲劳破碎，这个区称为疲劳破碎区。
体积破碎切削具上的载荷继续增加，接触压力大于或等于岩石硬度，切削具可有效地切入岩石，结果是：切削具在孔底移动时不断克服岩石的结构强度，切下岩屑，这种变形破坏方式称为体积破碎，这个区称为体积破碎区。
体积破碎时，会分离出大块岩石，破碎效果好。
3. 什么是岩石的各向异性？对钻进有哪些影响？岩石在不同方向上表现出不同的强度值称为岩石的各项异性。
岩石的各向异性分为两种：一种是由于微裂缝的存在以及在不同方向上的排列，分布不同而导致的，这种各向异性会随着岩石的应力变化而变化，可称为应力各向异性；另一种是由于岩石颗粒的定向排列引起的，这种岩石的各向异性不会随着岩石的应力变化而改变。
探矿工程中绿色勘查技术应用
地质勘探G eological prospecting探矿工程中绿色勘查技术应用陈 腾摘要：探矿工程是勘查矿藏，为矿藏资源开发奠定基础的作业内容，大型勘查设备的应用和钻探、槽探技术应用对探矿现场造成了不小的环境破坏，勘查过程中产生的废弃物污染了探矿现场生态环境，不利于环境保护和生态文明建设。
应用绿色勘查技术，优化探矿工程作业方式，尽量保证生态环境的稳定和不受污染，是探矿工程领域的发展方向。
本文主要围绕探矿工程中的绿色勘查技术应用进行分析和探讨。
关键词：探矿工程；钻探；绿色勘查技术“绿水青山就是金山银山”是我国重要的生态文明建设理念，理应在各行各业的生产和发展中贯彻落实。
探矿工程是矿产资源开发的前期准备阶段工程，肩负着降低资源开发与环境保护之间矛盾冲突的责任。
加强绿色勘查技术的研发和应用，对探矿工程领域的发展有着不可忽视的价值。
1 探矿工程对环境造成的影响1.1 探矿工程造成水污染在探矿工程实施过程中，探矿机械设备钻进岩层的位置和深度直接影响着钻进效果。
如果钻进位置或钻进深度偏差，可能出现因为钻进导致地下水泄露的情况，从钻孔中喷涌出的地下水流经地下矿藏，可能携带大量的矿藏元素，导致地下河、地表水系被直接排入未经处理的探矿废水，造成水体污染。
探矿工程现场需对作业过程产生的废水进行净化基础，若生产产生的废水未经有效处理直接排入地表或地下水系，必然导致水体污染。
由于探矿工程作业过程会使用混凝剂等材料，这些材料对地表、地下水体而言属于有毒有害物质，降雨导致的地表径流、地下径流可能将有毒有害物质带入水体，形成水体污染。
由于地表、地下水体的流域广泛，污染物进入水体会形成大面积的污染，威胁地表、地下水系流经范围内的群众身体健康。
1.2 探矿工程造成大气污染在探矿工程作业过程中，有可能因为钻进作业而释放出岩层土体中存储的瓦斯气体。
瓦斯气体的出现不仅会对探矿作业的工作人员造成呼吸道、肺功能的损伤，还有较高的燃烧、爆炸危险事故发生几率，可能带来较为严重的负面影响。
提高岩溶地区冲击钻桩基成孔效率
242YAN JIUJIAN SHE提高岩溶地区冲击钻桩基成孔效率Ti gao yan rong di qu chong ji zuan zhuang ji cheng kong xiao lv田波波 窦怀臣 刘波一、工程概况（1）凤岗荔浦河大桥ZK5+519位于荔浦县荔城镇，横跨荔浦河并跨越G323国道。
起讫桩号ZK5+110~ZK5+958，全长878m，左右幅各29跨。
全桥共有桩基124根（累计长2385.7m），其中φ2m 桩径74根，φ1.8m 桩径42根，φ1.3桩径8根，承台4个，柱式墩108个，盖梁56个，系梁90个。
0号桥台采用柱式台，29号桥台采用肋板台，1号桥墩采用桩柱一体墩，其余桥墩采用柱式墩。
本桥桩基遇岩溶比例较大，其中涉及到溶洞的桩基有55根，涉及到溶槽的桩基有4根，涉及到岩溶挂壁的桩基有2根。
（2）地形地貌，本段落地处广西中东部，南岭山脉大瑶山山脉南麓，总体地势北高南低，受构造、风化、剥蚀、河流冲积等影响，区域内形成了剥蚀低山丘陵地貌，岩溶峰丛洼地地貌和冲击平原地貌。
剥蚀低山丘陵地貌：地形起伏较大，山体连绵起伏，自然斜坡坡角一般为20~35°。
山坡上多为残破积粘土、含砾粘土，植被以灌木、松树、桉树等为主；丘间沟谷溪流发育，冲积形成较开阔平地，一般堆积2-6m 厚冲积粘土、卵砾石土。
分布于K0+000-K5+300 。
①岩溶峰林洼地地貌：山峰林立，其间发育溶蚀洼地，地势较高，地形起伏较大，自然坡角约35~70°，山间低洼部分分布有第四代冲洪积层或破残基层，主要分布于K6+600-K14+000 、荔浦东互通及其连接线等段。
②冲击平原地貌：地势较开阔、平坦，上层覆盖第四系冲积粘性土、淤泥质粘土、砂砾混黏土、卵砾石层，厚度一般为2~10m，地表多为水田，分布于K5+300-K6+600。
（3）水文及气象，段内地处北回归线以北，属低纬度亚热带季风型气候，一般夏季高温多雨，冬季干燥微寒，春秋季气温升降较快，日温差较大，太阳辐射能丰富，热量充足。
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收稿日期：２０１４－０３－１８；修回日期：２０１４－０６－２２ 作者简介：董震堃（１９８８－），男（汉族），河北阳原人，天津华北地质勘查局核工业二四七大队助理工程师，岩土钻掘专业，主要从事钻探及岩土工程施工工作，天津市宝坻区地质路３６号，３２８９５４１５８＠ｑｑ．ｃｏｍ。
微泡沫泥浆在贵州岩溶裂隙地层钻探施工中的应用董震堃，胥 虹，聂洪岩，雷杰力（天津华北地质勘查局核工业二四七大队，天津３０１８００）
摘 要：我国南方大面积分布岩溶裂隙发育地层，在该类地层中进行钻探施工时存在漏失严重、塌落掉块等多方面施工难题。根据贵州瓮安地区施工实例，分析岩溶裂隙地层漏失特点，对比提出微泡沫泥浆技术在岩溶裂隙地层应用的适用性，并提出微泡沫泥浆在该类地层使用中应注意的事项。关键词：微泡沫泥浆；岩溶裂隙地层；钻探；漏失；贵州中图分类号：Ｐ６３４．６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２－７４２８（２０１４）１０－０００５－０４ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｉｃｒｏ－ｆｏａｍＭｕｄｆｏｒＤｒｉｌｌｉｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎＫａｒｓｔＦｒａｃｔｕｒｅｄＦｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＧｕｉｚｈｏｕ／ＤＯＮＧＺｈｅｎ－
ｋｕｎ，ＸＵＨｏｎｇ，ＮＩＥＨｏｎｇ－ｙａｎ，ＬＥＩＪｉｅ－ｌｉ（ＴｉａｎｊｉｎＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎＢｕｒｅａｕｏｆｔｈｅＮｕｃｌｅａｒＩｎｄｕｓｔｒｙ２４７Ｂａｔｔａｌｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０１８００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＫａｒｓｔｆｒａｃｔｕｒｅｄｆｏｒｍａｔｉｏｎｓａｒｅｌａｒｇｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｉｎｓｏｕｔｈｏｆＣｈｉｎａ，ｉｎｗｈｉｃｈｓｅｒｉｏｕｓｌｅａｋａｇｅ，ｂｌｏｃｋｆａｌｌｉｎｇａｎｄｏｔｈｅｒｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓａｒｅｏｆｔｅｎｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｄｒｉｌｌｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ＷｉｔｈｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃａｓｅｓｉｎＷｅｎｇ’ａｎｏｆＧｕｉｚｈｏｕ，ｔｈｅａｎａｌｙ－ｓｉｓｉｓｍａｄｅｏｎｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｋａｒｓｔｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆｍｉｃｒｏ－ｆｏａｍｍｕｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｋａｒｓｔｆｒａｃｔｕｒｅｄｆｏｒ－ｍａｔｉｏｎｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｗｉｔｈｓｏｍｅｉｔｅｍｓｔｈａｔｓｈｏｕｌｄｂｅｐａｙｉｎｇａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏ－ｆｏａｍｍｕｄ；ｋａｒｓｔｆｒａｃｔｕｒｅｄｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｌｅａｋａｇｅ；Ｇｕｉｚｈｏｕ
１ 岩溶裂隙地层发育简述１．１ 我国岩溶裂隙地层发育分布
中国大陆的岩溶含裸露、覆盖、埋藏３个类型，总面积为３４４畅３万ｋｍ２，其中裸露的占９０畅７万ｋｍ２，几乎遍及全国各省、市、区，跨各地质年代。如南方的寒武－奥陶系、泥盆系、石炭－二叠系、三叠系，北方的前震旦系和震旦系、寒武－奥陶系、石炭系等。碳酸盐岩最厚在贵州，达８０００余米；最高居喜马拉雅之巅；跨热带、亚热带、温带；有湿润区、干旱和半干旱区、高山和高原区、平原和丘陵区。最有代表性的地区是云、贵、川、藏、两湖和两广，其中贵州岩溶占全省面积的７３％，湖南岩溶占全省面积的１／３。其分布情况如图１所示。
图１ 中国西南部岩溶和类型分布图
５ ２０１４年第４１卷第１０期 探矿工程（岩土钻掘工程）钻孔地层主要为青白口系鹅家坳组及南华系南沱组、震旦系陡山沱组隐伏于地腹，地表出露地层由新到老依次为寒武系下统清虚洞组、金顶山组、明心寺组、牛蹄塘组，震旦系上统灯影组，第四系不整合覆于各矿时代地层之上。主要含水层是灯影组白云岩，厚６２６畅８９～１０３１畅６１ｍ。溶蚀孔洞及节理裂隙发育，透水性好，富水性强，属岩溶裂隙含水层，是本区矿床主要充水含水层。此外，明心寺组第二段灰岩、清虚洞组灰岩属溶洞岩溶含水层。地层的地质条件经前期施工钻孔经验来看较为稳定，所以能否解决岩溶裂隙漏失问题是钻孔施工的关键。１．２ 贵州岩溶裂隙发育特点（１）厚度大，明心寺组可溶性碳酸岩厚达１００～２００ｍ，而灯影组厚度达２００～４００ｍ。（２）发育程度高，可对钻探施工带来显著影响的溶蚀通道每隔数十米甚至数米频繁出现，且通道直径多数在８ｍｍ以上，施工中甚至出现１５ｃｍ以上溶蚀通道。（３）具有一定贯通性，可溶蚀地层本身存在相互贯通的部分通道，同时钻探施工可将上下部岩溶裂隙水贯通，造成人为漏失通道。（４）富含承压水，钻探施工中多数岩溶裂隙水有一定的承压性，静止水位高于漏失层的情况常见。２ 钻孔施工情况简述２．１ 钻孔结构设计ＺＫ００３钻孔设计施工深度１０６０ｍ，ＺＫ００２钻孔设计施工深度１１００ｍ。要求岩心采取率≮６５％，矿心采取率≮８０％。并提交简易水文观测等国家规范要求内六项指标数据。ＺＫ００２、ＺＫ００３２施工钻孔沿勘探线水平距离１００ｍ，水平高差２０ｍ。根据地质设计，两者具有极为相似的地层情况和地质构造条件。在实际施工中遇到的地层问题基本一致，具有良好的可对比性。ＺＫ００３钻孔地层设计主要为：０～５畅８９ｍ为第四系覆盖层；５畅８９～１０３畅５６ｍ主要为灰色厚层状泥晶灰岩，发育少量裂隙；１０３畅５６～１８９畅６６ｍ为深灰色薄层状钙质粘土岩，较完整；１８９畅６６～４９７畅３５ｍ为深灰色薄～中厚层钙质粉砂岩，节理裂隙发育。４９７畅３５～５６０畅０７ｍ为黑色、灰黑色薄层炭质粘土岩，岩石节理裂隙发育。５６０畅０７～１０１１畅５６ｍ为灰色、深灰色厚层粉晶白云岩、灰白色、白色薄～中厚层硅化白云岩，岩溶裂隙发育、具有大量溶蚀晶洞。１０１１畅５６ｍ～终孔为矿段及底板。根据钻孔结构可以看出，ＺＫ００３钻孔大部分层段节理裂隙发育，特别是在５６０ｍ以深位置白云岩中岩溶裂隙高度发育，属于典型岩溶裂隙地层。２．２ 设备选择
根据现场施工情况，两钻孔均选取以下设备组合。ＸＹ－５Ａ型钻机：拆装方便，设计最大深度及动
力均符合钻孔设计要求；ＢＷ２５０型水泵：泵量范围适合，性能稳定，维修方便；ＳＧ１８钻塔：符合场地小的条件，承载力充足；１５００型绞车：满足孔深要求，动力充足，取心速度快；ＸＪＳ钻杆：钻杆强度、韧性优良，满足深孔性能要求；２５ｋＷ发电设备：提供机场照明及绞车、搅拌罐动力需求；其他配套动力设备；２．３ 施工情况简述
２．３．１ ＺＫ００２钻孔
０～１２ｍ为第四系覆盖层，下入饱１２８ｍｍ套管隔离。１２～５５畅３１ｍ，钻遇地下水流通道，钻井液在距机场高差约５０ｍ处泉眼中流出造成一定污染。下入饱１０８ｍｍ套管隔离并封死套管外环状间隙。５５畅３１～１１３０畅２５ｍ使用饱７７ｍｍ口径，一径到底。其中于８３０～９５０ｍ处严重漏失。预留饱８９ｍｍ作为备用口径。２．３．２ ＺＫ００３钻孔
０～５畅８９ｍ为第四系覆盖层，下入饱１２８ｍｍ套管隔离。５畅８９～３４畅１６ｍ，钻遇地下水流通道，钻井液在距机场高差约３０ｍ处泉眼中流出造成一定污染。下入饱１０８ｍｍ套管隔离并封死套管外环状间隙。３４畅１６～１１０３畅４４ｍ使用饱７５ｍｍ口径，一径到底。其中于８０３～９４６ｍ处严重漏失。预留饱８９ｍｍ作为备用口径。２．４ 交通及水源情况
交通：施工区域属于交通不发达地区，仅有可通小型农用车辆单向行驶的便道可供运输使用，部分区域需要修建简易道路，设备需要解体后人工搬运至机场区域。水源：施工钻孔附近１畅５ｋｍ处有一条小河，冬季及夏季时常断流，同时在农忙季节无法满足施工用水需求。施工用水较为困难。２．５ 施工中遇到的漏失问题及特点ＺＫ００２、ＺＫ００３孔前期施工中均使用低固相泥
６探矿工程（岩土钻掘工程） ２０１４年第４１卷第１０期 浆，护壁效果较好。但在钻遇岩溶裂隙水、岩溶裂隙通道高度发育（如图２所示）的５畅８９～１０３畅５６ｍ灰岩和灯影组白云岩段发生严重漏失情况。采用惰性材料、８０３堵漏剂、膨胀堵漏剂及水泥封孔效果均不理想。造成施工进度缓慢，事故率增加，工人劳动强度大等问题。随后ＺＫ００２钻孔继续采用惰性材料、水泥封孔边堵边干的方案继续施工，由于封堵效果不好，漏失情况反复出现，进度缓慢，随后采用顶水钻进的方法历时１０５天钻至终孔。而ＺＫ００３钻孔则采用微泡沫泥浆工艺，通过计算，配置性能合理的泥浆，很好地解决了漏失问题，历时６４天完成钻孔施工。相较于ＺＫ００２钻孔表现出了更高的效率和更低廉的成本。归结２钻孔漏失特点，均为岩溶裂隙水受压后发生漏失，且漏失通道１～１５ｃｍ不等，常规堵漏效果不明显。钻孔２４ｈ安定水位均高于漏失层位，且不同的漏失位置安定水位有一定的变化。图２ 岩心上的溶蚀通道３ 微泡沫泥浆的使用ＺＫ００３钻孔在更换使用微泡沫泥浆后，很好地抑制了漏失情况，增加了施工效率。为岩溶裂隙地层施工提供了很好的借鉴经验。３．１ 微泡沫泥浆抑制漏失机理微泡沫泥浆密度较小并可在一定范围内调整，促使钻孔内液柱压力更易与岩溶裂隙水压力趋于平衡，减小由于孔内液柱压力大而将泥浆压入地层通道内的情况，进而减少漏失情况发生。微泡沫泥浆流动性能和润滑性能优良，在通过钻具和环状间隙的过程中，产生的摩阻比普通泥浆更小，这样就大大减小了水泵压力并稳定泵压的波动幅度，从而减小由于泵压不稳造成的地层裂隙压漏和已封堵位置二次压开现象，进而减少漏失现象的出现。微泡沫泥浆在低剪切速率下粘度会急剧升高。在漏失层位一旦泥浆流动速度减慢，粘度急剧上升，在局部位置形成一个高粘度的封隔层，阻止泥浆滤液进一步漏失，减少漏失量。由于钻孔液柱与岩溶裂隙水之间的压力差促使本身平均分布的微泡向漏失压力更小的地区集中，在漏失的前缘位置大量聚集，产生密实而有韧性的封隔墙，阻止滤液进入地层，进而降低漏失情况。
图３ 微泡沫泥浆的微观状态３．２ 泥浆配置
为了更好地携带岩粉和稳定孔壁，减少掉块现象，根据现场施工经验，采用高粘ＣＭＣ作为增粘剂。由于贵州地区水源富含钙、镁离子，对膨润土及泥浆性能会产生较大的影响，固需采用一定手段控制离子含量，现场使用Ｎａ２ＣＯ３对水体进行软化。上部地
层中泥页岩存在一定的水化剥落现象，故使用优质腐植酸钾作为抑制剂。由于过大的欠压钻进会增加孔壁失稳的可能性，故将密度控制在合理范围内，不宜过大或过小。配方：３％～４％膨润土浆＋０畅２％Ｎａ２ＣＯ３＋
０畅６％腐植酸钾＋０畅３％高粘ＣＭＣ＋０畅５％～０畅７％起泡剂＋０畅４％～０畅６％稳泡剂。性能：密度０畅７～０畅９ｇ／ｃｍ３；漏斗粘度：３５～５０
ｓ；表观粘度３０～６５ｍＰａ・ｓ；动切力１２～１６Ｐａ；失水
量≤１０ｍＬ／３０ｍｉｎ。３．３ 微泡沫泥浆性能的调整
由于ＺＫ００３钻孔漏失段较长，而钻遇不同层位的岩溶裂隙水具有的压力不同，所以需要根据不同的压力值及时调整微泡沫泥浆的性能。在简化设定泥浆不可压缩、为均匀流体、匀速上返、忽略环状间隙流动阻力的前提下。计算前首先需确定漏失位置Ｈ（ｍ），准确测量钻孔安定水位ｈ（ｍ）。漏失位置岩溶裂隙水压强：Ｐ＝ρｇ（Ｈ－ｈ）＝Ｐ１＋Ｐ２。