海洋鉆探全孔取芯新技術(shù)

張恒　時(shí)彥立　孫冠石　李兆均

[摘要]海洋淺層第四系全孔取芯鉆探中所采取的Φ108mm鉆具，分水器，Φ90mmPVC管鉆具取得了很好的效果，粘土層取芯率達(dá)到90%以上，砂層取芯率達(dá)到80%以上。

[關(guān)鍵詞]全孔取芯 巖芯采取率 地層巖性

[中圖分類號(hào)] P7 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-8-415-1

我國是一個(gè)海域非常廣闊的沿海國家，管轄海域面積近300萬km2，大約占陸地國土面積的1/3。中國正在從海洋大國向海洋強(qiáng)國邁進(jìn)，想要海洋開發(fā)，鉆探工作是先行者，中國已經(jīng)到了向海洋發(fā)展，征服海洋空間的時(shí)刻。

第四系全孔取芯可以更好的展現(xiàn)工程地質(zhì)情況，更好的了解海洋淺層地質(zhì)年代情況。通過自制鉆具，鉆速的控制，泥漿的配比粘土層取芯率達(dá)到90%以上，砂層取芯率達(dá)到80%以上。

1工程概況

本次工程涉及海區(qū)范圍包括唐山三島海域H1、灤河口海域H2、H3、秦皇島海域H4、遼寧綏中六股河海域1-1、1-2、1-3、1-4、遼寧鲅魚圈海洋2-1、3-1，布設(shè)鉆孔10口設(shè)計(jì)孔深均為30米，累計(jì)進(jìn)尺300米。

2工程地質(zhì)條件

根據(jù)本次勘察查明唐山海域及秦皇島海域自上而下簡單描述如下：

3技術(shù)原理

工程施工工藝：

傳統(tǒng)鉆孔施工中，鉆機(jī)采用單管單動(dòng)鉆進(jìn)，漏失泥漿嚴(yán)重，與雙管單動(dòng)正循環(huán)泥漿鉆進(jìn)相比，具有鉆進(jìn)效率低，巖芯采取率低，巖芯污染等特點(diǎn)，本次施工采用雙體專業(yè)勘察船和XY-150型鉆探采用“雙管單動(dòng)”工藝，鉆具選用Φ108mm鉆具，內(nèi)管采用Φ90mmPVC管，分水器，PVC管鉆具，內(nèi)外管同步鉆進(jìn)全孔取芯（圖2-1）。這種鉆具結(jié)構(gòu)簡單合理，易于加工及操作，水路可以沿管壁流出，避免了沖洗液對(duì)巖芯的沖刷，自制PVC鉆具和自制鐵釘可以防止巖芯掉落，更好的保證巖芯采取率，使用安全，不易發(fā)生孔內(nèi)事故，經(jīng)過改進(jìn)后粘土層取芯率在90%以上，砂層取芯率在80%以上。雙管單動(dòng)鉆具除可以防止沖洗液直接沖刷巖芯外，由于其內(nèi)管不轉(zhuǎn)動(dòng)，還可以避免因鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)巖芯的機(jī)械破壞作用，保證了巖芯的采取率、完整度、防止污染。

4影響海域鉆探的因素

海域鉆探影響因素有水深、水流、波浪、潮汐、水下地形地貌等，海域鉆探和陸地鉆探的區(qū)別就是陸地鉆探是把鉆機(jī)固定在汽車上或者直接穩(wěn)固與地面上，而海域鉆探是把鉆機(jī)固定到船上。因此船的穩(wěn)定性對(duì)施工起著至關(guān)重要的作用，所以停放船只時(shí)要迎向涌浪的方向停船，在施工過程中要及時(shí)緊錨及時(shí)跟進(jìn)套管。

5鉆探中出現(xiàn)的問題及解決方法

（1）套管在下入過程中傾斜，解決方法：套管采用外接箍厚壁細(xì)絲扣連接，在水深中、下段位置的管柱上設(shè)夾板系保護(hù)繩逆水牽引，以保持管柱垂直和增強(qiáng)抗水流沖擊力的強(qiáng)度。

（2）遇到坍塌縮徑地層時(shí)，此類巖層，一般強(qiáng)度和硬度低，或呈水溶、水化、水蝕、水敏特性，其彈塑性呈極低或極高狀態(tài)。其巖層在形成過程中或形成以后，由于扭轉(zhuǎn)、擠壓、風(fēng)化、沉積、溶蝕等內(nèi)、外動(dòng)力地質(zhì)作用，形成松散層、破碎帶、斷層、孔隙環(huán)境、裂隙環(huán)境以及溶解性環(huán)境。解決方法：在綜合采取擴(kuò)徑、泥漿調(diào)整等措施后，采取多掃少鉆，倒桿時(shí)預(yù)留活動(dòng)余地，盡量不停車。處理過程中盡量避免卡死，操作拉頂時(shí)不要頂死，來回多活動(dòng)、多掃，以達(dá)到擴(kuò)大鉆桿與孔壁環(huán)狀間隙，并減少孔內(nèi)坍塌產(chǎn)生的粗顆粒巖屑，要高度重視泥漿比重，對(duì)于復(fù)雜地層泥漿粘度可適當(dāng)偏高，一般控制在25-36s，比重在1.05-1.20，可以有效的防止塌孔和縮徑。

（3）巖芯采取率不足，解決方法：鉆進(jìn)工藝選用要恰當(dāng)、巖層變化時(shí)，應(yīng)調(diào)整鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)，巖層由硬變軟時(shí)，進(jìn)尺速度過快，應(yīng)減少鉆壓；巖層由軟變硬，鉆速變慢時(shí)，不得任意增大壓力，以免損壞鉆頭或造成孔斜。在非均質(zhì)巖層中鉆進(jìn)，應(yīng)控制機(jī)械鉆進(jìn)。當(dāng)遇見砂層底層時(shí)，要稠泥漿護(hù)壁，采用優(yōu)質(zhì)泥漿泥漿粘度25-35s，當(dāng)遇見泥質(zhì)地層時(shí)，要采用無泥漿干壓鉆進(jìn)方法，鉆進(jìn)至預(yù)定孔深后在鉆桿內(nèi)部投入蛋子，保證巖心采取率。

6結(jié)論

（1）鉆孔漏失嚴(yán)重影響巖芯鉆探施工的正常進(jìn)行，增加鉆探施工的難度和成本，降低鉆進(jìn)效率，有的造成嚴(yán)重的孔內(nèi)事故，甚至造成報(bào)廢，危害性極大，要通過采取科學(xué)合理的固井技術(shù)措施及優(yōu)質(zhì)泥漿體系保證固井質(zhì)量。在復(fù)雜地層條件下鉆進(jìn)，泥漿性能至關(guān)重要。作為沖洗液泥漿必須具備良好的護(hù)壁能力、潤滑能力、及良好的攜帶巖粉、清洗孔底和冷卻鉆頭的性能。

（2）鉆具級(jí)配、鉆進(jìn)參數(shù)、泥漿配比的確定是巖芯采取率的決定性因素。要在鉆探過程中合理的選擇鉆具級(jí)配、鉆進(jìn)參數(shù)、泥漿配比來保證巖芯采取率。近海實(shí)際地層在沉積歷史及形成環(huán)境中異常復(fù)雜，一般都是非均勻、漸變式的，經(jīng)常是一類土與其他類土相互摻雜，通過全孔取芯可以更好的了解近海第四系沉積地層的普遍規(guī)律，在了解其基本地質(zhì)工程概念的基礎(chǔ)上，采用合理且經(jīng)濟(jì)適宜的地層分類方法劃分地層，這樣才能更好的提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程》（DZ/T 0227-2010）.

[2]《工程地質(zhì)鉆探規(guī)程》（DZ/T 0017-91）.

[3]趙爾信，蔡家品，賈美玲，等 我國海洋鉆探技術(shù)。探礦工程（巖土鉆掘工程）2014.09.

[4]曹建明，宋斌，劉發(fā)義，金新，等松軟媒層瓦斯抽采孔PVC管護(hù)壁技術(shù)應(yīng)用研究。探礦工程（巖土鉆掘工程）2014.09.