城市地質(zhì)鉆探技術(shù)

豐 濤

（河北省地礦局第三地質(zhì)大隊，河北張家口 075000）

1 概述

2019年開始實施的張家口市主城區(qū)城市地質(zhì)調(diào)查對河北地質(zhì)三隊來說是一項全新的工作，城市地質(zhì)鉆探是這項工作的基礎(chǔ)，而其中的綜合孔施工既是重點也是難點。城市地質(zhì)鉆探的工作對象主要為第四紀覆蓋層，而張家口市主城區(qū)內(nèi)的覆蓋層主要由砂卵石、砂礫石組成，以往河北地質(zhì)三隊在砂卵石、砂礫石層內(nèi)鉆探取得的巖芯采取率偏低，不能反映完整的地層組成。

為在施工城市地質(zhì)調(diào)查鉆孔時取得較高巖芯采取率，我們分析了各種在覆蓋層內(nèi)鉆進取芯技術(shù)，結(jié)合張家口主城區(qū)的地層及現(xiàn)有設(shè)備，以取芯鉆具及泥漿類型為主要研究內(nèi)容，經(jīng)過比選最終采用了可防泥漿反向流動的半合管取芯鉆具、底噴式金剛石鉆頭和植物膠泥漿。鉆進時根據(jù)取芯效果和孔壁穩(wěn)定性，及時調(diào)整泥漿性能，達到了平衡地層壓力、穩(wěn)定孔壁、堵塞地層孔隙和提高巖芯采取率的目的。每個鉆孔的全孔平均巖芯采取率均達到90%以上，最高的達96.59%。下了孔口管后以一種鉆具就可實現(xiàn)終孔，簡化了鉆進工藝。從四月下旬至九月初，施工了四個綜合孔，完成的工作量為891.70m，施工的最深孔為339.45m。河北地質(zhì)七隊承接張家口城市地質(zhì)鉆探任務(wù)，開始采用常用的聚丙烯酰胺、腐殖酸鉀泥漿，巖芯采取率達不到地質(zhì)要求，從河北地質(zhì)三隊取經(jīng)后順利地施工了兩個綜合孔，完成的工作量為613.56m，施工的最深孔為344.56m。

2 工作區(qū)地質(zhì)特征

張家口市城市規(guī)劃區(qū)地下空間資源豐富，主城區(qū)地處柴溝堡—宣化盆地東北部山前地帶，基底由太古界片麻巖、侏羅系上統(tǒng)張家口組火山巖和白堊系下統(tǒng)青石砬組碎屑巖構(gòu)成。盆地基底為一由北向南和由西北向東南傾斜的U 形槽谷，谷長43km，寬2.5～7.8km，其中堆積有巨厚的第四系松散沉積物，厚度變化較大。第四系松散層厚度小于50～300m，主要是第四系沖洪積物、坡洪積物和沖積物。上部為第四系上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)亞粘土、黃土狀土和砂礫卵石、砂、砂碎石；下部100m以下為第四系中更新統(tǒng)棕紅色亞砂土、亞粘土、砂礫石和卵礫石含粘性土。工作區(qū)地下水位20～＞50m。

3 鉆探設(shè)備

鉆機：XY-44 型，泥漿泵：BW-250 型，動力機：100kW發(fā)電機組，鉆塔：AG-13-20型（斜直兩用，塔高13m，最大承載200kN），NY-3型擰管機。

4 鉆進工藝

4.1 鉆進方法和鉆具組合

（1）開孔時采用硬質(zhì)合金鉆進工藝，鉆進至4m 后下入?127mm 套管護壁。鉆具組合：?50mm 主動鉆桿+?60mm鉆桿+?127mm巖芯管+?130mm硬質(zhì)合金鉆頭。鉆進技術(shù)參數(shù)：鉆壓3～5kN、轉(zhuǎn)速80r/min、泵量30L/min。

（2）下入?127mm套管后，采用金剛石鉆進工藝進行鉆進。鉆具組合：?50mm主動鉆桿+?60mm鉆桿+接頭（內(nèi)設(shè)單向閥）+異徑接頭（帶取粉管）+?108mm巖芯雙管（內(nèi)管為半合管）+?133mm 孕鑲金剛石鉆頭。鉆進技術(shù)參數(shù)：鉆壓5～12kN、轉(zhuǎn)速80～150r/min、泵量30L/min。

4.2 沖洗液與護壁堵漏措施

（1）使用膨潤土植物膠泥漿，配方為：淡水＋4%膨潤土＋13%～15%ZT植物膠＋0.3%～0.4%火堿。

（2）鉆進ZK6 孔上部含水砂層時孔壁出現(xiàn)輕微的坍塌，隨即增大植物膠的加量并加少量聚丙烯酰胺，進一步加大泥漿的粘度而穩(wěn)定了孔壁。

（3）發(fā)生輕微漏失時在泥漿中加入隨鉆堵漏劑。鉆進ZK2 孔上部74～86m 層段時出現(xiàn)嚴重漏失，隨后人工向孔內(nèi)投入粘土球而堵漏成功。

5 供水

在鉆場附近挖蓄水池，用塑料布防滲水，就近從機井內(nèi)抽水，注入池內(nèi)備用，再用水泵將水壓送到鉆場。

6 鉆探質(zhì)量要求及保證措施

6.1 工程質(zhì)量指標

（1）巖芯采取率要求：粘性土、完整基巖層平均采取率不低于80%，單層不低于70%；砂類土層平均采取率不低于60%，單層不低于50%；風化巖層、構(gòu)造破碎帶平均采取率不低于50%，單層不低于40%；松散砂礫卵石層平均采取率不低于50%

（2）無巖芯間隔要求：粘性土層不超過1m，其他地層不超過2m。

6.2 質(zhì)量保證措施

（1）安裝設(shè)備時確保鉆機達到水平、穩(wěn)固；確保鉆機工作時立軸角度為90°。

（2）將泥漿泵處于中間位置的皮碗卸掉，泥漿泵兩缸工作，減小鉆進時的泵量。

（3）使用胎體硬度為HRC35-38、濃度為100%、工作層高10mm 的底噴式孕鑲金剛石鉆頭，使用性能良好的卡簧，防止打單管和巖芯脫落。

（4）在將雙管取芯鉆具下入孔內(nèi)前要檢查內(nèi)管的單動性能，及時更換損壞的軸承。

（5）鉆進時，不打懶鉆，發(fā)現(xiàn)巖芯堵塞立即提鉆取芯。

6.3 封孔

各孔均用水泥漿封閉含水砂層以上的孔段，水灰比0.5，用泥漿泵和鉆桿將水泥漿泵入孔內(nèi)。

7 取得的成果

取得的主要技術(shù)指標見表1。

表1 鉆探技術(shù)指標表