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SM植物胶在钻探中应用SM植物胶在钻探中应用【关 键 词】 SM植物胶 钻探【内容摘要】 本文着重论述了SM植物胶在岩心钻探领域内的应用，特别是硬、脆、碎地层在取芯质量方面取得满意的效果。岩心钻探，仍然是目前和今后国内外地质工作者获取直观地质资料的主要手段之一，是提高岩心钻探取心质量，获取地质资料的主要手段，是钻探工作者的主要职责和奋斗目标。取心质量从最早的概念和要求来说，就是岩心采取率，只要取出的岩心数量多就可以了。现代由于工程勘察的发展和质量要求的提高，还要求取出代表岩层结构、构造、成分、颗粒级配的原结构状岩心样。即使矿床勘探，取得原结构状岩心也是必要的，如金矿，可以防止分选和人为贫化；对于任何脉状矿体，都可以防止打丢，并保证含矿层的真实厚度和品位。因此现在的取心质量应该包括岩心采取率和岩心的原状结构程度两个指标。1.关于泥浆的应用植物胶类钻井液的应用，金刚石单动双管钻具的改进和操作工艺技术的完善，为取原结构状岩心样创造了条件，它已成为一套完整的工艺技术。2.影响因素影响取心质量的因素可归纳为三个方面，即地质因素、技术因素和人为因素。掌握影响的因素就可探索提高取心质量的有利因素，消除不利因素。2.1地质因素地质因素是地质条件决定的取心难易程度，不论是覆盖层或者是基岩，大致可以分为三大类岩层：第一类，是比较容易取心的地层，如比较完整或不很严重破碎的基岩以及泥岩等，用常规的钻探方法就可以满足取心的质量要求。第二类，取心比较困难，或者相当困难的复杂地层，如砂卵石覆盖层、基岩的断层带、软弱夹层、严重破碎的挤压破碎带、软酥脆岩层以及自然状态下完整，但一经钻进就成为粗砂颗粒的岩层（如白云岩、硅质岩等），这类地层必须经过人们采用特殊的工艺技术措施和特殊的工具才能满足取心的质量要求。第三类，取心非常困难，目前只能通过一定特殊工具采取部分代表性样品的地层，既不能保证岩心采取率要求，更不能保证岩样结构的地层，如基岩中已挤压破碎成均匀粗颗粒，又无粉状物充填的硬碎地层；砂卵石地层中的架空层，近代沉积的浅表层、人工堆积层、无细颗粒充填的均匀砾石层，石英砂岩卵石层，以及抽水井、降水井周围卵石层等等。后者砂卵石层通过一定的措施在一定的范围内，可以提高岩心采取率，但不能取得原结构岩心样。下面解决的是第二类复杂地层钻进和取心问题。2.2技术因素技术因素是指人们采用的取心工具、材料和工艺技术措施对取心质量的影响。2.2.1冲洗液的影响从传统的要求来说，钻探冲洗液的作用只是冷却钻头，排除岩粉，保护孔壁（部分冲洗液）和润滑钻具（润滑冲洗液）四大功能。传统的冲洗液如清水、加润滑剂的水溶液、泡沫液、泥浆及聚丙烯类无固相冲洗液，都对岩心有冲刷、浸润和液化作用，岩心中的松软破碎的细颗粒成分都会溃散而被冲掉，因此很难取得高质量的岩心。现代植物胶类粘弹性钻井液的研究和应用，除了上述功能以外，还具有保护岩心（护胶作用），粘弹性减振作用和降摩阻效应三大特殊功能，这三大特殊功能为上述第二类复杂地层提高取心质量创造了必须的先决条件。S系列植物胶钻井液是目前使用最简单，效果最好的粘弹性钻井液。2.2.2取心钻具的影响取心钻具的影响包括钻具的种类、结构和加工质量。单管钻具只在完整岩层和取心质量无严格要求的地层中使用，孔底反循环钻具因为岩心严重分选和混乱，现在也很少应用。技术性能是指所用钻头的种类、技术参数和加工钻具的材料质量及磨损程度。单动双管钻具所用钻头可以是热压孕镶金刚石钻头、电镀金刚石钻头、硬质合金钻头和复合片钻头，其基本要求是钻进速度快，不易堵岩心，不磨损岩心，不因切削具的振动而破碎岩心。不难理解：选择的钻头进尺快，岩心在钻头处停留的时间短，被冲洗液冲刷的时间短；钻头设计的保径效果好，内径磨损小，不呈喇叭口，则不易堵岩心，避免岩心自磨；硬质合金双管钻头和复合片钻头不设计内出刃，在软岩中钻进不会因为钻具的晃动使岩心直径变小；在某些硬度不高的脆性岩层中钻进如果选用硬质合金钻头和复合片钻头，会因为振动较大，岩心破碎呈小颗粒状和砂砾状而无法卡取（如白云岩、大理岩、硅质岩等），实践证明上述这些因素都对取心质量有重大影响。生产钻具的材料质量（主要是钢材质量）及其热处理效果，直接影响钻具零部件寿命和变形程度。零部件很快磨损和变形到一定程度，就不能保证钻具的单动性能，都会严重影响到取心质量。在实际生产过程中，考虑到我们的生产工作量不大的实际状况，只能选取热压孕镶金刚石钻头。2.2.3操作技术的影响操作技术包括钻进参数和施工工艺。就岩心钻探来说，钻进参数是指钻进时的压力、转速和泵量。泵量是影响取心质量最关键的钻进参数。不论哪一种冲洗液，泵量越大，冲刷岩心越严重，对软弱、破碎的岩心十分不利，因此应根据岩石的性质选择冲洗液的种类，保证冷却钻头和排除岩粉的条件下，应尽量采用最小的泵量。在生产实际中，在松散破碎带的金刚石钻探中，为了保证岩心质量，泵量越小越好。泵压在正常条件下不作为钻进参数的要求，但是泵压在不正常时，会影响取心质量，应引起操作者注意，查明原因，采取措施排除。如泵压迅速增高或蹩泵，其原因如果是孔壁缩径坍塌或者粘性岩层糊钻及钻头磨损后水口太浅，钻具内泵压增高，冲洗液在高压下会破坏软弱、破碎和松散的岩心，因而会降低取心质量。如果是钻具或钻杆内堵塞，则可能产生烧钻或金刚石微烧。这里的泵压就要求近可能的小。施工工艺包括施工设计方案和具体操作细则，内容较多，这里不再叙述。2.3人为因素人为因素对取心质量的影响是人们对取心质量的要求和付出的努力的程度。由于工程勘探的目的不同，对取心质量的要求不一样，对于取心质量要求不高的钻孔，自然毋须花大的代价去追求高的取心质量。但对于取心质量要求高的工程和钻孔，特别是取心难度大的钻孔，不花代价是较难达到目的的。这个代价来源于普通常规方法无法满足去新的需要，经同行介绍使用该SM泥浆。S系列植物胶钻井液最早创硏于1984年，当时只有唯一的一个产品，商品名称叫SM植物胶钻井液，系发明专利。在国内地质勘探中畅销二十余年，由于原料资源减少，故已逐渐淘汰。2005年以来新研制开发的产品有SH和ST两种类型的植物胶，与SM胶一起统称为S系列植物胶。SH和ST与SM胶一样，它们配制的钻井液，都是粘弹性钻井液，不仅具有其他钻探冲洗液的基本性能，而且具有与其他冲洗液不同的特殊功能；它们不仅可以配制无固相钻井液，而且是多功能的泥浆处理剂。SH和ST植物胶配制的钻井液，与SM胶一样，由于胶体的吸附成膜作用，失水量较低，一般在10毫升/30分钟左右，在钻孔中，尤其是软、酥、脆地层和砂卵石地层护壁效果较好；使用中因为配制的表观粘度比较高，即使采用较小的泵量，排粉的能力也很强，可以排除3毫米以上的砂砾；它本身具有一定的润滑性，可降低水的润滑系数，起到润滑钻具的作用。在采用必须的泵量保证冷却钻头的条件下，它们能够充分地起到普通钻探冲洗液四大功能的作用。3植物胶配制的粘弹性钻井液S系列植物胶配制的粘弹性钻井液表现出突出的特殊功能有三项：1、护胶作用（也叫护心作用）；2、粘弹性减振作用；3、减摩阻效应。3.1护胶作用S系列植物胶是天然多糖类支链型高分子材料，用水溶胀后形成体型网状结构，在岩心表面吸附形成胶膜，防止水份渗入和穿透，避免液化和崩塌，因此也避免岩心被冲刷，起到隔水的作用。浓度越高，网状胶膜越厚而密实，因而护心、护壁的效果好。同时这种粘弹性胶体在砂样和软弱岩心表面及一定深度的表层具有胶结作用和粘弹性强度，抵抗钻具的振动破坏和地表其他外力的破坏，保持原状结构，而泥浆产生的泥皮是粘塑性体，胶体很少，大多是固体颗粒，护壁原理不一样，效果也就不一样，因而不能护心。3.2粘弹性减振作用粘弹性是指流体既有粘性又有弹性，是高分子类流体的一种特性。它的性能有一个很重要的特点是时间效应，外力作用于该流体的时间越短，该流体的弹性模量越高，流体的变形和位移也就越小。钻杆在粘弹性冲洗液的钻孔中高速旋转时，转速越高，横向振动力越大，但钻杆某一点横向作用于冲洗液某一点的时间就越短，冲洗液对钻杆的径向反作用力就越大，这个力阻止钻杆弯曲变形就象钻杆在同口径的直孔中旋转一样，这样就增大了钻杆弯曲的半波长度，减小了振动，也减轻了钻杆对孔壁的敲击作用，这就是粘弹性钻井液能减振的原因。现场实践证明，S系列植物胶钻井液粘度越高，钻杆转速越高，减振的效果越明显，振动越小，越平稳。在同等条件下，它比其他冲洗液钻进，转速可高开12档。在数十米砂卵石层钻孔中，94口径可开8001000转/分转速。金刚石钻进需要高转速，才可能高效率，进尺快，减少岩心在钻头处被冲刷的时间，有利于提高取心质量。同时，钻具旋转平稳，振动小，也减少了钻具对岩心的机械破坏作用。有利于提高取心质量，也减小了动力消耗。3.3减摩阻效应润滑冲洗液是为了降低钻井液的摩擦系数，减少在循环通道中的摩擦阻力，而达到降低泵压，减小钻具振动的目的，在钻井液中加入润滑剂。S系列植物胶钻井液具有较好的减摩阻效应，不是因为本身摩擦系数大小的原因，而是一种层间滑动，它的摩擦系数为0.26，水中加入皂化油的摩擦系数是0.12，但是S系列植物胶钻井液比皂化液、清水、低固相泥浆（含PHP）的降摩阻效果都好。几十米的砂卵石钻孔，泵压不超过0.5MPa，而且粘度达10分钟以上，泵压也不增加，且不影响泵汲，而清水，低固相泥浆泵压则在1MPa以上，低固相泥浆能泵汲的最高粘度只有60S左右。泵压低，不仅减少动力消耗，减少机械故障，并为配制高粘度的粘弹性钻井液提供了可能性。在钻具内冲洗液的压力小，减小对岩心的冲刷力和浸润破坏程度，因而可提高取心质量。以上S系列植物胶粘弹性钻井液在很大程度上解决了复杂地层取心质量，金刚石钻进开高转速和降泵压的难题。4.单动双管机构SDB系列金刚石钻具（实用新型专利）是在SD系列金刚石钻具（发明专利）的基础上改进的换代产品。SDB系列金刚石钻具是双级单动机构的双层岩心管钻具。它适用于砂卵石覆盖层和中深孔以内基岩复杂地层岩心钻探。它适用于植物胶钻井液和低固相泥浆钻进，也适用于清水钻进。它的特点是功能齐全，单动性能好。配合S系列植物胶钻井液在砂卵石覆盖层和基岩破碎地层钻进，岩心采取率可达95100，而且可以取得松散、破碎地层的原结构柱状岩心。SDB系列金刚石钻具（以下简称SDB钻具）目前有三级口径：SDB110,SDB94,SDB77。它们是以非标准钻头外径标称钻具口径，当然也可以配其他口径的非标准钻头，因钢体长度不一样，应专门订制（如SDB91、SDB95、SDB75等）SDB钻具的结构包括导向除砂打捞机构，单向阀机构，双级单动机构，内管机构和外管机构五大部分。4.1导向除砂打捞机构在钻具的上部，钻杆和单动接头之间增设一根与岩心外管同口径的，长度可任定的沉砂管，以便增加粗径钻具长度，防止孔斜，并作为除砂管用。外管接头内装有单向阀机构，单向阀上阀座安有一根隔砂管，冲洗液不能从沉砂管下端直接进入单向阀，而必须从隔砂管上部的侧孔经隔砂管进入单向阀，经外管接头进入内外管之间。沉砂管内径比钻杆内径大，冲洗液进入沉砂管后流速降低，由于钻杆和钻具的高速旋转，带动冲洗液高速旋转使泥砂分离。沉砂管起到了离心除砂作用，冲洗液中的岩屑沉积于管壁和沉砂管下部。进入隔沙管的冲洗液则是比较纯净的，含砂量较低的浆液，起到净化钻井液的作用，这就是除砂机构的原理。SDB钻具单动机构比较复杂，掉钻具时打捞比较困难，因此在单向阀上阀座之上加工有打捞头（50内方钻杆公接头丝扣），可用50内方钻杆打捞。4.2单向阀机构由于砂卵石覆盖层和基岩破碎地层钻进，采用浓度较高的冲洗液（植物胶或泥浆），钻孔底部浆液含砂量较重，而且孔底沉积的岩屑和砂子也多，钻具下钻时，钻杆内液柱压力低，快速下到孔底，造成较大的内外压差，孔底冲洗液夹带着泥砂从钻头进入内外管并从钻杆上返，有时直达孔口，停止下钻后，粗颗粒泥砂迅速下沉，堵塞在内外管之间及钻杆下部，重者造成蹩泵和钻具失去单动作用无法钻进，轻者影响钻具单动性能，降低取心质量。因此在外管接头内设置有单向阀机构，下钻时封闭，钻进时冲洗液下压阀体，实现正循环钻进，避免了上述故障。4.3双级单动机构SDB钻具的单动作用由两副结构完全一样的单动接头通过一根轴串联实现。SDB钻具上下单动机构由一根轴串联，容易保证同轴度，上下单动副结构和密封圈（Yx密封圈）完全一样，摩擦系数一样，则单动性能完全相同。双级单动机构两个单动副同时起单动作用，降低了每个单动副的相对转速差，如钻杆转速1000转/分，理论上每副单动机构的轴和轴承套相对转速差是500转/分。显然，在较低相对转速差的情况下，单动的效果更好，部件的使用寿命更长；在孔内即使其中有一个单动副损坏，另一个单动副则承担起全部作用，避免内管转动，因此双级单动机构比单级单动接头单动效果好，性能可靠，使用寿命长。这一点对取心质量至关重要。4.4内管机构SDB钻具的内管机构包括半合管（或整体式内管）、定中环、卡簧座和卡簧。半合管由钢质卡箍箍抱，不会产生弹性变形而裂缝。半合管取心是为了防止内管中柱状的松散，破碎岩心在地表人为损坏，保持原状结构。半合管只是在要求取原状结构岩心时使用。半合管和整体式内管每次只用其中一种，可以互换。短节管与内管（半合管）成为一体，提高内外管同轴度，有利于保障单动性能；它们的内壁都是磨光的，减少岩心堵塞现象，有利于增加回次进尺和提高取心质量。4.5外管机构SDB钻具的外管机构与普通单动双管钻具一样，包括外管、扩孔器（或连接管）、钻头。它的特点重点在钻头上。SDB钻具的钻头是非标准钻头，可以是热压金刚石钻头，电镀金刚石钻头、复合片钻头和硬质合金双管钻头。研制的李工牌热压金刚石钻头（双管或单管）采用了特殊的保径技术，钻头工作层内、中、外同步磨损，钻头使用的过程中近似于平底形，而不是圆弧形。由于内径磨损小，基本解决了堵岩心的问题，1.5米半合管（内管）可以打满；金刚石能全部磨光，在同等条件下，钻头寿命可提高30以上。SDB钻具的内外管长度差是固定的，内管（半合管）标准长度是1.5米，可以根据钻孔深度和用户需要同时加长内外管，但内管（半合管）长度尽量不应超过3米，过长难保证同轴度，会影响单动性能。 5.钻探设备5.1对钻探设备的要求用S系列植物胶钻井液和SDB系列钻具（或绳索取心钻具）钻进基岩和砂卵石覆盖层，对设备的要求是相同的。即要用立轴式高速金刚石钻机，变量泥浆泵（要有最小泵量32升/分以下的并配有柴油机动力），立式高速泥浆搅拌机（宜配柴油机动力以便变速）或软轴搅拌器。变量泵配柴油机动力是为了选择最小泵量钻进取心，不宜采用定量泥浆泵和电动机动力，因为泵量大，无法调节，难以达到取心目的。不能采用卧式泥浆搅拌机和水泥搅拌机搅拌植物胶，因为必然产生疙瘩随时可能堵塞钻具，无法钻进。砂卵石层钻进和基岩钻进所用薄壁套管最好用反丝扣连接，在高转速钻进时可以防止退扣。5.2砂卵石覆盖层钻进须配备的特殊器材：这里顺便说明一点，本次钻探砂卵石覆盖层不多，请引起足够重视。1、要配备一定数量的厚壁套管。砂卵石地层的浅表层及很松散的卵石层在一定的深度范围内需要跟管护壁。（1）陆地钻探，应配备10米50米127厚壁套管，以1279.19石油旧钻杆料加工成公母连接的反方扣套管最好。既价廉，强度又很高，可以跟管50米以上。下打和起拔阻力都不大。（2）水上钻探，如河流上游，水流较急时，应配备16810的套管1030米，水较深时，数量应相应增加。连接丝扣仍以公母连接的反方扣为佳。同时应配备更多数量的1279.19的套管。168和127套管数量计划的依据是水的深度、水流速度和砂卵石覆盖层的深度。2、应配备下打套管和起拔套管的工具，如150200kg吊锤和100kg以上冲击杠（起拔套管用）。3、跟管钻进的孔深范围内如果有大于套管直接的孤石或漂砾时，应准备一定数量的炸药和电雷管。炸药以胶质炸药为最好，亦可用乳化炸药。必须进行孔内爆破，套管才能跟下去，否则很难达到计划孔深。2005年以来，研制开发的新产品植物胶钻井液有SH和ST两类。其中SH胶到目前又分为SH和SH-1两个品种（成分和性能相同，但SH-1比SH的胶质含量要高）。ST胶目前有ST-1一个产品，ST-1含胶质最高，配方用量最少。SH和ST两类胶都可以即搅即用，不须浸泡，比SM胶更方便。同时，SH和ST搅制的两类钻井液比SM胶更稳定，不容易腐化变质，不须加入防腐剂，因此使用更安全。6.钻探泥浆6.1S系列植物胶钻井液的配方和应用一、基本配方1、SH胶的配方：配制无固相冲洗液，SH:水2:100（重量比）加入烧碱（氢氧化钠），加量为SH干粉重量的8。配制低固相泥浆，SH:水:钠土1:100:（56）（重量比）加入烧碱（氢氧化钠），加量为SH干粉重量的8。注：宜用钠土，不宜用钙土。SH胶先制浆加碱，后加钠土。2、SH1胶的配方：SH1与水的比例为1.5，其他类推。3、ST-1胶的配方：配制无固相冲洗液，ST-1:水（0.81）:100（重量比）加入烧碱（氢氧化钠），加量为ST-1干粉重量的8。配制低固相泥浆,ST-1:水:钠土（0.40.5）:100:（56）加入烧碱（氢氧化钠），加量为ST-1干粉重量的8。注：宜用钠土，不宜用钙土。ST-1先制浆加碱，后加钠土。二、特殊地层的配方1、水敏性地层，易吸水膨胀、缩径的地层：（1）一般水敏性地层：SH和ST-1按基本无固相配方制浆后加入0.2以上（按浆液重量）的Na-CMC（钠羧甲基纤维素），降低失水量；（2）较强水敏性地层：SH或ST-1按低固相泥浆配方制浆后加入0.20.3（按泥浆重量）Na-CMC，可进一步降低失水量，抑制地层水化膨胀。2、基岩挤压破碎带，护壁比较困难，易坍塌掉块地层；可在SH或ST-1无固相或低固相泥浆中加入：KHm（腐植酸钾）11.5Na-CMC0.2以上3、承压水地层：植物胶类无固相冲洗液不能直接悬浮加重剂，承压水地层使用植物胶时，必须先将植物胶配成低固相泥浆，然后再加入加重剂（如重晶石粉或铁矿粉）才能制备成加重泥浆。三、SH和ST两类植物胶使用的促溶剂只能用烧碱（氢氧化钠）不能用纯碱（碳酸钠）代替。四、配制好的S系列植物胶新浆漏斗粘度必须达到60秒以上，低固相泥浆更高，才能表现出植物胶的优越性。五、S系列植物胶配制低固相泥浆时，植物胶的用量不得低于配制无固相浆液用量的一半。低于一半则植物胶的功能效果不明显。六、ST-1抗盐性能较差，不能用二价以上可溶性盐类作处理剂，不宜钻进水泥地层。七、SH胶抗盐性能强，可以使用任何泥浆处理剂，亦可以钻进任何地层。用水泥护壁堵漏时，SH胶浆液保护水泥不被水稀释，效果极好。八、ST-1胶不宜用于5以下气温条件下钻进。九、SH胶可用于低温条件下钻进。十、SH和ST植物胶抗温性能较差，深孔温度在60以上不宜使用。6.2钻探现场制浆工艺1、现场制备S系列植物胶钻探冲洗液的搅拌机要采用高速立式泥浆搅拌机，叶轮转速须在500700转/分为宜，转速不宜超过700转/分。2、搅拌机可以单独安装动力，或者用水泵的动力带动，但要注意运转方向，即保证搅拌机叶轮转动时，桶内液浆面呈正漏斗形，否则植物胶不易搅散，产生疙瘩。3、制浆程序：（1）、先向搅拌机中加入1/2罐清水，开动机器以500-700转/分速度高速搅拌，并一次性倒入植物胶粉，搅拌5分钟，待干粉充分分散无疙瘩。（2）、然后加满清水继续搅拌，并加入烧碱水溶液以中低速搅拌510分钟即可；（3）、注意，不能长时间高速搅拌，否则将造成高分子断链，浆液粘度低。（4）、水温较低时，植物胶不易溶胀，可在初搅时加入温水（如柴油机冷却水），可以得到好的效果。（5）、绳索取心钻进，搅制的新浆要用1420目筛网过滤。4、循环系统：循环系统根据钻孔深度和所钻岩层设计。其中包括泥浆池和循环槽。（1）、3050米的砂卵石层钻孔，可以只用一个11.5m3，的泥浆池；60米以上的砂卵石层钻孔，应设计两个泥浆池，总体积应在2m3以上。基岩钻进可参照上述设计。矿山数百米深孔钻进，泥浆池容积应在5m3以上。（2）、循环槽的长度515米，根据现场条件和孔深确定，槽宽1520厘米，高度1012厘米，每隔30厘米一块挡板沉砂。5、浆液的维护管理：（1）、及时除砂，除砂方法根据条件选择：a.及时排掉循环槽中沉淀的岩粉和砂子；b.安装离心除砂器或除砂机专门除砂；c.在浆液中加入聚丙烯酰胺水溶液加速岩屑沉降；d.浆液含砂量太重，无法净化时，全部排掉换新浆。（2）、浆液在使用中，由于胶质消耗，粘度逐渐降低，是正常现象。当漏斗粘度降低到40秒以下时，要及时补充新的浆液。（3）、泥浆池和循环槽不得有地表水和天上降雨浸入。7.SDB系列金刚石钻具使用说明7.1概述SDB系列钻具是深厚砂卵石覆盖层和基岩金刚石钻进专用系列钻具。是配有普通内管和半合式内管互换的两级单动机构的双层岩心管钻具。包括SDB110、SDB94、SDB77三级口径。它适用于未胶结的砂卵石覆盖层及所有基岩地层金刚石岩心钻探，配合植物胶类钻井液岩心采取率高，可随钻取原结构岩样。7.2特点本系列钻具的结构包括导向除砂打捞机构，单向阀机构。双级单动机构，内管机构和外管机构五大部分。1、SDB系列钻具的管材规格是： （见下图说明书）2、SDB系列金刚石钻头的特点：SDB系列金刚石孕镶钻头是具有特殊技术参数的专有技术特色钻头。其特点是寿命长、回次进尺长。还有SDB系列硬质合金钻头、电镀钻头、复合片钻头。3、SDB系列钻具的结构特点（1）、双级单动机构为了提高钻具的单动性能，保障单动机构的可靠性，SDB系列钻具设计了两级单动机构。同时起单动作用。（2）、内壁磨光的内管和半合管SDB系列钻具的内管有两种：一种是内壁磨光的普通内管，另一种是内壁磨光的半合管。可以根据需要互换。半合管是在钻进松散、破碎地层时为了取原结构岩心（样）时才使用。（3）、单向阀单向阀使冲洗液在正循环钻进时畅通，而在下钻过程中封闭，防止钻具在接近孔底时，孔内高粘度的冲洗液悬浮的砂子进入钻杆和内外管之间，堵塞过水通道。单向阀的上阀座上面有打捞头，用于打捞钻具。（4）、缩短了岩心管，增设了沉砂管和隔砂管。为了保证钻具有良好的单动性，缩短了内外管长度。但钻进基岩时，可根据用户需要同时增加内外管长度。（5）、钻进砂卵石地层时，用连接管代替扩孔器，连接外管和钻头，钻进基岩时仍要用金刚石扩孔器。图7.2.1SDB系列钻具结构图7.3组装和拆卸步骤1、组装步骤（1）检查单动接头的单动性能；（2）组装半合管；（先不装定中环和卡簧座）（3）将半合管（或圆内管）与单动接头连接；（4）将外管装上单动接头；（5）安装连接管；（或扩孔器）；（6）安装定中环和卡簧座；（7）转动内管，检查钻具的同轴度；（8）安装钻头；（9）检查卡簧座与钻头内台阶的距离；（10）安装隔砂管；（11）装沉砂管和螺丝头；2、拆卸步骤（1）卸钻头；（2）卸卡簧座、定中环；（3）卸外管和连接管；（4）卸下半合管（或圆内管）；（5）拆卸半合管；7.4半合管原理及组装拆卸1、半合管通过销钉定位，上端与内管接头内螺纹相连，下端与定中环及卡簧座相连，装上卡簧座以后，定中环在半合管（或内管）上应是动配合，可以转动。2、半合管的中部抱紧机构通过开口钩头抱箍与梯形槽相配合。半合管中部不同长度位置车削有五道环槽，每道环槽中开有两条梯型槽缝；开口抱箍两端带钩头。由于梯型槽在不同位置所夹大弧长度不同，当抱箍钩头由上端进入槽缝，然后推动到下端位置，则将半合管抱紧。3、组装程序（1）将卡簧装入卡簧座；（2）将半合管通过定位销定位合拢；（3）依次用抱箍从半合管环槽上部装入槽缝，注意抱箍梯型开口钩头与梯型槽缝方向一致。（4）必要时可在每道环槽中用防水胶带纸缠绕一圈，防止冲洗液进入半和管。（5）将定中环和卡簧座装上半合管；4、拆卸程序将装满岩心的半合管平放到预定位置，用螺丝刀依次将抱箍推到环槽上端，把抱箍取出。抱箍卸完后，再拆卡簧座和定中环，然后小心将半合管打开，把岩心装入岩芯箱内或拍照、取样。7.5钻具组装调试注意事项1、首先应仔细检查钻具的双单动接头。检查单动接头，分为三步。（1）、双单动接头的单动性能：分别检查上、下单动接头的单动效果。如果单动效果不好，就应拆卸查明原因，清洗调整以后重新装配，直至转动轻松为准。（2）、双单动接头的轴向窜动距离：双单动接头，使用时间较长，会增大轴向窜动距离。窜动距离过大会降低取心效果，因此应经常检查轴向窜动的距离。新、旧双单动接头轴向窜动距离不应超过1mm。通过调节槽型螺帽调节轴向窜动距离。（3）、检查单向阀是否活动自如。用螺丝刀或其他金属杆压单向阀，检查是否上下活动自如。防止水路堵塞。2、钻具组装好，未装钻头前，用手托起内管或用提引器吊起钻具，转动内管几圈，检查内管转动是否蹩劲或摩擦力不均。一般原因如下：（1）、双单动接头某零件同轴度差或轴承损坏，则应更换。（2）、内管或外管弯曲，亦应更换或校直。检查的方法是选一根铅直的标准外管，与被测的内管或外管相靠，并转动，观察是否接触密合。3、卡簧座与钻头内台阶的间隙一般间隙应为35mm，松散粗砂地层应缩小为23mm，泥质地层可增大到56mm。间隙调准以后，应将并紧螺帽拧紧，防止钻进时松动。4、要经常冲洗除砂管中的砂子和岩屑。7.6钻具的维护1、机组人员应爱惜钻具。搬迁装运过程中钻具要轻装轻放，内外管要平放，不能重压，半合管要装箱，防止变形弯曲。2、钻具的双单动接头一般在进尺3040m后要进行一次清洗，轴承应加油以及换掉磨损严重的密封圈；如果发现有轴向窜动，应检查轴承是否损坏，要及时更换损坏的轴承。3、清洗单动接头的同时，应检查单向阀是否灵活可靠，如果里面沉渣太多应清洗干净。 4、钻具内管或半合管如果有连续一天以上不用，应把内管或半合管内壁擦干再涂上机油，防止生锈。5、半合管不用时应组装好，防止变型。6、工程完结，或停工时间较长，应将钻具清洗加油后保管。防止锈结。7、轴承和密封圈SDB系列钻具的轴承全部采用推力轴承。SDB系列钻具的密封圈都是轴用型Yx密封圈。 8.孔内事故及其处理8.1孔内爆破我国西部地区例如西北地区，地处河流上游，砂卵石覆盖层中冲积有大量的大粒径的漂砾和孤石。将孤石炸碎，套管才能通过；当孔深较深而又必须继续跟管，覆盖层较紧密，跟管阻力较大时，即使没有大孤石挡道，亦可爆破炸松地层加快跟管速度。在上述地层中钻进，必须掌握孔内爆破技术。1、爆破材料：炸药以胶质炸药最好，威力大，不易被水浸蚀而失效，其次可用乳化炸药。雷管必须用电雷管；爆破线可用胶质电线。2、爆破材料必须进行防水处理，宜采用预制药包，胶质炸药防水处理要求不严，用牛皮纸或塑料袋封袋即可，药包外径应小于套管内管20mm。每次爆破要用两支以上电雷管并联，并进行可靠的防水处理（包装）3、爆破药包的包装应由专业持证人员在远离机场的安全范围内进行。4、药包与孔内安全距离，在水下爆破（孔内有水）时宜大于3米，干孔爆破时宜大于5m,在药包上部回填砂土，以确保管脚安全，浅孔爆破应将钻机立轴箱移离孔口，以确保钻机安全。5、药包下部应坠重物，导线长度必须丈量准确，以确保药包在预定位置起爆，严防炸药在套管内爆破。6、孔内盲炮处理：胶质炸药应用小型药包引爆；乳化炸药和硝铵炸药，可钻坏药包，使之溶解。8.2跟管钻进程序1、开孔钻进：先挖小井栽入孔口管，最好用与套管靴同径的单管钻头钻一浅孔，下入孔口管，并用吊锤继续打入套管。然后用单管钻具或双管钻具开低速扫孔到底。2、继续用双管钻具超前掏孔取心钻进，当孔内出现孔壁不稳定，或孔底残渣堆积时，则继续打入套管，但套管深度不要超过孔深，以免影响取心质量。3、钻具超前掏孔取心钻进中发现有较大孤石时，应丈量起始和钻穿孤石的深度，作好记录，然后起钻后与岩心对照核实，确定是否要进行孔内爆破及爆破的位置。需要进行爆破时，先爆破，后跟管。套管不要跟到孔底，一般距孔底0.5米左右为宜，以便下部需要继续爆破时有安全距离。4、跟管以后，特别是孔内爆破以后，孔底沉渣多，先用单管带钢丝的钻头，将孔底打捞干净以后，再下入双管钻具钻进取心，否则将影响取心效果和回次进尺。如果孔底沉积不超过0.5米，可以直接下入双管钻具扫孔后钻进。5、超前掏孔取心钻进-孔内爆破-打入套管-扫孔打捞干净-继续钻进取心，如此循环往复。当钻进到比较稳固的地层，不出现坍塌掉块，孔底无沉渣或很少时，可以停止跟管，一直裸孔钻进，钻穿覆盖层，进入基岩。6、下打127和168厚壁套管，采用150200kg吊锤，落距1.5米，下打薄壁套管采用50100kg吊锤，落距0.51米，不可强行打入。7、裸孔钻进进入基岩35米，如果需要在基岩中继续钻进，则必须将薄壁套管下到基岩，以防掉块卡钻。下入的薄壁套管若是反扣，则孔口应固定，若是正扣，则下部套管丝扣要用松香、沥青胶固，防止反脱。8.3钻进参数及操作注意事项1、S系列植物胶钻井液和SDB钻具钻进砂卵石地层和基岩破碎地层时，要注意按照钻进参数一高两小的三要素操作，即高转速，小泵量，小压力才能得到最好的钻进和取心效果。2、钻具在孔内正常进尺时，不要提动钻具，也不要随意改变钻进参数，否则易产生岩心堵塞。3、出现岩心堵塞后，若提动钻具几次无效，应及时提钻，避免磨掉岩心。4、裸孔钻进中，如出现坍塌掉块，处理的措施有继续打入套管，下入小一级套管，水泥固壁等，不要强行钻进，防止埋钻。5、孔较深时，起钻要向孔内回罐浆液，以保持压力平衡，防止钻孔坍塌掉块。6、泥土层和纯砂层钻进，回次末要停泵干钻几公分再起钻，使岩心自然堵塞，以防岩心脱落。7、基岩钻进中，遇到破碎地层，钻进参数与砂卵石层一样，要一高两低，即高转速，小泵量，小压力，尤其要注意控制泵量，才能取好破碎地层岩心。8、基岩钻进，根据孔深，应适当加长内外管长度，内管长度2.53米为宜。9、一般完整基岩钻进，可配SDB91和SDB75非标钻头，但复杂的基岩钻孔，如破碎的、缩径的、漏失的，宜采用外径加大的如SDB94、SDB77钻头，增大环状间隙，减小泵压和抽汲作用，有利于孔壁稳固，减少漏失和提高取心效果。10、复杂地层起下钻时速度要慢，起钻时注意向孔内回灌浆液。11、碎性较大的岩层钻进时，岩心易破碎，取心困难，采取的措施有：（1）、选择振动较小进尺又快的金刚石电镀钻头，这只是建议。（2）、减短钻具内外管长度，保证单动性能良好。（3）、提高冲洗液的粘度，S系列植物胶，可提高到23分钟以上的粘度。（4）、钻机转速以中等转速为宜，减小振动。（5）、泵量要小，以能冷却钻头为宜。（6）、钻头口径尽可能的条件下选择较大一些，一般宜用94。12、软塑性地层，孕镶金刚石钻头进尺慢，取心不好，则可选用硬质合金双管钻头或复合片钻头，进尺快，则取心好。13、绳索取心钻进，搅制好的植物胶钻井液要用20目筛网过滤，防止疙瘩堵钻具。14、绳索取心钻进，若采用S系列植物胶钻井液，因粘度高，提升内管时，速度不宜过快，避免抽汲作用。9.结 论通过岚皋堰门乡的岩心钻探、汉阴长沟金矿的勘查和验证，均取得良好的使用效果。堰门矿区在使用1、2#孔出现严重漏失，经过2天堵漏，基本消除；汉阴长沟金矿的3#号孔出现漏失，当天即堵住。论文写作过程中，得到煤科院西安钻探研究所郝世俊研究员，陕西工程勘察院的高工郭建军的支持，再次表示感谢.【参考资料】西安地勘院自行配制的泡沫泥浆【参考资料】探矿工艺学（中）武汉地质学院等编写第 39 页2020-3-24第 39 页 共 39 页SM植物胶在钻探中的应用钻孔灌注桩常见工程事故及预防措施时间:2011-05-07 13:49来源:未知 作者:文讯库 点击: 141次摘要介绍了钻孔灌桩常见的工程事故,包括:地质勘探资料和设计文件存在的问题、孔口与钻孔存在的问题、桩端持力层判别错误、孔底沉渣过厚或开灌前孔内泥浆含砂量大等,并提出相应的预防措施,以供参考。 关键词钻孔灌注桩;工程事故;预防措施 钻孔灌注桩具有低噪摘要介绍了钻孔灌桩常见的工程事故,包括:地质勘探资料和设计文件存在的问题、孔口与钻孔存在的问题、桩端持力层判别错误、孔底沉渣过厚或开灌前孔内泥浆含砂量大等,并提出相应的预防措施,以供参考。 关键词钻孔灌注桩;工程事故;预防措施 钻孔灌注桩具有低噪音、小震动、无挤土、对周围环境及邻近建筑物影响小、能穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力、适应各种地质条件和不同规模建筑物等优点,在桥梁、房屋、水工建筑物等工程中得到广泛应用,已成为一种重要的桩型。随着社会经济发展的需要,钻孔灌注桩的桩长和桩径不断加大,单桩承载力也越来越高,同时也使单柱的设计成为可能。对于长桩、大桩,其施工难度大,易发生质量事故。而单柱设计对桩的质量要求高,发生质量事故后,加固处理难度大,且费用较高。因此,有必要对钻孔灌注桩的常见质量事故加以分析,找出质量事故发生的原因,研究相应对策,尽可能防止质量事故发生。 1地质勘探资料和设计文件存在的问题 地质勘探主要存在勘探孔间距太大、孔深太浅、土工试验数量不足、土工取样和土工试验不规范、桩周摩阻力和桩端阻力不准等问题。设计文件主要存在对地质勘探资料没有认真消化、桩型选择不当、峻工地面标高不清等问题。因此,在桩基础开始施工前,应针对这些问题对地质勘探资料和设计文件进行认真审查。另外,对桩基础持力层厚度变化较大的场地,应适当加密地质勘探孔,必要时进行补充勘探,防止桩端落在较薄的持力层上而发生桩端冲切破坏。场地有较厚的回填层和软土层时,设计者应认真校核桩基是否存在负摩擦现象。 2孔口与钻孔存在的问题 2.1孔口高程的误差 孔口高程的误差主要有两方面,一是由于地质勘探完成后场地再次回填,计算孔口高程时由于疏忽而引起的误差。二是由于施工场地在施工过程中废渣的堆积,地面不断升高,孔口高程发生变化而造成的误差。其对策是认真校核原始水准点和各孔口的绝对高程,每根桩开孔前复测1次桩位孔口高程1。 2.2钻孔深度的误差 有些工程在场地回填平整前就勘探地面高程较低,当工程地质勘探采用相对高程时,施工应把高程换算一致,避免出现钻孔深度的误差。另外,孔深测量应采用丈量钻杆的方法,取钻头的2/3长度处作为孔底终孔界面,不宜采用测绳测定孔深。钻孔的终孔标准应以桩端进入持力层的深度为准,不宜以固定孔深的方式终孔。因此,钻孔到达桩端持力层后应及时取样鉴定,确定钻孔是否进入桩端持力层。 2.3孔径误差 孔径误差主要是由于工人疏忽用错其他规格的钻头,或因钻头陈旧,磨损后直径偏小所致。一般对于桩径8001 200 mm的桩,钻头直径比设计桩径小3050 mm是合理的。每根桩开孔时,合同双方的技术人员应验证钻头规格,以减小孔径误差。 2.4钻孔垂直度不符合规范要求 造成钻孔垂直度不符合规范要求的原因:一是场地平整度和密实度差,钻机安装不平整或钻进过程中发生不均匀沉降,导致钻孔偏斜。二是钻杆弯曲、钻杆接头间隙太大,造成钻孔偏斜;三是钻头翼板磨损不一,钻头受力不均,造成钻头偏离方向;四是钻进遇软硬土层交界面或倾斜岩面时,钻压过高使钻头受力不均,造成钻头偏离方向。 控制钻孔垂直度的主要技术措施为:一是压实、平整施工场地;二是安装钻机时应严格检查钻进的平整度和主动钻杆的垂直度,钻进过程中应定时检查主动钻杆的垂直度,发现偏差应立即调整;三是定期检查钻头、钻杆、钻杆接头,发现问题及时维修或更换;四是在软硬土层交界面或倾斜岩面处钻进时,应低速低钻压钻进。发现钻孔偏斜,应及时回填黏土,冲平后再低速低钻压钻进;五是在复杂地层钻进,必要时在钻杆上加设扶整器2。 2.5钻孔塌孔与缩径 钻(冲)孔灌注桩的塌孔与缩径从表面上看是2个相反面,实际上产生的原因却基本相同。主要是地层复杂、钻进进尺过快、护壁泥浆性能差、成孔后放置时间过长没有灌注砼等原因所造成。其对策为钻(冲)孔灌注桩穿过较厚的砂层、砾石层时,成孔速度应控制在2 m/h以内,泥浆性能主要控制其密度为1.31.4 g/cm3、粘度为2030 s、含砂率6%,若孔内自然造浆不能满足以上要求时,可采用加黏土粉、烧碱、木质素的方法,改善泥浆的性能,通过对泥浆的除砂处理,可控制泥浆的密度和含砂率。没有特殊原因,钢筋笼安装后应立即灌注砼。 3桩端持力层判别错误 持力层判别是钻孔桩成败的关键,现场施工必须给予足够的重视。对于非岩石类持力层,判断比较容易,可根据地质资料的深度,结合现场取样进行综合判定。对于桩端持力层为强风化岩或中风化岩的桩,判定岩层界面难度较大,可采用以地质资料的深度为基础,结合钻机的受力、主动钻杆的抖动情况和孔口捞样进行综合判定,必要时进行原位取芯验证。 4孔底沉渣过厚或开灌前孔内泥浆含砂量过大 孔底沉渣过厚的原因除清孔泥浆质量差、清孔无法达到设计要求外,还有测量方法不当等。要准确测量孔底沉渣厚度,首先需准确测量桩的终孔深度,应采用丈量钻杆长度的方法测定,取孔内钻杆长度+钻头长度,钻头长度取至钻尖的2/3处。在含粗砂、砾砂和卵石的地层钻孔,有条件时应优先采用泵吸反循环清孔。当采用正循环清孔时,前阶段应采用高粘度浓浆清孔,并加大泥浆泵的流量,使砂石粒能顺利地浮出孔口。孔底沉渣厚度符合设计要求后,应把孔内泥浆密度降至1.11.2 g/cm3。清孔整个过程应专人负责孔口捞渣和测量孔底沉渣厚度,及时对孔内泥浆含砂率和孔底沉渣厚度的变化进行分析。若出现清孔前期孔口泥浆含砂量过低,捞不到粗砂粒,或后期把孔内泥浆密度降低后,孔底沉渣厚度增大较多,则说明前期清孔时泥浆的粘度和稠度偏小,砂粒悬浮在孔内泥浆里,没有真正达到清孔的目的,施工时应特别注意这种情况。 5水下砼灌注和桩身砼质量问题 砼配制质量关系到砼灌注过程是否顺利和桩身砼质量两大方面,要配制出高质量的砼,首先要设计好配合比和做好现场试配工作,采用高标号水泥时,应注意砼的初凝和终凝时间与单桩灌注时间的关系,必要时添加砼缓凝剂。施工现场应严格控制好配合比(特别是水灰比)和搅拌时间。掌握好砼的和易性及砼的坍落度,防止砼在灌注过程发生离析和堵管。 5.1初灌时埋管深度达不到规范值 我国JGJ 94-94规范规定,灌注导管底端至孔底的距离应为300500 mm,初灌时导管埋深应800 mm。在计算砼的初灌量时,个别施工单位只计算了1.3 m桩长所需的砼量,漏算导管内积存的砼量,使初灌量不足造成埋管深度达不到规范值。同时,施工单位准备的导管长度规格太少,安装导管时配管困难,有时导管至孔底的距离偏大,而导管安装人员没有及时把实际距离通知砼灌注班,形成初灌量不足,导致埋管深度达不到规范值。初灌砼量V应根据设计桩径、导管管径、导管安装长度、孔内泥浆密度进行计算,且VV0+V1。V0为1.3 m桩长的砼量,V0=1.21.3D2/4(单位:m3);1.2为桩的理论充盈系数;D为设计桩径(m)。V1为初灌时导管内积存的砼量,V1=(hd2/4)(+0.55d)/2.4(单位:m3);h为导管安装长度(m);d为导管直径(m);为孔内泥浆密度(t/m3);0.5