钻井液在工程地质勘察钻探施工中的作用

浅谈钻井液在工程地质勘察钻探施工中的作用

【摘要】保证岩土工程勘察钻探质量，关键是根据地层选配相应的钻井液。本文结合工作经历介绍勘察钻探中出现的问题以及采取的处理措施，主要强调钻井液的作用，引起关注。 【关键词】工程地质勘察钻探施工 钻井液

近年来，国内不同类型的钻孔有多种，如地质矿产勘探孔、工程地质勘察孔、排渗孔、灌浆孔、观测孔（在孔内安装仪表或传感器）等。钻进方法也有冲击、回转、冲击回转、振动、锤击、螺杆等。在工程地质勘察中比较常用的就是回转钻进，取样方式有螺旋式、静压式、锤击式等。但无论何种类型钻孔，也无论何种类型钻探方式，钻进施工中所用的钻井液在钻进速度和钻孔质量方面起着十分重要的作用。

钻井液的作用是护壁堵漏，悬浮岩粉，润滑钻具，冷却钻头。在深的地质矿产勘探孔中常用的有皂化液泥浆、钠羧甲基纤维素泥浆、聚丙烯酰胺低固相泥浆等，而在工程地质勘察钻探中一般钻孔深度较浅，勘察钻进时，对比较稳定地层常用清水作为钻井液，对不稳定的地层如砂砾石层、卵碎石层、风化岩碎裂层、水敏性地层等，就必须用相应的钻井液才能减少孔内事故的发生，从而达到顺利钻进，满足工程地质勘察技术要求。工程地质勘察的目的是确定地下水埋藏深度、划分地层结构、采集岩土样、进行原位测试等，从而为工程设计部门提供满足施工设计要求及符合《岩土工程勘察

规范》的勘察资料，因此能够顺利成孔是工程地质勘察的首要任务。本人结合工作就钻井液方面做一下介绍。

中国石油工程建设公司岩土工程公司承但了土库曼斯坦阿姆河盆地卡拉库姆大沙漠中的萨曼捷佩集气站、亚希尔捷佩集气站、第一天然气处理厂等项目的地面工程勘察任务。当地地貌为陆相风积砂土，草灌层固定沙丘，勘察深度内地层主要为细砂，其间多数有1—2m厚度不等碎石，直径2-5cm。勘察设备和方法为dpp—100型车装钻机和履带式xy-1型钻机，回转钻进。作业开始，由于对地层不清，泥浆配置不当且较随意，孔内出现塌孔、卡埋钻等现象，于是采用扩孔下套管方式处理，虽然问题得到解决，钻孔完成，但由于起下套管等辅助时间增加，作业周期延长，导致效率降低成本提高，后来经过探讨、摸索试验，着重从粘土选择和泥浆配置上下功夫，选择优质膨润土，按土含量10%（水体积中土重量）左右配置, 并加入1—2%na2co3，，由专人提前3—5小时配置好泥浆，使用中随泥浆消耗及时添加，泥浆性能始终保持漏斗粘度＞25秒，比重1.05—1.15，ph=7—10，这样在勘区内用此类泥浆，勘察孔内没有再出现以上异常情况，而且成孔（裸孔）稳定，没有影响后续的地脉动测试和孔内波速测试，满足了工程地质勘察要求。 另外在有些勘察级别相对较高的工程地质勘察中，像高层建筑工程地质勘察，高架桥桥基工程地质勘察，涵洞隧道工程地质勘察等，一般地质技术要求较高，勘察孔相对较深，入岩深度较厚（勘

察深度内遇完整岩石须钻入基岩3-5m，有的须超过5m）此类勘察孔中会经常遇到沙砾石层，卵碎石层，强风化的岩石破碎层，这样地层在施工中往往岩心采取率较低，孔内容易漏水、掉快、卡钻等，影响了钻进速度和钻孔质量，对于此类钻孔，从一开始就应该选配相应的钻井液，这样才能有效的预防和避免孔内事故的发生。 在梁庄高架桥的46号钻孔中，设计孔深33m，开孔即用清水作为钻井液，当孔深钻至25.5m时，孔内出现渗漏、掉快卡钻现象，地层变为强风化—中等风化的不完整灰岩碎块，直径3-5cm最大8cm，勉强顶漏钻进至27.5m时，孔内无返水，提下钻困难，卡钻严重，不得不用吊锤反打提动钻具，最终导致无法钻进，只得移孔1.5m重新开孔钻进，将清水换成泥浆，钻至相同位置时，孔内稍有渗漏，返液量减少，于是泥浆中加入粘土 ，增加其粘度，并向孔内投入粘土球，下入小一级钻具，停泵旋转，将泥球糊在孔壁上，经过这样处理，孔内恢复正常直至终孔，达到了工程地质勘察要求。尽管如此，却也浪费了人力物力，增加了成本。如果钻孔施工中发现异常马上采取措施，更换泥浆，一定会达到更满意效果。 通过以上事例，我认为随着工程地质勘察范围的扩展，勘察手段也会多种多样，但地质钻探还是目前工程地质勘察中基本的勘察方法，通过它揭露地层，采集岩土样，获取各岩土层的物理力学参数，因此勘察中正常钻进非常重要，而影响它的主要因素还是如何选配相应的钻井液问题。我认为，在稳定的岩土层用清水作钻井液；

在不稳定的岩土层（水敏性地层、破碎层、裂隙发育易坍塌掉快地层）则必须采用优质泥浆作钻井液，并严格控制失水量；在含盐的水溶性地层应选用与该地层可溶性盐类相应的饱和盐水泥浆作钻井液；对冻土层选用低温泥浆作钻井液。比如遇到与水膨胀的含粘土矿物成分高的泥页岩土层有的选用油基钻井液、欠饱和聚合物钻井液；在沙层有的选用聚丙烯酰胺低固相泥浆（php用量在30—50ppm，比重1.08—1.12，失水量8-14ml/30min，泥皮厚0.5—0.8mm，粘度（20—35）×10-4m2/s，ph=9—10，胶体率98—100%）；在胶结差的卵砾石层有的用水泥加沙混合浆液、冻胶泥浆等。另外，对于已出现的长孔段漏失、裂隙、易坍塌掉快和岩溶洞隙性地层应采取堵漏、充填、封闭等措施，如泥浆中添加复合堵漏剂，灌速凝水泥，下套管等。

其实泥浆在使用中会经常加入一些化学处理剂予以调节才能起多种功能，来适应钻孔及不同岩土层的要求，这些泥浆处理剂主要起分散、稀释、降失水、絮凝、中和及调节ph值、润滑、防塌、防腐、抗温等作用，常用处理剂见下表：

总之，能够顺利成孔，满足工程地质勘察要求关系到工程地质勘察报告的完整性和可靠性，它是工程设计部门的第一手资料，是工程设计的主要依据，意义很大。当前我国在深井钻探中有很多成熟的经验，有些在工程地质勘察中是可以借鉴的。我相信随着科学

研究和技术开发，会有更多更加适用的钻井液应用于各类工程地质勘察钻探中，那么我们的工程地质勘察效率会更高范围也会更广，对城市建设发展必定起到积极作用。

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