丰 涛

（河北省地矿局第三地质大队，河北张家口 075000）

1 概述

2019年开始实施的张家口市主城区城市地质调查对河北地质三队来说是一项全新的工作，城市地质钻探是这项工作的基础，而其中的综合孔施工既是重点也是难点。城市地质钻探的工作对象主要为第四纪覆盖层，而张家口市主城区内的覆盖层主要由砂卵石、砂砾石组成，以往河北地质三队在砂卵石、砂砾石层内钻探取得的岩芯采取率偏低，不能反映完整的地层组成。

为在施工城市地质调查钻孔时取得较高岩芯采取率，我们分析了各种在覆盖层内钻进取芯技术，结合张家口主城区的地层及现有设备，以取芯钻具及泥浆类型为主要研究内容，经过比选最终采用了可防泥浆反向流动的半合管取芯钻具、底喷式金刚石钻头和植物胶泥浆。钻进时根据取芯效果和孔壁稳定性，及时调整泥浆性能，达到了平衡地层压力、稳定孔壁、堵塞地层孔隙和提高岩芯采取率的目的。每个钻孔的全孔平均岩芯采取率均达到90%以上，最高的达96.59%。下了孔口管后以一种钻具就可实现终孔，简化了钻进工艺。从四月下旬至九月初，施工了四个综合孔，完成的工作量为891.70m，施工的最深孔为339.45m。河北地质七队承接张家口城市地质钻探任务，开始采用常用的聚丙烯酰胺、腐殖酸钾泥浆，岩芯采取率达不到地质要求，从河北地质三队取经后顺利地施工了两个综合孔，完成的工作量为613.56m，施工的最深孔为344.56m。

2 工作区地质特征

张家口市城市规划区地下空间资源丰富，主城区地处柴沟堡—宣化盆地东北部山前地带，基底由太古界片麻岩、侏罗系上统张家口组火山岩和白垩系下统青石砬组碎屑岩构成。盆地基底为一由北向南和由西北向东南倾斜的U 形槽谷，谷长43km，宽2.5～7.8km，其中堆积有巨厚的第四系松散沉积物，厚度变化较大。第四系松散层厚度小于50～300m，主要是第四系冲洪积物、坡洪积物和冲积物。上部为第四系上更新统—全新统亚粘土、黄土状土和砂砾卵石、砂、砂碎石；下部100m以下为第四系中更新统棕红色亚砂土、亚粘土、砂砾石和卵砾石含粘性土。工作区地下水位20～＞50m。

3 钻探设备

钻机：XY-44 型，泥浆泵：BW-250 型，动力机：100kW发电机组，钻塔：AG-13-20型（斜直两用，塔高13m，最大承载200kN），NY-3型拧管机。

4 钻进工艺

4.1 钻进方法和钻具组合

（1）开孔时采用硬质合金钻进工艺，钻进至4m 后下入∅127mm 套管护壁。钻具组合：∅50mm 主动钻杆+∅60mm钻杆+∅127mm岩芯管+∅130mm硬质合金钻头。钻进技术参数：钻压3～5kN、转速80r/min、泵量30L/min。

（2）下入∅127mm套管后，采用金刚石钻进工艺进行钻进。钻具组合：∅50mm主动钻杆+∅60mm钻杆+接头（内设单向阀）+异径接头（带取粉管）+∅108mm岩芯双管（内管为半合管）+∅133mm 孕镶金刚石钻头。钻进技术参数：钻压5～12kN、转速80～150r/min、泵量30L/min。

4.2 冲洗液与护壁堵漏措施

（1）使用膨润土植物胶泥浆，配方为：淡水＋4%膨润土＋13%～15%ZT植物胶＋0.3%～0.4%火碱。

（2）钻进ZK6 孔上部含水砂层时孔壁出现轻微的坍塌，随即增大植物胶的加量并加少量聚丙烯酰胺，进一步加大泥浆的粘度而稳定了孔壁。

（3）发生轻微漏失时在泥浆中加入随钻堵漏剂。钻进ZK2 孔上部74～86m 层段时出现严重漏失，随后人工向孔内投入粘土球而堵漏成功。

5 供水

在钻场附近挖蓄水池，用塑料布防渗水，就近从机井内抽水，注入池内备用，再用水泵将水压送到钻场。

6 钻探质量要求及保证措施

6.1 工程质量指标

（1）岩芯采取率要求：粘性土、完整基岩层平均采取率不低于80%，单层不低于70%；砂类土层平均采取率不低于60%，单层不低于50%；风化岩层、构造破碎带平均采取率不低于50%，单层不低于40%；松散砂砾卵石层平均采取率不低于50%

（2）无岩芯间隔要求：粘性土层不超过1m，其他地层不超过2m。

6.2 质量保证措施

（1）安装设备时确保钻机达到水平、稳固；确保钻机工作时立轴角度为90°。

（2）将泥浆泵处于中间位置的皮碗卸掉，泥浆泵两缸工作，减小钻进时的泵量。

（3）使用胎体硬度为HRC35-38、浓度为100%、工作层高10mm 的底喷式孕镶金刚石钻头，使用性能良好的卡簧，防止打单管和岩芯脱落。

（4）在将双管取芯钻具下入孔内前要检查内管的单动性能，及时更换损坏的轴承。

（5）钻进时，不打懒钻，发现岩芯堵塞立即提钻取芯。

6.3 封孔

各孔均用水泥浆封闭含水砂层以上的孔段，水灰比0.5，用泥浆泵和钻杆将水泥浆泵入孔内。

7 取得的成果

取得的主要技术指标见表1。

表1 钻探技术指标表