李建军，陈保国

(中国水电顾问集团北京勘测设计研究院，北京100024)

1 概述

巴底水电站位于四川省甘孜藏族自治州丹巴县境内的大渡河干流上，装机容量700 MW，年发电量28.86亿kW·h;水库总库容1.699亿m3，正常蓄水位2075 m，拦河坝坝高98 m，为二等大(2)型工程。

工程区河床覆盖层大约在60～140 m左右。由含泥砂砾石、块碎石和三层细粉砂层相间构成，孤石较多，区内遇到最大孤石直径达8 m左右，同时存在局部架空现象。工程区地层无胶结、透水性强、极易发生错动、孔壁不稳定、漏浆严重，且局部区域存在涌水现象，易发生卡钻、埋钻事故，属于典型的复杂地层，钻进难度较大。经过不断分析、摸索后，形成了一套行之有效的深厚砂卵砾石层钻进工艺，顺利完成了规定的钻探任务，积累了在深厚砂卵石地层钻进的宝贵经验。

2 钻进工艺

2.1 钻进设备及机具

本次钻进工作使用的钻探设备及机具为:XY－2型钻机，BW－150型泥浆泵，SDB双管金刚石钻具，8 m四脚钻塔，厚壁地质管材。

2.2 冲洗液选择与配制

本次钻探过程中使用的冲洗液按照植物胶低固相冲洗液的配比进行配制，具备携带岩粉清洗孔底、冷却钻头、润滑钻具、保护岩心、润滑钻具、减少振动以及优越的减阻效应等特点，可满足深孔钻进的要求。植物胶低固相冲洗液的配制是在生产厂家的建议配比的基础上，将SH植物胶粉和钠土的比例做了小幅调整配制而成的［1，2］。

2.2.1 配方

SH∶钠土∶水=3∶6∶100(质量比)。烧碱∶SH=8∶100(干粉质量比)。

2.2.2 配制

先在搅拌槽中加入一半的水，开动搅拌机后加入SH植物胶干粉，搅拌均匀至没有结块现象，然后加满水继续搅拌，同时加入烧碱，搅拌5 min后，加入粘土粉继续搅拌，直至全部分散。

2.3 钻头选择

植物胶低固相冲洗液的优越润滑性可极大地降低钻头磨损，但由于砂卵砾石层自身的不稳定性(表现为卵石之间极易错动)，导致金刚石钻头在孔底的工作条件仍然较差［3］。综合考虑地层特点和冲洗液性能等多方面因素，最终选择热压孕镶金刚石钻头，胎体硬度HRC45～50，底唇厚度15 mm。

2.4 钻进实例

2.4.1 钻进过程

以ZKz40钻孔为例(覆盖层深度122 m)。

在钻进过程中，若遇到孤石，可以计算其确切位置进行孔内爆破处理。该孔在放炮跟管工艺操作下，168 mm套管跟进深度约36 m，考虑起拔安全，及时进行了变径。变径后采用110 mm SDB植物胶钻具进行取心、139 mm套管进行护壁的钻进工艺。139 mm套管跟进深度达到106 m。套管最大下入深度见表1。

表1 套管下入最大深度

钻进程序:植物胶钻具取心→孔内爆破(偶尔进行)→跟进套管→植物胶钻具取心。此过程循环进行直至钻穿覆盖层或者达到设计要求。

2.4.2 钻进参数及注意事项

在植物胶钻进中，钻进参数具有高转速、小泵量、低钻速的特点(具体参数见表2)。

(1)在配制植物胶低固相冲洗液时，必须保证钠土和植物胶干粉全部分散，无结块现象，以免堵塞水龙头或者SDB钻具。

表2 SDB钻具钻进参数

(2)为了保证冲洗液里的固相含量在适当的范围之内，要在循环系统内挖建沉淀池，或者在浆液中加入高水解度的聚丙烯酰胺水溶液，可以加速岩粉的沉淀，以维护冲洗液的各项性能指标稳定［4］。

(3)随着冲洗液的不断循环，粘弹性物质含量逐渐降低，其粘度就会随之降低，应定期补充新冲洗液，维持冲洗液的粘弹性等各项指标［5］。

(4)在采用SDB钻具钻进时，回次进尺根据具体钻进情况而定，为保证取心质量，一般应控制在1～1.5 m范围内。

(5)对于孔内漏浆严重的地层，要通过投粘土球的方式即时堵漏，效果不明显时，可以缩短回次进尺，不断跟进套管，缩短裸孔段。

2.5 取心质量

深厚砂卵砾石层钻进不仅要求得到准确的覆盖层的厚度，而且对砂卵砾石层的原状岩心要求也较高，在采用植物胶低固相冲洗液后，经过现场不断调整配比，在取心质量和岩心采取率方面都取得了非常好的效果，各项指标均达到地质任务书的要求。具体取心情况见图1、图2所示。

2.6 孔内事故预防及处理

在深厚覆盖层钻进过程中，频繁发生埋钻事故和套管断裂脱落事故。预防及处理方法如下。

2.6.1 埋钻事故

2.6.1.1 预防

(1)根据孔壁稳定性及是否返浆决定超前钻进长度。漏浆严重时，尽量保证钻具不要完全伸出套管管靴。注意观测孔口返浆量，如果孔内漏失比较明显时，必须进行堵漏，严防冲洗液由于冲洗液失去护壁效果而发生孔壁坍塌［7］。

图1 ZKz40砂层原状岩心

图2 ZKz40砂卵石原状岩心

(2)起下钻具时要保持匀速慢速，防止对孔内冲洗液形成回抽吸力或者激荡压力，影响孔壁稳定或导致孔壁坍塌。

(3)植物胶低固相冲洗液的护壁效果虽佳，但是还是要求根据具体钻进情况，适时下入各级套管进行护壁，不可强行裸孔钻进，以免发生孔壁坍塌、埋钻等孔内事故。

2.6.1.2 处理

(1)在加大冲洗液流量的情况下，提动钻具，若发现此法不能奏效，说明埋钻事故较严重，只好采用针对性的措施进行处理。

(2)利用更大口径的钻具进行套捞。

(3)利用反丝钻杆带着反丝锥对被埋钻杆进行打捞，最后利用小一径的单管钻具进行“掏心”将被埋钻具内管打捞上来，然后进行变径钻进［8，9］。

(4)以上几种尝试都无法处理事故时，只能采用导偏进行钻进。在事故段上方一定距离采用灌浆封孔，待凝固后进行导偏钻进。

2.6.2 套管断裂事故的预防及处理

2.6.2.1 预防

(1)在套管选用方面，最好使用公母连接的反扣厚壁套管。可以有效防止套管的脱扣。

(2)如果使用的套管是管箍连接的正丝套管，在下入套管时，要将套管缠麻等防止脱扣。

(3)每次下管前，要检查套管是否有损坏，丝扣损坏或者变形的套管严禁下入孔内。

(4)及时进行纠偏，防止钻孔倾斜。

2.6.2.2 处理

(1)利用相对应的公锥进行锥取。对于薄壁套管，由于其抗扭强度较低，在套取时不可采用钻机立轴强行扭转，应利用管钳通过人力进行上扣拧紧以达到锁紧套管的目的，然后通过吊锤锤击力起拔套管。

(2)利用比断裂套管小一径的盖头或盖头接一节薄壁套管，然后加卡料的方式对套管尤其厚壁大口径套管打捞，效果明显。在盖头下方连接薄壁套管，不仅增加了卡死的区间，而且由于薄壁套管容易被卡料挤压变形，便于卡死，在通过吊锤往上锤击的过程中不易脱落［10］。

(3)也可利用专门定做的楔形打捞器进行套管打捞，由于打捞器两头本身带有斜度，很容易卡死卡料。

3 成效与问题

3.1 取得的成效

(1)采用植物胶低固相冲洗液可以大幅度提高钻进效率，降低钻探成本。使台班进尺比清水钻进提高一倍。

(2)采用植物胶冲洗液，可以提高砂卵石的取心率和取心质量，取到了胶结较好的、能够清晰的反映砂卵砾石层沉积的原状岩心。

3.2 存在问题

(1)在涌水地层，仍然存在植物胶冲洗液失效的问题，在维护其稳定方面尚没有行之有效的方法。

［1］付兵，邱太宝.深厚砂卵砾石层金刚石钻探施工技术和工艺［J］.四川水力发电，2007，(1).

［2］张志平.SM植物胶在水电工程中的实践总结.四川水力发电，2003，(2).

［3］侯满柱.坚硬地层金刚石钻进参数的选择［J］.山西建筑，2005，31(6):71 －71.

［4］宋宏图.SM植物胶和SD系列金刚石钻进工艺在深厚砂卵石层的应用［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2008，35(3):13－15，17.

［5］冯建明.田湾河大发电站闸址深厚覆盖层勘探的实践［J］.四川水力发电，2001，20(3):77 －78.

［6］黄小军.跟管钻头钻进技术在水电勘探中的研究与应用［J］.岩土工程技术，2011，25(2):59 －63.

［7］王福.浅析复杂地层孔内事故的预防［J］.林业科技情报，2007，(3).

［8］刘志刚.浅谈地质钻探中孔内事故发生及防范措施［J］.科园月刊，2008，(8).

［9］马举，陈卫杰，刘惠民.埋钻事故的预防和处理措施［J］.黑龙江水利科技，2003，(2).

［10］李世忠.钻探工艺学(中册).北京:地质出版社，1988.