[发明专利]一种高寒复杂地层钻探施工工艺

权利要求书

1.一种高寒复杂地层钻探施工工艺，高寒复杂地层包括第四系全新统冰水冲积层和泥盆系花岗岩层，其特征在于，包括如下步骤：

S1：使用冲击钻头对钻探孔设计区域冲砸出加固孔基，向加固孔基中倒入基于第四系全新统冰水冲积层配制的泥浆；

S2：冲击钻头对加固孔基进行反复冲砸，冲砸过程中在泥浆中加入黏土，冲击钻头钻透第四系全新统冰水冲积层形成加固孔；

S3：使用三翼牙轮钻头对泥盆系花岗岩层进行正循环回转钻进得到钻探孔；

S4：向钻探孔中下入割缝滤水管和地质探测装置进行地层岩性探测和抽水试验。

2.根据权利要求1所述的高寒复杂地层钻探施工工艺，其特征在于，所述步骤S1中的泥浆配制方法包括如下步骤：

A1：对钻探孔设计区域的第四系全新统冰水冲积层进行地质取样，得到钻探孔处第四系全新统冰水冲积层的卵石含量ρ₁和深度h₁；

A2：将卵石含量ρ₁、深度h₁以及泥浆温度ω代入泥浆配制模型，得到预配制的泥浆运动粘度η₁和泥浆黏土含量ρ₂；所述泥浆配制模型包括如下：

ρ₂＝β₁f(ω)+β₂f(h₁)+β₃ρ₁；

其中，β₁为泥浆温度对泥浆黏土含量的影响系数、β₂为深度对泥浆黏土含量的影响系数、β₃为卵石含量对泥浆黏土含量的影响系数；β₁、β₂和β₃均通过对泥浆配制模型使用最小二乘法得到；f(ω)为泥浆温度的取值函数；f(h₁)为深度的取值函数；η₀为泥浆的动力粘度；

A3：根据泥浆运动粘度η₁和泥浆黏土含量ρ₂配置泥浆。

3.根据权利要求1所述的高寒复杂地层钻探施工工艺，其特征在于，所述步骤S2中加固孔的冲砸方法包括如下步骤：

S21：冲击钻头对填有泥浆的加固孔基以冲程k进行冲砸；

S22：冲砸过程中投入黏土，投入的黏土与泥浆的比例为1∶0.8～1∶1.2；

S23：黏土和泥浆被冲击钻头挤压至加固孔基的侧壁缝隙中形成加固层；

S24：根据第四系全新统冰水冲积层的卵石含量更改冲击钻头的冲程，对加固孔基冲砸直至穿透第四系全新统冰水冲积层形成加固孔。

4.根据权利要求3所述的高寒复杂地层钻探施工工艺，其特征在于，所述步骤S21中冲程k在加固孔基的孔深为0～0.5m时，k＝0.5m；所述步骤S24中，加固孔基的孔深大于0.5m后，当第四系全新统冰水冲积层的卵石含量大于0.35时，k＝1.0m；当第四系全新统冰水冲积层的卵石含量小于等于0.35时，k＝0.75m。

5.根据权利要求3所述的高寒复杂地层钻探施工工艺，其特征在于，还包括步骤S25：当加固层的壁厚L小于加固层阈值壁厚L_min时，返回步骤S21，反之，进入步骤S3；所述加固层阈值壁厚L_min模型包括如下：

其中，ρ₃为加固层的黏土含量；ρ₁为钻探孔处第四系全新统冰水冲积层的卵石含量；ρ'₂为投入黏土后的泥浆黏土含量；f(ρ₃)为加固层的黏土含量的取值函数；h₁为第四系全新统冰水冲积层的深度。

6.根据权利要求3所述的高寒复杂地层钻探施工工艺，其特征在于，所述步骤S24中对加固孔基冲砸时，每进尺0.5m-1.0m进行掏渣，掏渣将泥浆中的含渣率降至10％以下后继续冲砸。

7.根据权利要求4所述的高寒复杂地层钻探施工工艺，其特征在于，所述步骤S3中，当钻探孔的深度为0～230m时，三翼牙轮钻头采用直径为Φ311.15mm的钻头；当钻探孔的深度大于230mm时，三翼牙轮钻头采用直径为Φ215.9mm的钻头。