摘要
山区输电线路塔位区大多山高坡陡、植被发育、水源匮乏，导致钻探设备搬迁困难、用水不便，严重影响地质钻探工作开展。本文聚焦山区输电线路地质勘察工作需求，开展基于浅层钻探技术的系统性、集成性研究，引入了小口径（Ø46 mm）绳索取心技术，研制了新型高效的PDC钻头，优化了钻机提钻装置、循环系统、钻井液配方等，并在试验中得到验证。结果表明，无水钻进工艺适用于山区输电线路地质勘察，浅钻绳索取心技术可有效解决孔壁坍塌、钻进效率低等问题，升级后的钻机循环系统可进行钻井液循环钻进，通过优化钻井液配方可将取心率提高到85%以上，解决了山区输电线路地质钻探工作效率低、取心率低等问题。
随着我国水电“西电东送”战略的持续深入推进，大量输电线路在高山峡谷区走线，其塔位区大多地形陡峻、地质条件复杂、地质灾害多发，对山区输电线路勘察工作的要求越来越高，用于高山峡谷区地质勘察的钻探设备种类虽多，但存在设备与工艺匹配度低、用水困难、钻进效率低等问题，开展山区输电线路浅层钻探技术应用研究显得尤为重要和紧
近年来，浅层钻探技术发展迅
选取国产TGQ-15型轻便钻
按照上述优化改进思路对钻机进行改进，在四川省都江堰市和云南省盐津县选取了7个不同地层和施工条件的场地，开展了4组对比试验。
本组试验旨在对山区输电线路无水钻进工艺进行研究，选取山顶缓坡台地及其周边区域作为试验场地，地层分布为：0~2 m为粉质粘土、残坡积层；2~4 m为松散碎石层；4 m以下为风化砂岩层，研究TGQ-5C型轻便钻机和SD-1型振动钻机钻进效果。
为TGQ-5C型冲击钻机定制钻架以取代手持方式给进，改装后钻机起拔力达到10 kN；定制高强度冲击取心钻具及纺锤形冲击钻头（见
图1 改进后的TGQ-5C型冲击钻机及钻具
使用TGQ-5C型冲击钻机分别进行钻架钻进和手持钻进取样，分析其优缺点，研究钻架对该钻机起拔力及稳定性的提升情况；分别使用TGQ-5C型冲击钻机和SD-1型振动钻机进行对比钻进取样，提出最优钻机具组合。
选取山腰斜坡台地作为试验场地，地层分布为：0~1.8 m为素填土，1.8~6.8 m为含碎石粘土，6.8 m以深为风化砂岩，分别使用TGQ-15型轻便钻机和背包式钻机进行不同配方的钻井液钻进，研究钻井液应用效果，解决松散覆盖层取心率不高的问题。
（1）将背包式钻机循环系统供水压力和承压能力提升到2 MPa，实现低固相钻井液循环，用轻便式柱塞泵取代原手压式压力水桶，同时将钻机主轴水套密封、水管及接头等更换为高压零部件（见
图2 背包钻机供水系统（左为改进前，右为改进后）
（2）兼顾施工和环保要求，选取无毒无害的聚合物无固相钻井液：水解聚丙烯酰胺（PHP）、随钻堵漏剂（GPC）、润滑剂（GLUB-2
使用背包式钻机进行不同压力的清水和钻井液单管钻进，观察新供水系统连接部分牢固程度、密封情况、承压情况等，研究背包式钻机供水系统的改进效果及与其相适应的钻井液配方；使用TGQ-15型轻便钻机进行钻井液单管钻进，对比不同配方钻井液的护壁、护心效果，优化钻井液配制及使用方法。
改进后的背包式钻机循环系统可满足低固相高压钻井液循环钻进需求，在无渗透和低渗透地层中，可减少用水量50%左右，由于钻杆内径较小，为防止堵塞，随钻堵漏剂配比建议低于3%，并配合润滑剂使用；TGQ-15型轻便钻机钻井液通过性好，防塌堵漏效果好于背包式钻机。钻井液配方及应用效果见
将小口径绳索取心技术与TGQ-15型轻便钻机进行匹
结合山区输电线路地质取样需求和TGQ-15型轻便钻机特点，定制了小口径绳索取心钻具、钻杆及配件，钻具口径46 mm、总长1850 mm、总质量11 kg、取心直径27 mm、有效取心长度1 m，钻杆采用外平设计，直径46 mm、有效长度1 m。同时对钻机钻架、底座、夹持机构进行相应改进，加装桅杆、立柱短节、手摇绞车及附件等绳索提钻和提心装置。见
图3 浅钻绳索取心技术试验现场
匹配绳索取心工艺后，钻遇破碎地层未发生井壁掉块、塌孔等事故，取心率均在85%以上（见
图4 浅钻绳索取心工艺取心效果
本组试验旨在对有水钻进中的钻头进行研究。定制4种类型的钻头，针对单轴抗压强度约为96.2 MPa的完整硬岩和含碎石土层进行对比钻进，研究钻头的应用效果。
以刀头胎体材料、结构等方面为主要优化点，为TGQ-15型轻便钻机定制了平底型金刚石钻头、齿轮型金刚石钻头、电镀金刚石钻头、聚晶金刚石复合片（PDC）钻
使用TGQ-15型轻便钻机匹配不同类型钻头，分别采用钻井液循环钻进15 m，记录钻进参数，检查钻头磨损情况，观察取心质量（包括岩心破坏情况、断面磨损情况、外表面光滑程度及采取率等），对比不同类型钻头的应用情况。
平底型金刚石钻头胎体硬度越小，钻进效率越高；五组齿轮型金刚石钻头比六组齿轮型金刚石钻头钻进效率更高；电镀金刚石钻头钻进效率优于平底型金刚石钻头和绳索金刚石钻头；Ø46 mmPDC钻头比Ø60 mmPDC钻头的钻进效率高。总的来看PDC钻头寿命、钻进效率明显高于金刚石钻头。见
图5 钻头应用效果
改进和优化后的浅层钻探技术装备及工艺具有便携、工作效率高、可靠性强等特点，能够满足山区输电线路地质勘察工作需求。在实际应用中，根据孔深、地层的不同，相应地选用绳索取心、单管钻进等不同工艺，匹配不同配方的钻井液，可有效提升钻探施工效率和取心质量；在无水、缺水区域，使用TGQ-5C型钻机匹配无水钻进工艺，可完成土层、破碎层、风化基岩层的钻探取样工作；复合片（PDC）钻头具有较强的地层适应性，对软、硬地层都有较好的钻进效果。
参考文献
龚道华，黄捷.输电线路路径选择典型问题研究［J］.通信电源技术，2019，36（11）：244-246. [百度学术]
张卫东.山区特高压输电线路钻探设备应用探讨［J］.国网技术学院学报，2018，21（4）：30-36. [百度学术]
冉恒谦，张金昌，谢文卫，等.地质钻探技术与应用研究［J］.地质学报，2011，85（11）：1806-1822. [百度学术]
朱文鉴，张培丰，张建元.TGQ系列勘察取样钻机（具）的研究［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2004，31（2）：33-36. [百度学术]
冉灵杰，宋殿兰，卢猛.TGQ背包式取样钻机的研制［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2016，43（6）：49-51+55. [百度学术]
赵洪波,宋殿兰,卢猛,等.基于绿色勘査的浅钻技术及应用[J]. 探矿工程（岩土钻掘工程）,2017，44（S1）:52-56. [百度学术]
卢猛，樊兴涛，苏兴涛，等.“浅钻-测试”快速勘查技术及野外试验［J］.地质装备，2016，17（1）：34-36. [百度学术]
谭春亮，宋殿兰，苗国文，等.浅钻找矿技术在祁漫塔格成矿带的应用研究［J］.西部探矿工程，2016，43（9）：27-30. [百度学术]
卢猛，魏照宇，苏兴涛，等.一种海底无泵反循环钻具：CN201922020347.3［P］.2021-01-01. [百度学术]
岳永东，谭春亮，宋殿兰，等.基于绿色勘查的浅钻技术在浅覆盖区填图中的应用研究［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2018，45（12）：5-11. [百度学术]
田树伟，卢猛.TGQ-10A型浅层取样钻机的研制［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2008，35（4）：13-14+19. [百度学术]
卢倩，唐守宝，卢猛，等.轻便无水取样钻机研制与试验［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2017，44（7）：62-66. [百度学术]
戴胜生，吴朝峰，卢继强.背包式钻机在山区输电线路勘测中的应用［J］.西部探矿工程，2014，9：37-38. [百度学术]
熊正强，陶士先，李艳宁，等.国内外冲洗液技术研究与应用进展［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2016，43（7）：62-66. [百度学术]
李鑫淼，李宽，孙建华，等.国内外绳索取心钻具研发应用概况及特深孔钻进问题分析［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2020，47（4）：15-23，39. [百度学术]
赵尔信.超硬材料应用于钻探的新领域［J］.超硬材料工程，2018，30（5）：47-50. [百度学术]
