水文水井钻进工艺

水文水井成井工艺~

三千字 方法自学成才

水文地质钻探是勘探开发地下水的一个重要技术手段，其任务就是在地面水文地质调查的基础上，进一步查明地下水的埋藏条件、运动规律和含水层的水质、水量以及水温等水文地质规律，为合理的开发利用、保护或补给地下水提供所需的资料。
新中国成立以来，我国的水文水井钻探技术经历了50多年的发展，有了长足的进步，现从工艺与设备两个方面对其发展现状作一简要分析。
2.2.1.1 钻探工艺
水文水井钻探工艺技术经历了无循环静液柱护壁钢丝绳冲击钻进、清水或普通泥浆正循环回转钻进、低固相优质泥浆正循环回转钻进、泵吸反循环和气举反循环回转钻进、多工艺空气钻进以及多介质反循环钻进等阶段。目前我国水文水井钻探工艺呈现如下特点。
（1）循环介质
水基、气基介质并存，可供选择余地大。对水源比较充足地区以水基介质为主，对干旱缺水地区则以气基介质为主。根据勘探区不同地层条件可供选择的主要介质如下：
1）水基钻井液：清水、普通泥浆、加重泥浆、无固相泥浆、饱和盐水、各种乳胶液及润滑钻井液等。
2）气基钻井液：空气（压缩空气）、雾状气（气水混合）、稳定泡沫、胶质泡沫及充气泥浆（泡沫泥浆）等。
冲洗液在孔内循环方式有3种：正循环钻进、反循环钻进（气举、双壁管）、正反循环（混合）钻进等。
（2）碎岩方法及碎岩工具
碎岩方法经历了钢丝绳冲击钻进、钻粒、硬质合金回转钻进、牙轮钻头回转钻进到球齿钻头气动或液动冲击回转钻进等。目前，冲击钻进、回转取心钻进、回转全面钻进、冲击回转钻进等钻进方法都有应用。在卵砾石地层水井钻凿工程中，钢丝绳冲击钻进仍是一种有效的方法。而在水文地质普查孔、水文地质勘探孔钻探过程中多用回转取心钻进和冲击回转钻进方法。在探采结合孔和水井钻探过程中多用回转全面钻进、冲击回转钻进方法。
2.2.1.2 钻探设备
早期的水文水井钻探设备多借用岩心钻探设备，由于钻进能力不能满足要求，一般采用小口径钻进取心（样），大口径分级扩孔成井方法。水井钻探多采用钢丝绳冲击钻进，静水压护壁，捞砂筒排渣的工艺方法。目前使用的水文水井钻探设备多为专用设备。常用的钻机除了20世纪50年代至70年代研制的DPP-100型、SPJ-300型、SPJT-300型、SPS-400型SPS-600型和红星-400型外，多采用新型车装SPC系列钻机（钻深100～600m）、散装TSJ系列钻机（钻深600～2000m）。20世纪80年代至90年代研制的SDY-600型、FD-300型全液压动力头车装钻机对提高我国的水文水井勘探技术水平及钻探新工艺的推广应用起到了极大的推动作用。除此之外有关部门还引进了美国的T4W和 T3W、德国的B3A、法国的R28等型号的车装全液压水文水井钻机。据不完全统计上述钻机中应用最多的机型是SPJ-300、SPC-300和TSJ-1000型。“九五”期间，由勘探所与济南探矿厂联合开发成功SJ-1500型、SJ-2000型转盘水井钻机，其最大特点是主卷扬机配备有水刹车及油马达平衡给进系统，适于钻进1500～2000m的水文地质孔和800～1500m的水井及地热井。张家口探矿厂研制成功了SPS2000型水井钻机，用于1500m深层地下水及浅层地热的开采。
钻探用泥浆泵主要有：衡阳探矿机械厂生产的BW系列、石家庄煤探机械厂生产的TBW系列。为了适合深孔泡沫钻进的需要，吉林大学研制成功了BWZ-250、BWZ-1100型水泵泡沫增压装置；为了满足深孔气举反循环钻进的需要，勘探所与蚌埠空压机总厂联合研制成功了WF-5/60C型压缩机，可满足3000m以内的气举反循环钻进的需要。
2.2.1.3 成井管材
过去多用水泥管、铸铁管和厚钢管，这些管材笨重、易腐蚀、易结垢，影响水井寿命。现在常用塑料管、桥式镀锌滤水管、贴砾滤水管、玻璃钢管代替。

(一)概述

水文水井钻探的主要目的是为了勘察和开发利用地下水资源。而为了获得水文地质资料所进行的钻探工程称水文地质钻探工程;而为了工农业供水和人民生活饮用水需要进行的钻探工程称供水井钻探工程。习惯上统称为水文水井钻探工程。

1.水文地质钻探工程的任务

1)通过钻进采取岩心来研究水文地质剖面,确定含水层位、厚度、埋藏深度,查明岩石成分和岩性结构,研究含水层的孔隙性及水文地质条件,并通过钻探揭露含水层。

2)通过在钻孔内抽水、采取水样等试验达到确定地下水水位、水质、地下水的水力性质及含水层与地表之间的水力联系,含水层的水理性质等水文地质参数。

3)通过在钻孔内长期观测来了解区域水文地质情况,预测其变化趋势,为经济建设提供长久的地下水情报。

在水文地质钻探工程中,根据水文地质勘察的性质和阶段可以设计成不同种类的专用钻孔,如水文普查孔、水文勘探钻孔和探采结合钻孔。

2.供水井钻探工程的任务

供水井钻探工程是为了工农业供水而采用的钻进工程。因而它的任务是根据水文地质资料和用户要求为用户提供优质的水井。有些水文地质钻孔在完成勘探任务以后,应尽量转交地方做生产井,即所谓探采结合孔。供水井钻探工程的钻孔直径较大,习惯上称为井。

3.水文水井钻探工程的特点

由于水文水井钻探工程的任务与其他类型钻探工程不同,因而水文水井钻探工程具有以下特点:

1)地层复杂。水文水井钻探工程大多数是在第四系的卵砾石层、砂层或黏土层中进行钻进工作。这些地层给钻探工程带来的问题是坍塌、漏失和不易取心等。即使在基岩层中钻进,也多半是断裂带、溶洞或破碎带。这类地层,在钻探上统称为“复杂地层”,即发生事故多、效率低、钻进取心困难。

2)钻孔结构复杂。由于要获得准确的水文地质资料,就要求切断各含水层之间的水力联系。因此,下入的套管层次多,钻孔直径大,止水封闭要求严格,故井身结构较岩心钻探工程要复杂得多。

3)钻进方法多。由于地层复杂,即使在同一个钻孔中往往遇到不同的几种地层。因此,近年来水文水井钻探工程的钻进方法发展很快,出现了相当多的行之有效的钻进方法,如冲击钻进、反循环钻进、空气钻进、潜孔锤钻进和震动钻进等。

4)设备类型多。由于水文水井应用范围广及钻进方法的改进,近几年来世界各国都发展了相应的水文水井钻探设备。因此,与其他类型钻探工程相比,水文水井钻探工程设备类型较多。常用钻机为SP系列转盘式水文水井钻机,如SPJ-300型、SPC-300H型、SPC-600型;CZ系列钻机如CZ-22型、CZ-22-1型、CZ-30型,以及XY系列各型钻机等。其他主要设备还有动力机(电动机或柴油机)、泥浆泵(常用BW型)、桅杆或门字形钻架。

5)劳动强度大。由于水文水井钻探工程钻孔直径大,破碎岩屑多,但深度较浅(相对石油钻而言),因此,给钻探工作带来了很多不便实现机械化操作问题,如换钻具、清渣等工作,这些都使劳动强度大大增加。

6)钻进过程完成后还需进行成井和抽水试验,成井工艺过程为:冲孔换浆—安装井管—填砾—止水—洗井—抽水试验。

(二)水文水井钻进工艺

1.水文地质和水井钻孔的分类

(1)水文地质普查孔

在未进行水文地质工作的地区,通过钻探了解地层情况,含水层的埋藏条件、构造等。这类钻孔采用常规口径钻进,其质量按钻探六项质量指标要求,即岩心采取率、钻孔弯曲度、校正孔深误差、简易水文地质观测、封孔及钻孔原始记录和技术档案。

(2)水文地质勘探孔

水文地质勘探孔,除达到水文地质钻孔的质量要求外,还需取得地下水位、水量、水质、水温以及其他水文地质资料,为此需进行抽水等试验。这就需要将钻孔直径加大,进行下管、填砾、止水、洗井等成井工序,然后再进行抽水试验和水文地质观测工作。

(3)水文地质长期观测孔

水文地质长期观测孔是通过钻孔定时测定地下水位,以了解大范围内地下水动态变化。

(4)探采结合孔

水文地质勘探孔在满足水文地质勘探之目的后,应根据用户的要求,进行扩孔成井,或在勘探孔施工时就按供水井要求进行,在取得水文地质勘探资料后,移交用户做供水井使用。

(5)供水井

为满足供水需要而进行钻井成井。按成井规范要求,一般其钻孔直径都较大。

2.水文地质和水井钻孔(井)身结构要素

(1)孔(井)深

钻孔(井)深度由勘探或开采地下水目的层的埋藏深度决定。钻穿设计最后一层含水层3～5m即可终孔。

(2)孔(井)径

钻孔(井)直径包括开孔直径、终孔直径以及换径次数。终孔直径按地质要求不能小于110mm,同时还应考虑滤水管的直径和抽水泵泵体外径的尺寸。换径次数由地质情况决定。开孔直径由终孔直径和换径次数计算得出。

3.水文地质和水井钻孔的分类

(1)水文地质钻孔结构

水文地质钻孔结构如图4-17所示。

1)水文地质普查钻孔。这类钻孔要求全孔取心,取心孔段钻孔直径要求不小于110mm。因此终孔直径—般为110mm。

2)水文地质勘探钻孔。这类钻孔除要求取心外,还要进行抽水试验,并要求滤水管直径不小于108mm,同时还应考虑填砾时对钻孔直径的要求。

3)水文地质观测钻孔。这类钻孔是在取得水文地质资料后,为监测地下水活动规律而保留的水文地质勘探钻孔。其孔径应满足观测工具、仪器顺畅工作。

(2)探采结合孔

探采结合孔要同时满足勘探和成井的要求。多采用直径146mm或更大的滤水管,上部井管直径要比下入井内的抽水泵泵体直径大一级。钻孔可以一径到底,井管变径可用异径接头连接(图4-18)。

图4-17 水文地质钻孔结构图

图4-18 探采结合钻孔结构图

(3)供水井井身结构

供水井井径大,管外止水常采用永久性封固。所以在确定供水井结构时应充分考虑这些特点以及用户要求和水井的深度。

1)浅供水井(浅井)。指井深小于100m的供水井。这类水井一般做农田灌溉井,井径一般大于400mm。浅供水井多采用一径成井的结构(图4-19)。

2)中深供水井。指井深为100～300m的供水井,井径多在200～300mm。中深供水井可采用一径或两径成井的结构。

3)深供水井。指井深超过300m的供水井。深供水井要求对非供水层需进行严格封隔,保护水质,且中间采用多层套管,结构复杂,常采用的结构形式如图4-20所示。

图4-19 浅供水井结构图

图4-20 深供水井结构图

图4-21 基岩供水井结构图

4)基岩供水井。岩石中的裂隙、岩溶是地下水赋存和运动的场所。当开发岩石中的水时,必须将上部地表水或第四系的含水层加以封隔,以保护岩石中水的质和量,其结构如图4-21所示。

以上水井结构都比较单一。随着钻探技术的发展,已出现了井下局部扩孔、横向输水井、辐射井等结构形式,应及时总结、推广和应用。

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扶沟县15342831882： 专业的打井施工方案怎样的? ？
余峡加诺： 打井施工工艺及注意要点: 1、根据水井出水量要求,井孔结构设计井深、井径,结合地层情况选好钻探机型以及相应的辅助设备. 2、钻孔之前应做好机台调平,设备布置,器材堆存,塔架竖立,钻机安放等工作. 3、在松散地层中钻探成孔,最好采用冲击式钻机清水水压逐级扩孔法施工工艺. 4、在基岩含水层中钻孔成孔,最好采用回转式岩心钻进,在钻进过程中,应进行地下水水位和循环液孔内消失量等水文地质观测. 5、钻探成孔的过程中,应根据技术要求进行描述、分层取土样、取水样、测温等.还要保证取样质量和数量.

扶沟县15342831882： 水文地质钻探施工与成井的基本要求？
余峡加诺： 我们施工的水文孔一般是133mm的管子,这样的话施工的孔径最大要220mm,最细的地方也要170~180mm,不然不好下,岩心在设计段内一般要求80~85%,孔斜这个看规范,各个矿区要求不一样,止水一般用异径止水,变径的地方用止水橡胶或者海带,过滤器表面要包铁丝网,十几目的,沉砂管一般5~10m,这个要看你地层的情况.如果还有不明白的可以问我.

扶沟县15342831882： 什么是钻井工艺 - ？
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扶沟县15342831882： 谁能解释一下,钻井工艺的基本流程? - ？
余峡加诺： 表层钻井--下套管--固井--安装防喷器组----试压---钻水泥塞---二开钻进,适时短起下钻---通井---下套管--固井---侯凝--组装井口--试压--三开作业

扶沟县15342831882： 钻探工程的简介 - ？
余峡加诺： 钻探工程 (drilling engineering ) 探矿工程的重要组成部分.在钻进中,主要应用机械的方法破碎岩石,其他物理的或化学的破碎岩石方法,尚处于试验研究阶段.按破碎岩石的外力作用方式可分为冲击钻进、回转钻进、冲击回转钻进、振动钻...