第十五章水文钻探1

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十五章,水文水井钻探的钻进工艺,第一节 水文水井钻探的目的和特点,水文水井钻探是勘探和开发地下水的重要手段。,无论轻重工业、水电工程、矿山开采、农田灌溉、国防交通等都要查明地下水的埋藏条件，活动规律和含水层的性质、水量，以便充分利用地下水资源为经济建设服务。,1,、钻探的目的,水文水井钻探的目的是,：,为研究地质剖面；,确定含水层的层数、厚度和深度；,查明岩石成分、岩性及构造；,测定各含水层的地下水位；,确定含水层的水力参数及彼此之间 的关系。,采取水样进行水质分析，并测定含 水层的岩石物理性质和颗粒组成；,利用钻孔进行水动态观测和监测， 以便了解和预测地下水动态变化规 律和趋势，开采利用地下水。,2,、钻探特点,水文水井钻探与岩心钻探比较有相似之处，其特点：,钻井大多在松散、胶结性差的卵砾石层、砂砾层及各种土层中，易塌、漏失、取心困难、事故多、效率低；钻孔直径大、深度小、孔（井）身结构复杂，钻井方法多，设备能力大；施工周期短，搬迁频繁，劳动强度大。,第二节 水文水井孔（井）身结构,在水文水井钻探开始前，需要根据地层特点进行孔（井）身结构设计。结构是否合理是安全、高效、优质、经济和准确获得地质资料的保证。,一、孔（井）身结构要素的确定,（,1,）、孔（井）深 ：,孔（井）钻进的深度，是由水文地质勘探和开发地下水目的层的埋藏深度紧挨决定的。水文地质孔以最底下含水层作为钻孔的深度。,（,2,）孔（井）径 ：,孔（井）径包括开孔直径、中间变径和终孔直径。,特别是终孔直径必须考虑以下因素：, 岩心直径,为了满足获得准确水文地质资料，进行必要的岩心分析、试验，地质部门规定终孔直径不小,110mm,。, 过滤管直径和抽水泵的外径：,供水井中需考虑水泵直径，一般比水泵外径大,2,倍。,二、孔（井）身结构设计原则,（一）设计原则,能有效保护含水层，实质不受污染；避免孔（井）复杂情况产生，为全（井）顺利钻进创造条件，使施工周期最短；从下往上逐段设计孔径和深度；满足地质和生产要求，对地质剖面预测可能不准确，要留有余地，同时要考虑工艺水平；孔（井）身结构力求最简单。,（二）孔（井）身结构,根据设计原则、地层情况、工艺水平，孔（井）身结构可分为,5,种。,（,1,）水文地质普查孔,终孔直径,不小于,110mm,（,2,）水文地质勘探孔,终孔直径根据孔内是否需要填砾确定,（,3,）探采结合孔,终孔直径常采用,150mm,，上部需考虑抽水泵直径。,图：,（,4,）长期观测孔,因需要保证在,观测期内井壁安全，,要下技术套管，,填砾洗井等。,（,5,）供水井,井径较大，成井工艺复杂，同时要有永久性的技术措施以保证水井使用寿命。,供水井,第三节 水文水井钻进方法,一、钻进工艺的特点,水文水井钻进所遇到的含水层，大部分是第四纪砂层、砂砾层或卵砾石层等。,在含水层钻进，为了不污染含水层而得到准确的地质资料，因此钻进时冲孔尽量使用清水，但又会导致孔壁不稳定的趋向，往往需要用套管护壁。,根据地下水的要求和含水层的特点，水文水井钻探工艺有以下特点：,1,、使用的套管直径大。,2,、钻头结构上采用大水口、少切削具、较多片状合金。为了使冲洗液畅通，多数钻头为肋骨钻头。,3,、钻头直径大，是为了增大扭距，减小冲洗液在钻杆中流动的阻力。,4,、在钻进工艺上采用“轻压,、,慢转，大泵量”的规程。,二、全面不取心回转钻进,回转钻井进行水文水井钻探，是应用最广泛的钻探方法。,（一）鱼尾、三翼钻头钻进,（二）牙轮钻头钻进,三、大口径基岩取心钻进,在基岩中进行大口径水文水井钻探，为了减少对岩石的破碎量，采用岩心钻探，使用硬合金或钻粒钻头钻进。其钻进工艺与岩心钻探相似，所不同的就是直径较大所带来的问题。,由于井径大，岩心直径较粗，因此，卡断岩心在水文水井钻探中成了问题，概括起来有以下几个方面：,1,、要使用尽可能长的岩心管，延长回次进尺，使岩心达到一定长度后，岩心可在机械振动下顺其节理、层理或裂隙等折断。,2,、透卡料前要将钻具提离井底一段距离， 投卡料后要开大泵量，使卡料冲到钻头与岩心的环状间隙处而卡住岩心。,3,、卡料因由硬石块、钢粒和铁丝组。其大小应根据岩心与岩心管内径间隙大小而定。,4,、扭卡岩心时，不能过猛开车，以免扭断钻杆或损坏钻机。,5,、在特殊情况下，利用岩心楔断器将岩心楔断后在卡取，或采用小直径 掏心的办法使大直径岩心震断后再取。,四、扩孔钻进,扩孔钻进成井，即先用小直径取心钻进，然后用大直径扩孔成井。,（,1,）受设计能力限制，不能一径成井时，可以逐级扩孔成井。,（,2,）当含水层较多，需要分层观测时，常用扩孔钻进来满足水文地质的需求。,（,3,）地层条件不允许用大口径一次成井，施工时只有先掟小眼，然后逐级扩孔成井。或因填砾厚度要求井径加大或局部加大时，也常用扩孔钻进来满足成井工艺,要求。,（,4,）当下入井内的提水设备直径很大时，需要上部扩孔来满足安装水泵的要求。,根据经验扩孔钻进应注意两个方面：,一、 根据使用设备能力和井径要求，合理确定扩孔级差；,二、根据地层特点合理使用钻头类型。,1,、粘土层扩孔,在粘土层扩孔时，,由于回转阻力较大，可采用逐级,扩孔的方法成井。,2,、砂层扩孔,在砂层扩孔钻进时，阻力较小，进尺快，应注意泥浆质量，适当加稠泥浆。,3,、砾石层扩孔,为了防止砾石孔壁坍塌，砾石层扩孔钻进应选用玉米式钻头，依靠玉米钻头的挤压作用而加固井壁，泵量也不应太大。,五、反循环钻进,在钻进工艺上，从正循环方式改变为反循环方式钻进大口径钻孔，其优点除钻进速度快以外，在钻进费用也比正循环方式低,30%40%.,（一）特点：,（,1,）冲洗液上升速度快，排屑能力， 井底干净。,（,2,）钻进时井内有较高的水位，因此 可以平衡地应力，使井壁较为,稳定。,（,3,）钻进时除使用较短的孔口外，,均可采用清水钻进。,（,4,）钻进时井内有一定的漏失时，应补充冲洗液的漏失损失，故需要安排专门的供水措施。,（,5,）反循环钻进时，岩心和岩屑由钻杆内返出地面。因此，在钻进规程不当时，容易发生岩心堵塞，钻进中断。,（二）工作原理及方式,水文水井钻探的反循环方式，按照形成钻杆内上升水流的方式可分为泵吸反循环、压缩空气反循环和射流反循环,3,种。,1,、,泵吸反循环,利用离心泵或抽吸泵的抽吸力量使转杆内部液体上升的一种管路布置方式称泵吸反循环。,2,、,压缩空气反循环,将压缩空气通过,压气盒、供气管路送,到井内汽水混合室，,使压气与钻杆内的,水混合，从而形成,比重小于,1,的,掺气水,涌出地面。,3,、射流反循环,射流反循环是利用,离心泵高速的液流经,喷嘴射入循环管路,排渣管，造成负压，,这种负压能使管路,产生抽吸作用。,（三）反循环钻进工艺,1,、钻头,为便于抽吸岩粉、岩屑，反循环钻进的钻头应能在井底形成中心下凹的圆锥形。,（,1,）翼状钻头,常用的有弯壁钻头，三翼钻头。钻头底部翼片做成梳齿状，以便将粘土类岩石破碎成条带状，利于抽吸。,（,2,）牙轮组合钻头,常用的四牙轮组合钻头周圈上，三只牙轮分别相隔,120,0,， 另一只牙轮焊接在相对靠近中心的空余位置上，适用于第四纪砂、砾、卵石层和基岩底层的钻进。,2,、技术规程,（,1,）钻压 钻压选择应根据钻头类型、地层性质和设计能力等因素,确定。,（,2,）转速 大直径反循环钻进要特别注意控制回转转速，通常回转转速控制在,0.5m/s,.,六、潜孔锤钻进,潜孔锤钻进是在钻头之上装有一个潜孔锤，钻进时，在钻杆带动下作回转转动，潜孔锤在循环介质的推动下，对井底岩石进行冲击而破碎岩石。,（一）工作原理,目前，国内外潜孔锤根据配气方式分为有阀和无阀两大类。无阀潜孔锤因免去了配气阀片，比有阀潜孔锤节约,30%,的空气消耗，还具有零件少，结构简单、加工制造容易等优点。,（二）钻进的工艺规程,潜孔锤钻进效率的高低，不仅取决于选用的空压机、潜孔锤和钻头的性能和质量，而且与钻进规程有密切关系。,1.,风压,：,潜孔锤钻进的冲击频和冲击功都与 空压机输出空气压力有关。根据资料表明转速与风压成正比关系。,2.,风量：潜孔锤钻进速度快，单位时间内产生的岩粉岩屑较多，岩屑颗粒大，因而需要较大的风量才能携带岩屑使井底干净。,3.,冲击频率与转速：,对于一种型号的潜孔锤，只要达到其额定风量和风压时，就能达到额定频率。,4.,钻压,：,潜孔锤钻进破碎岩石是依靠冲击动载，钻进效率的高低主要取决于冲击功、频率和转速。钻压则保证潜孔锤钻头和井底岩石保持良好发挥冲击功的作用。,七、其它钻进方法,（一）空气钻进,空气钻进是利用压缩空气代替冲击液作为循环介质来冲洗钻孔、携带岩屑、冷却钻头的。,1,、,设备与工具,空气钻进是利用空气作为循环介质，除需要常规设备外，还需要空气压缩机、孔口装置、除尘设备等。,2,、钻进工艺,空气钻进循环介质是空气，因而对钻具没有浮力对孔底几乎没有压力。,（二）泡沫钻进,空气钻进粉尘大，不仅影响机械寿命，而且影响工人身体健康，污染环境；随着孔径增大，空压机满足不了携带岩石的要求。,另外，在涌水层空气钻进比较困难。为解决这个问题可用泡沫钻进。,泡沫钻具就是在空气钻进的基础上，增加泡沫灌注系统，利用形成的稳定泡沫来携带岩屑。,完,谢 谢,