多工藝空氣鉆進技術(shù)在水井施工中的應用

陳昌友　章招興

[摘要]多工藝空氣鉆進技術(shù)，是現(xiàn)代鉆探技術(shù)的一項重要成就和衡量鉆探技術(shù)水平的標志之一，對反循環(huán)鉆進技術(shù)和空氣鉆進技術(shù)進行概述，并分別舉例說明其在水井施工中的應用。

[關(guān)鍵詞]多工藝空氣鉆進技術(shù) 水文鉆探 應用實例

中圖分類號：TE2文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0220107－01

一、多工藝空氣鉆進技術(shù)

（一）反循環(huán)鉆進技術(shù)的應用。首先簡要說一下反循環(huán)鉆進，反循環(huán)鉆進是與正循環(huán)鉆進相對而言的。它是指沖洗液從鉆桿與孔壁間的環(huán)狀間隙或者從雙壁鉆桿的內(nèi)外管之間的間隙中進入孔底，來冷卻鉆頭并攜帶巖屑，由鉆桿內(nèi)孔返回地表的一種反循環(huán)鉆進方法。由于鉆桿內(nèi)孔斷面比鉆桿與孔壁間的環(huán)狀過水斷面小的多，因此，沖洗液在鉆桿內(nèi)將獲得很大的上返流速，從而提高了排除孔內(nèi)巖屑的能力，保持孔內(nèi)清潔，減少巖屑在孔底再次破碎的機會，而大幅度的提高鉆進效率。

（二）空氣鉆進技術(shù)的應用。空氣鉆進技術(shù)出地表的一種高效率、先進鉆進方法?？諝忏@進主要用于干旱缺水地區(qū)、是以壓縮的空氣代替或部分代替沖洗液，冷卻鉆頭和吹洗鉆孔把巖屑攜帶常年永凍層、鉆孔多層漏水層用水鉆進較困難地區(qū)，采用空氣鉆進可以提高鉆進效率、降低鉆探成本，鉆進中不用停鉆待水，增加了純鉆進時間，縮短施工周期?？諝忏@進可分為：干空氣鉆進、泡沫鉆進、充氣泥漿鉆進等方法。

二、多工藝空氣鉆進技術(shù)的應用實例研究

在具體施工中空氣鉆進的各種方法是相互結(jié)合使用的，根據(jù)設(shè)備情況、地層情況、施工不同階段、孔內(nèi)情況等因素加以靈活的運用。為了更好的闡明多工藝空氣鉆進技術(shù)的技術(shù)特點，本文將結(jié)合實例對其中的一些方法進行總結(jié)。

（一）氣舉反循環(huán)方法應用實例。對某地區(qū)一口井開始采用的是傳統(tǒng)的泥漿正循環(huán)鉆進方法，由于地層復雜，多次出現(xiàn)孔內(nèi)事故，先后報廢兩個孔，在這種情況下，本文決定嘗試應用氣舉反循環(huán)鉆進方法進行施工，并且第一次采用該方法就獲得了成功，成井時間比傳統(tǒng)的鉆進方法縮短了4倍。

1．總體設(shè)計。根據(jù)對該井的初步勘察及以往的資料，針對其第四系卵礫石層厚、水位埋深較淺、卵礫石粒徑一般小于5cm的特點，詳細翻閱了有關(guān)資料，決定采用正循環(huán)泥漿鉆進和氣舉反循環(huán)兩種方法相結(jié)合進行鉆進。具體設(shè)計主要為：使用牙輪鉆頭，設(shè)計孔深150m，0-40m采用正循環(huán)泥漿鉆進，40m到終孔采用氣舉反循環(huán)鉆進。其中正循環(huán)泥漿鉆進主要用于開孔。巖樣芯采取率要求：完整基巖≥70%，風化殼破碎帶平均≥40%。每鉆進30m校正孔深一次，允許誤差0.2；孔斜要求每100m間距內(nèi)≤1o。鉆進過程中要詳細記錄孔內(nèi)水位變化及地層變化情況；孔內(nèi)坍塌掉塊現(xiàn)象；鉆機具運行情況。

2．施工過程。氣舉反循連續(xù)取樣鉆進，配套WF-5/60C空氣壓縮機。高壓空氣從壓縮機排風管排出，經(jīng)穩(wěn)壓罐后進入雙通道水龍頭的環(huán)隙通過雙壁主動鉆桿，雙壁鉆桿的環(huán)隙進入氣水混合室，在混合室內(nèi)與水混合，形成負壓，從而把鉆具中心通道內(nèi)的液體及巖樣排出。鉆具組合：雙通道氣水龍頭+四方108×108雙壁主動鉆桿+正循環(huán)轉(zhuǎn)換接頭+127/76雙壁鉆桿+氣水混合器+變絲接頭+89單壁鉆桿+變絲接頭+鉆挺+變絲接頭+反循環(huán)三牙輪鉆頭。

該井用Ф416mm筒式合金鉆頭開孔，采用正循環(huán)泥漿鉆進，開孔時泥漿較稠，鉆進至40m時，換用氣舉反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進法，先用Ф373mm鑲齒反循環(huán)牙輪鉆頭進行鉆進，鉆進至105.3m，換徑為Ф295mm反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進，孔深145.6m終孔。歷經(jīng)7天，平均時效1.21m/h，最高時效達3.69m/h。鉆孔結(jié)束后，下入Ф325井管成井，進行簡單洗井，經(jīng)抽水試驗，水質(zhì)分析，達到設(shè)計要求，涌水量達1689m3/d，超過設(shè)計要求，水質(zhì)良好。

隨著這口井及以后多口井的成功，效率高、質(zhì)量優(yōu)、成本低的特點逐漸體現(xiàn)出來，不僅提高了市場競爭能力，也為當?shù)氐慕?jīng)濟建設(shè)提供了有力的支援，受到了政府和百姓的高度贊揚。

（二）充氣泥漿鉆進方法應用實例。空氣鉆進技術(shù)分類很多，它可以與正循環(huán)、反循環(huán)、潛孔錘、泡沫劑等相結(jié)合，衍生出很多種方法。在本節(jié)只對應用較多、方便適用的充氣泥漿正循環(huán)鉆進技術(shù)在水源井中的應用進行一下闡述。

1．總體設(shè)計。根據(jù)以前的經(jīng)驗和翻閱的資料，在反循環(huán)鉆機供應不上的情況下，決定采用充氣泥漿鉆進的方法。具體設(shè)計為：設(shè)計孔深120m，采用牙輪鉆頭，充氣泥漿正循環(huán)鉆進至終孔。巖樣芯采取率要求：完整基巖≥70%，風化殼破碎帶平均≥40%，每鉆進30m校正孔深一次，允許誤差0.2%；孔斜要求每100m間距內(nèi)≤2o。開孔和鉆進不穩(wěn)地層時，要根據(jù)情況及時調(diào)整泥漿稠度，防止坍塌。鉆進過程中要詳細記錄孔內(nèi)水位變化及地層變化情況。鉆孔結(jié)束后進行測井，要求用聯(lián)合洗井法進行洗井，達到水清砂凈。水凈后，要求二次降深抽水試驗，大、小降深穩(wěn)定時間分別為12h，8h；抽水穩(wěn)定后取全分析水樣一組。

2．施工過程。充氣泥漿正循環(huán)連續(xù)取樣鉆進，配套WF－5/60C壓縮機。高壓空氣從壓縮機排風管排出，經(jīng)穩(wěn)壓罐后進入雙通道水龍頭進入主動鉆桿，與進入的泥漿混合形成穩(wěn)定而均勻的氣泡泥漿，從而降低了泥漿密度，提高了泥漿上返速度，有利于排渣和進尺。鉆具組合：雙通道氣水龍頭+四方108×108主動鉆桿+89單壁鉆桿+變絲接頭+鉆挺+變絲接頭+正循環(huán)三牙輪鉆頭。

該井用Ф416筒式合金鉆頭開孔，采用傳統(tǒng)正循環(huán)鉆進，開孔時泥漿較稠，鉆進至l0m時，換用充氣泥漿正循環(huán)連續(xù)取樣鉆進法，先用Ф373mm鑲齒正循環(huán)牙輪鉆頭進行鉆進，鉆進至106m時，換徑為Ф295mm正循環(huán)連續(xù)取樣鉆進，孔深118.2m終孔。歷經(jīng)16天，平均時效0.4m/h，最高時效達1.69m/h。鉆孔結(jié)束后，下入Ф325井管成井，進行焦磷酸鈉、活塞、空壓機聯(lián)合洗井，經(jīng)抽水試驗，水質(zhì)分析，達到設(shè)計要求，涌水量達1100m3/d，超過設(shè)計要求，水質(zhì)良好。

三、結(jié)論

通過對空氣鉆進方法的應用實例的分析，得出結(jié)論：多種鉆進方法應結(jié)合使用，但要遵循簡單的原則；在研究區(qū)不同地貌單元應采用的鉆進方法；多工藝空氣鉆進方法在卵礫石層中的應用特點；多工藝空氣鉆進方法在鉆進效率及鉆探成本方面的特點等結(jié)論。

參考文獻：

[1]任建軍，泡沫泥漿在宜萬鐵路越江工程地質(zhì)勘察中的應用，探礦工程，2003,(2):27-29.

[2]張海花、李富凰、趙鴻杰，多工藝空氣鉆進聯(lián)合施工工藝及其應用實例，西部探礦工程，2003(7):120-122.

[3]李世新、韋漠等，多工藝空氣鉆進技術(shù)在微細粒型金礦鉆探中的應用，探礦工程，2003，（增刊）：208-210.

[4]耿海燕，低水位條件下實施氣舉反循環(huán)鉆進的方法田，電力勘測，1996(3):30-32.

作者簡介：

陳昌友，男，地質(zhì)工程師，1987年畢業(yè)于安徽理工大學煤田地質(zhì)與勘查專業(yè)，現(xiàn)為安徽省煤田地質(zhì)局二隊工程師，主要從事地質(zhì)、巖土工程施工。