車載鉆井機(jī)鉆井工藝配套

呂光輝，張建華，羅禮輝，敖春來

（1.中國人民解放軍68612部隊(duì)，寧夏銀川750021；2.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊(duì)，陜西西安710003）

車載鉆井機(jī)鉆井工藝配套

呂光輝*1，張建華2，羅禮輝1，敖春來1

（1.中國人民解放軍68612部隊(duì)，寧夏銀川750021；2.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊(duì)，陜西西安710003）

根據(jù)我軍給水部隊(duì)給水工程裝備現(xiàn)狀和水文水井鉆探發(fā)展，探求給水裝備鉆井新工藝配套，介紹了工藝現(xiàn)狀、配套要求、工藝配套及優(yōu)化、生產(chǎn)試驗(yàn)情況等。

給水工程；鉆井工藝配套；潛孔錘；氣舉反循環(huán)

1 工藝現(xiàn)狀

隨著地下水資源的日益緊缺，我部作為西北地區(qū)主要給水部隊(duì)，不僅承擔(dān)著戰(zhàn)時(shí)野戰(zhàn)給水工程保障任務(wù)，而且在西部大開發(fā)之際也經(jīng)常為當(dāng)?shù)卮迕裾宜蚓г胤浇?jīng)濟(jì)建設(shè)，近年來還擔(dān)負(fù)了礦難救援等搶險(xiǎn)救災(zāi)任務(wù)。

多年以來，給水部隊(duì)一直都沿用單一的泥漿正循環(huán)傳統(tǒng)鉆井工藝，平均200m深度單井成井時(shí)間在1個(gè)月左右。不僅鉆進(jìn)效率低，施工成本高，而且浪費(fèi)大量的鉆井設(shè)備資源。造成鉆井工藝不能很好地與鉆井機(jī)配套，單一鉆井工藝不適應(yīng)多種復(fù)雜地質(zhì)條件鉆進(jìn)，低下的鉆井效率不能滿足部隊(duì)現(xiàn)有使命任務(wù)等多方面矛盾。

因此，改進(jìn)現(xiàn)有國產(chǎn)鉆井裝備的工藝技術(shù)，加強(qiáng)工藝配套，使之充分發(fā)揮鉆井機(jī)裝備能力，適應(yīng)多種復(fù)雜地質(zhì)條件和工況，提高鉆井施工效率，不僅可拓展鉆井機(jī)裝備性能，發(fā)揮先進(jìn)給水裝備優(yōu)勢，提高給水部隊(duì)快速構(gòu)筑管井給水站的能力，也是新時(shí)期下給水部隊(duì)使命任務(wù)發(fā)展的必然要求。

2 工藝配套要求

經(jīng)調(diào)研論證，結(jié)合西北地區(qū)地質(zhì)條件特點(diǎn)和水文水井鉆井裝備實(shí)際，鉆井工藝配套應(yīng)滿足如下要求：

（1）與現(xiàn)有鉆井機(jī)設(shè)備融合配套。

（2）增加氣舉反循環(huán)鉆井工藝，滿足第四系破碎地層鉆進(jìn)。

（3）增加空氣潛孔錘鉆井工藝，滿足基巖地層鉆進(jìn)。

（4）在原有鉆機(jī)泥漿正循環(huán)鉆井工藝基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多種鉆井工藝無障礙交替。

因此工藝配套應(yīng)依托現(xiàn)有車載鉆機(jī)，在保持原有泥漿正循環(huán)鉆深的基礎(chǔ)上，增加氣舉反循環(huán)、空氣潛孔錘等鉆井工藝技術(shù)，使其成為可采用泥漿或空氣為鉆井循環(huán)介質(zhì)，進(jìn)行刮刀鉆頭、牙輪鉆頭和潛孔錘鉆進(jìn)的多功能水井鉆機(jī)。

3 工藝配套及優(yōu)化

3.1 工藝配套

（1）泥漿正循環(huán)工藝。泥漿正循環(huán)工藝作為傳統(tǒng)的鉆井工藝技術(shù)具有通用、安全、穩(wěn)定的特點(diǎn)，在任何地層都可以使用。尤其是鉆井開孔初期，都要用泥漿正循環(huán)鉆井工藝，因此，泥漿正循環(huán)是其他2種鉆井工藝的基礎(chǔ)和前提。

鉆進(jìn)施工時(shí)沿用原來泥漿正循環(huán)時(shí)的配套鉆具。

（2）氣舉反循環(huán)工藝。該鉆井工藝適應(yīng)第四系破碎地層鉆進(jìn)，由于沖洗液慢進(jìn)快出，其上返速度高出正循環(huán)10～50倍，排渣速度快，鉆井效率高，而且沖洗液對孔壁沖擊小，井徑規(guī)則，井底干凈，出水量大，成井時(shí)間短。據(jù)統(tǒng)計(jì)洗井時(shí)間可縮短1/2，出水量平均增加1/3，優(yōu)質(zhì)孔率為100%，綜合成本僅為泥漿正循環(huán)的1/2。

工藝配套時(shí)采用適合于轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)使用的雙壁鉆桿。淺孔鉆進(jìn)時(shí)，可直接加雙壁鉆桿，減少了鉆具的安裝拆卸時(shí)間和工作量（與單壁鉆桿相比，不需要提出風(fēng)管），而且可與原鉆機(jī)?89mm鉆桿配套。但由于雙壁鉆桿較重，受鉆機(jī)提升能力限制，鉆進(jìn)效率和深度成反比，固這種方法較適用于100～200m的淺井施工中。其余配套設(shè)備見表1。

（3）空氣潛孔錘工藝。該工藝特別適合鉆進(jìn)基巖地層，如用氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)石灰?guī)r鉆速可達(dá)每小時(shí)20～40m，花崗巖地層可達(dá)每小時(shí)8～16m，而用泥漿正循環(huán)鉆進(jìn)石灰?guī)r地層每小時(shí)0.5～1m，花崗巖地層每小時(shí)0.05～0.1m。由于空氣和泡沫鉆進(jìn)不會(huì)在井壁形成泥皮，堵塞含水層，有利于增大出水量，同時(shí)該工藝使用的循環(huán)介質(zhì)是空氣，適合在干旱缺水地區(qū)使用，能大大降低施工成本。氣舉反循環(huán)及空氣潛孔錘工藝與泥漿正循環(huán)工藝相比，除能夠有效提高工程速度外，還具有減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、降低施工成本、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。

表1 氣舉反循環(huán)工藝配套

空氣潛孔錘工藝配套見表2。

表2 空氣潛孔錘工藝配套

3.2 配套優(yōu)化

（1）氣水兩用水龍頭的安裝。在用一眼井鉆井施工中由于地層變化可能用到泥漿正循環(huán)、氣舉反循環(huán)、空氣潛孔錘等多種鉆井工藝，氣舉反循環(huán)及空氣潛孔錘只是對傳統(tǒng)的泥漿正循環(huán)鉆井工藝的有效發(fā)展和補(bǔ)充，其使用必須以不影響傳統(tǒng)的泥漿正循環(huán)鉆進(jìn)為前提，因此使用氣舉反循環(huán)鉆井時(shí)氣水兩用水龍頭的安裝、拆卸必須方便快捷。因此，我們參照正循環(huán)水龍頭導(dǎo)正及加壓機(jī)構(gòu)尺寸重新加工一個(gè)氣水龍頭導(dǎo)正及加壓機(jī)構(gòu)，將氣水龍頭與導(dǎo)正及加壓機(jī)構(gòu)預(yù)先組裝完畢，一旦需要采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)，則直接更換氣水兩用水龍頭即可，使正反循環(huán)鉆井工藝做到有機(jī)快速結(jié)合。

（2）氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝是通過氣管送入高壓空氣使泥漿沖洗液形成低比重氣液混合物，使雙壁鉆桿內(nèi)外管形成壓力差而攜帶巖屑排出的方法?？諌簷C(jī)的風(fēng)壓有較高要求（壓力至少達(dá)到3～4MPa），對風(fēng)量要求不高（5～10m3/min）。而空氣潛孔錘鉆進(jìn)對風(fēng)壓和風(fēng)量均要求較高。因此為避免資源浪費(fèi)、節(jié)約施工成本，最好避免使用空氣潛孔錘空壓機(jī)，另購大壓力、小排量氣舉反循環(huán)用空壓機(jī)。

4 生產(chǎn)試驗(yàn)情況

2011年，我部完成鉆井工藝優(yōu)化配套，同年2月奉命赴山東執(zhí)行抗旱打井任務(wù)，出動(dòng)SPC-300鉆機(jī)和SPC-600鉆機(jī)各一臺(tái)，采用空氣潛孔錘鉆井工藝?yán)塾?jì)成井30眼，成井質(zhì)量好，井眼規(guī)則，孔內(nèi)干凈，單井日出水量達(dá)1200余立方米，解決了67萬農(nóng)村人口飲水和4.7萬畝農(nóng)田灌溉用水難題。該工藝平均鉆速達(dá)10m/臺(tái)時(shí)，鉆進(jìn)效率是泥漿正循環(huán)的5倍，累計(jì)節(jié)約抗旱成本24萬余元。

2011年2月至6月河南春旱期間，我部采用了氣舉反循環(huán)鉆井工藝?yán)塾?jì)成井51眼，單井日出水量達(dá)700余立方米，解決了該地區(qū)115萬余人生活用水和8萬余畝農(nóng)田灌溉用水難題，在破碎地層中，平均鉆速達(dá)8m/臺(tái)時(shí)。另外采用該工藝對多眼水井進(jìn)行洗井，抽水試驗(yàn)，抽出了井內(nèi)的沉砂，提高了井眼出水量，使即將廢棄的舊井重新煥發(fā)了生機(jī)。

5 結(jié)語

車載鉆井機(jī)鉆井工藝優(yōu)化配套，新增了氣舉反循環(huán)和空氣潛孔錘鉆井工藝，改變了給水部隊(duì)鉆井工藝技術(shù)跟不上給水裝備發(fā)展的不利局面，使鉆井機(jī)能夠應(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)條件下的鉆井要求，較大程度提高給水部隊(duì)找水打井和搶險(xiǎn)救災(zāi)的行動(dòng)效率，同時(shí)為增強(qiáng)野戰(zhàn)給水工程保障能力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，符合新時(shí)期下給水部隊(duì)為軍地多打井、打好井的使命要求。

[1]呂光輝，李巍，張士勇，杜文臣，魏江，郭樹周.干式淺井鉆機(jī)的研制[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2004（5）：43-44.

[2]呂光輝,訾兵,敖春來,何立新.野戰(zhàn)條件下快速洗井抽水裝置的研制[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）,2011（11）：44-47.

[3]盧玉忠,尤克強(qiáng),吳艷,張發(fā)智.水井鉆機(jī)和工程鉆機(jī)的現(xiàn)狀及展望[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）,2004（7）：33-34.

[4]魏碧波.鉆井成井工藝對出水量的影響分析及技術(shù)措施[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）,2013（1）：31-34.

[5]許劉萬,王艷麗,左新明.我國水井鉆探裝備的發(fā)展及應(yīng)用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）,2012（4）：1-7.

TE922

B

1004-5716（2015）05-0051-03

2014-02-09

呂光輝（1971-），男（漢族），山東煙臺(tái)人，工程師，現(xiàn)從事野戰(zhàn)給水及鉆探設(shè)備的研究與開發(fā)工作。