礦區(qū)水文勘探鉆孔施工技術(shù)及關(guān)鍵

楊世華

摘要：我國(guó)地域遼闊且礦產(chǎn)資源豐富，在進(jìn)行礦產(chǎn)資源開采的過程中，需要面對(duì)各種水文以及勘探狀況，對(duì)水文勘探鉆孔施工技術(shù)的要求較高，在這種情況下，本文從水文勘探鉆孔井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、水文孔鉆進(jìn)施工工藝以及洗井等角度展開了研究。

關(guān)鍵詞：礦區(qū)；水文勘探鉆孔；施工技術(shù)；關(guān)鍵

前言：在開展礦產(chǎn)資源開發(fā)的過程中，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)情況進(jìn)行充分的了解，因此水文勘探鉆孔施工技術(shù)在礦區(qū)工作中具有重要意義。鉆井施工在水文地質(zhì)中的應(yīng)用，是水文地質(zhì)勘探的重要環(huán)節(jié)。然而較多的工序存在于鉆孔施工當(dāng)中，必須認(rèn)真對(duì)待每一環(huán)節(jié)，促使真實(shí)性在抽水資料中得以充分的體現(xiàn)。

一、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

孔身結(jié)構(gòu)在水文地質(zhì)鉆孔當(dāng)中由三部分組成，分別為博涵開孔和中孔的孔徑、孔深以及井管直徑。在對(duì)鉆孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，井管、出水量的預(yù)計(jì)值以及鉆孔的類型等因素不容忽視?，F(xiàn)階段，我國(guó)在礦區(qū)施工過程中，主要的水文勘探鉆孔類型包含長(zhǎng)期觀測(cè)孔以及水文地質(zhì)勘探孔，其應(yīng)用過程中必須對(duì)技術(shù)套管進(jìn)行應(yīng)用，從而提升井壁的安全性。

在設(shè)計(jì)水文勘探鉆孔的過程中，通常應(yīng)遵循以下原則：對(duì)含水層進(jìn)行有效的保護(hù)，防止污染現(xiàn)象的發(fā)生，嚴(yán)禁復(fù)雜的鉆孔產(chǎn)生，盡量縮短施工的時(shí)間，在對(duì)孔徑以及深度進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，通常需要自下而上進(jìn)行，簡(jiǎn)單的井身結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。

一方面，確定孔深。在這一過程中，應(yīng)綜合考慮多種因素，如地址條件、現(xiàn)階段擁有的鉆探技術(shù)水平以及鉆孔希望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)等，更主要的是對(duì)沉淀管的長(zhǎng)度進(jìn)行確定，防止淤塞現(xiàn)象在鉆孔工作段的產(chǎn)生。

另一方面，確定孔徑。影響孔徑大小的因素較多，通常包含鉆孔出水量、抽水設(shè)備以及鉆孔結(jié)構(gòu)等。如果鉆孔擁有相對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，對(duì)終孔直徑的確定是孔徑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，并在掌握變徑大小以及次數(shù)的過程中，將鉆孔開孔直徑的推定自下而上進(jìn)行。而終孔直徑的尺寸應(yīng)當(dāng)根據(jù)過濾器大小、抽水設(shè)備種類以及鉆孔出水量等因素來進(jìn)行確定。

二、水文孔鉆進(jìn)施工工藝

（一）鉆進(jìn)工藝特點(diǎn)。在對(duì)鉆進(jìn)工藝進(jìn)行應(yīng)用的過程中，應(yīng)充分考慮礦區(qū)含水層以及地下水的特點(diǎn)，在對(duì)水文孔鉆探工藝進(jìn)行應(yīng)用的過程中，其呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：首先，對(duì)較大直徑的套管進(jìn)行應(yīng)用，與此同時(shí)，其也擁有較大的孔徑。在面對(duì)鉆孔不同的類型過程中，也應(yīng)當(dāng)擁有不同的套管壁厚，通常情況下?lián)碛休^大壁厚的孔套管為長(zhǎng)觀型：其次，將合金應(yīng)用于鉆頭的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，其應(yīng)當(dāng)具有片狀較多、切削具少以及較大的水口等特點(diǎn)。在提升沖洗液流通效果的過程中，應(yīng)對(duì)外肋骨鉆頭進(jìn)行應(yīng)用；最后，通常情況下，110mm應(yīng)當(dāng)是鉆頭的外直徑大小，在對(duì)扭矩增大的過程中，應(yīng)促使鉆桿中沖洗液流動(dòng)的阻力降低。

（二）取芯鉆進(jìn)和不取芯鉆進(jìn)。在對(duì)新地層進(jìn)行取芯鉆進(jìn)的過程中，通常應(yīng)對(duì)外肋骨取芯鉆頭進(jìn)行應(yīng)用，而六翼擴(kuò)鉆頭以及三翼鉆頭應(yīng)當(dāng)是不取芯鉆進(jìn)過程中主要應(yīng)用的鉆頭，環(huán)狀取芯鉆頭是基巖取芯段施工過程中應(yīng)當(dāng)使用的鉆頭，而不取芯段的鉆進(jìn)基巖施工過程中，應(yīng)對(duì)牙輪鉆頭鉆進(jìn)進(jìn)行應(yīng)用。

（三）擴(kuò)孔鉆進(jìn)。在成井的過程中應(yīng)用擴(kuò)井鉆，必須對(duì)小直徑的取芯鉆進(jìn)進(jìn)行應(yīng)用，在擴(kuò)孔成井的過程中應(yīng)對(duì)大直徑的取芯鉆進(jìn)進(jìn)行應(yīng)用。該方法應(yīng)用過程中，通常包含以下情況：

首先，一徑成井在設(shè)計(jì)能力的約束下無法實(shí)現(xiàn)，因此需要實(shí)施逐級(jí)擴(kuò)成井。如果施工過程中擁有較大的巖石破碎量，較小功率的鉆機(jī)是無法滿足施工要求的，而在對(duì)較多的巖屑進(jìn)行排除的過程中，較小的泵量也無法滿足施工要求，在這種情況下應(yīng)實(shí)施逐級(jí)擴(kuò)孔。

其次，如果礦區(qū)擁有較多的含水層，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行分層的觀測(cè)，在適應(yīng)水文地質(zhì)需求的過程中，通常需要對(duì)擴(kuò)孔鉆進(jìn)進(jìn)行應(yīng)用。

再次，一次性成孔不可以在地層中實(shí)現(xiàn)，在施工過程中，必須對(duì)小眼進(jìn)行提前打出，接下來在進(jìn)行逐級(jí)成孔的工作。在大量是實(shí)踐過程中可以發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行擴(kuò)孔鉆進(jìn)的過程中，應(yīng)注重兩方面內(nèi)容，一方面在對(duì)擴(kuò)孔級(jí)差進(jìn)行確定的過程中，應(yīng)充分考慮井徑和設(shè)備的能力因素；另一方面，在選取鉆頭類型的過程中應(yīng)以地層特點(diǎn)作為基礎(chǔ)。

在進(jìn)行粘土層擴(kuò)孔施工的過程中，較大的阻力產(chǎn)生于回轉(zhuǎn)當(dāng)中，因此成井時(shí)可以對(duì)分級(jí)擴(kuò)孔手段進(jìn)行應(yīng)用。該層擴(kuò)孔的過程中將會(huì)產(chǎn)生較高的造漿率，在面對(duì)縮徑地層的過程中，必須對(duì)擁有較高質(zhì)量的泥漿進(jìn)行應(yīng)用。而在選取和應(yīng)用鉆頭的過程中，應(yīng)以多肋骨鉆頭和六翼鉆頭為主。

三、洗井

在連接含水層的過程中對(duì)濾水管進(jìn)行應(yīng)用，促使水在二者之間進(jìn)行反復(fù)流動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)含水層進(jìn)行清洗的目的。在洗井過程中，可以通過以下形式開展。

（一）化學(xué)劑的應(yīng)用。在對(duì)泥漿粘結(jié)性進(jìn)行破壞的過程中可以對(duì)化學(xué)溶液進(jìn)行應(yīng)用，同時(shí)減輕泥漿洗井壁巖石的能力。通常情況下，這一溶液為焦磷酸鈉，鉆桿是化學(xué)劑進(jìn)入井內(nèi)的媒介，保證其在內(nèi)部真空的條件下實(shí)現(xiàn)二十四小時(shí)的均勻循環(huán)，在此基礎(chǔ)上開展洗井工作能夠提升工作效率。

（二）活塞洗井。在鉆桿上安裝活塞，保證鉆桿到達(dá)一定深度，在對(duì)鉆具進(jìn)行上下活動(dòng)的過程中需要對(duì)升降機(jī)進(jìn)行利用，而上下反復(fù)運(yùn)動(dòng)應(yīng)在產(chǎn)生于套管中的鉆桿活塞當(dāng)中，在構(gòu)成一定負(fù)壓以后，在含水層以為的泥皮將被破壞，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)含水層進(jìn)行疏通的目的，最終實(shí)現(xiàn)洗井。不同的含水層都可以應(yīng)用活塞進(jìn)行洗井，該技術(shù)的有效應(yīng)用不需要考慮含水層中的數(shù)量多少，應(yīng)用中都能夠產(chǎn)生良好的效果。如果含水層中包含大量的砂巖以及灰?guī)r，最簡(jiǎn)便的洗井方法就是活塞洗井。

（三）高壓射流洗井。這一方法在使用過程中，洗井主要是在井壁中進(jìn)行大量的噴水，噴嘴將大量的高壓水噴出以后，可以促使漩渦移動(dòng)在濾水管以外的砂層顆粒中產(chǎn)生，是實(shí)現(xiàn)洗井目的的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該洗井方式在應(yīng)用過程中，通常被作為一種輔助的程序，用于為其他洗井方式奠定良好的基礎(chǔ)。其單獨(dú)應(yīng)用的過程中，洗井的效果及質(zhì)量相對(duì)較低。

（四）液態(tài)二氧化碳洗井。并聯(lián)多瓶的二氧化碳，并聯(lián)中需要對(duì)高壓軟管進(jìn)行應(yīng)用，將鉆桿深入到孔內(nèi)當(dāng)中，其深度應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)井內(nèi)的中下部，連接液態(tài)二氧化碳管以及孔口鉆桿，在將液態(tài)二氧化碳向井下壓入的過程中，需要將閥門開啟，同時(shí)以最快的速度進(jìn)行氣化促使井噴形成，從而確保井內(nèi)大量的泥沙可以在較大的沖擊下向井外噴出，而這一過程中，井內(nèi)將產(chǎn)生瞬時(shí)真空狀況，而堵塞物在井壁周邊的含水層當(dāng)中將在水流的帶動(dòng)下向井內(nèi)流入。在對(duì)液態(tài)二氧化碳進(jìn)行應(yīng)用的過程中，其可能形成7MPa的壓力，因此在井內(nèi)中的鉆桿應(yīng)當(dāng)小于700m的深度，如果深度較大將導(dǎo)致井噴無法形成，更無法提升洗井的質(zhì)量。值得注意的是，在對(duì)液態(tài)二氧化碳洗井方法進(jìn)行利用的過程中，其只能應(yīng)用于大于700m深度的含水層當(dāng)中。結(jié)論：綜上所述，我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，在積極進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)的過程中，提升礦產(chǎn)資源的開發(fā)力度、充分利用資源勢(shì)在必行。在礦產(chǎn)開發(fā)的過程中，對(duì)水文的勘探至關(guān)重要，現(xiàn)階段我國(guó)主要應(yīng)用于水文勘探的技術(shù)為鉆孔施工技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用過程中包含多個(gè)環(huán)節(jié)，本文從井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、水文孔鉆進(jìn)施工工藝以及洗井等角度展開了探討，希望對(duì)于提升我國(guó)礦區(qū)水文勘探起到促進(jìn)作用。