水文水井钻探技术现状及钻探新技术的应用

  摘要:本文对我国目前水文水井钻探技术现状进行了分析,对优质高效钻探新技术进行了综述,特别是多工艺空气钻探技术,多介质反循环钻探技术,绳索取心钻探技术,液动锤钻探技术,受控定向分枝孔钻探技术等,并对其应用情况进行了归纳总结,分析展望了上述新技术在地下水勘查与开发中广阔的应用前景.

 

  关键词: 水文水井 空气钻探 反循环钻探 液动锤 定向分枝孔

 

  我国人均水资源量仅为世界平均水平的1/4.目前,全国660多个建制市中,有330个不同程度的缺水,其中严重缺水的108个,32个百万人口以上的大城市中,有30个长期受缺水的困扰.可见,我国是水资源贫乏的国家,不仅在许多地区已成为经济发展的"瓶颈",而且成为直接威胁人类生存的大问题.因此,合理勘探开发地下水资源具有十分重要的经济意义和深远的社会意义.

 

  一、水文水井钻探技术的现状

 

  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.

 

  建国以来,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.   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.

 

  o 循环介质  水基,气基介质并存,可共选择余地大.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共选择的主要介质如下:

 

  水基钻井液:清水,普通泥浆,加重泥浆,无固相泥浆,饱和盐水,各种乳胶液以及润滑钻井液等.

 

  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三种:正循环钻进,反循环钻进(气举,双壁管),正反循环(混合)钻进等.

 

  o 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. 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50~70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80~90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,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.

 

  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.