水文水井钻探技术综述

一、水文、水井钻探的目的及分类

为了获得水文地质资料和开发地下水所进行的钻探工作, 称为水文水井钻探。根据钻探的目的, 有些孔为了获取水文地质资料, 这样的钻孔称水文地质孔或水文勘探孔, 简称水文孔。而另一些直径大的井, 目的是为工农业供水, 这样的井叫做供水井。因此, 水文水井钻探可以分为水文钻探和水井钻探。

1. 水文钻探

水文钻探是以查明地下水的埋藏条件, 运动规律, 水质、水量以及水温等水文地质规律为目的的。达到普查、勘探地下水的储量, 为合理的开发利用、保护或补给地下水提供所需的资料。以所处的水文地质勘探阶段、性质的不同, 水文孔又分为以下几类:

(1) 水文地质普查孔 (简称水文地质孔)

主要是获取地层情况, 如地层的岩性、结构、地质构造和含水层的埋藏深度、厚度、性质等。一般用于未进行过水文地质工作的地区。通常采用常规的口径, 进行取心钻探, 满足钻探工程的六项指标——岩心采取率、校正孔深、孔斜、简易水文观测、原始记录和封孔等。

(2) 水文地质勘探孔 (简称勘探孔)

在普查后已初步掌握地层、构造等情况的基础上, 着重了解地下水的水量、水位、水质、水温等情况。为合理开发地下水及正确评价地下水而进行的工作, 这就需要分层观测, 分层抽试, 单、群孔抽水等, 借以达到正确划分含水层的组、段, 地下水流向, 补给关系, 地下水下降漏斗等。

(3) 探采结合孔

在取得水文地质资料的基础上, 为了合理开发地下水, 进一步了解水文地质情况, 同时考虑工农业急需, 将已取得资料的孔 (或取得部分资料) 移交生产部门使用, 作为开发井, 同时在开采生产中进而取得地下水的资料。这样的孔既要满足收集水文地质资料的要求又要满足开采生产对水质、水量、卫生以及永久开采的要求。

2. 水井钻探

为了供水的需要而进行的钻凿管井的钻探工程称水井钻探。水井钻探所形成的孔径大, 因此称井。下井管专为供水的井称供水管井。随着大气水、地表水、地下水的“三水”统管工作的发展, 水井钻探已超出了供水范围, 它与地下水的补给、污水的排除、城市地面沉降与回升等工程联系起来了。

二、水文、水井钻探的特点

1. 地层复杂

水文钻探大多工作在第四纪的卵砾层、砂层、粘土层或基岩裂隙层。这些地层给钻探工作带来的问题是塌坍、漏失和不易取芯等。故称为“复杂地层”, 即发生事故多, 效率低, 钻进和采芯都困难的地层。

2. 钻孔结构复杂

由于要获得分层水文地质资料, 就要求切断各含水层之间的水力联系。因此, 下入套管的层次多;钻孔直径大;止水要求严格;井身结构复杂。

3. 钻进方法多

由于地层复杂, 即使在一个钻孔中, 往往会遇到迥然不同的几种地层, 因此, 使用多种钻进方法。

4. 设备型式多

由于钻进方法多, 要求钻进设备与之相适应。因此, 当前水文地质水井钻探所用的设备类型繁多。

5. 劳动强度大

由于水文地质水井钻探孔径大, 破碎岩屑多;因此, 给钻探工人增加了劳动强度。

三、水文、水井的钻孔结构

1. 水文孔下入孔内套管的类型

下入孔内的套管类型综合起来有五种:孔口管;导向管;开采管;过滤管;技术套管。

2. 水文与水井钻孔结构

水文、水井钻孔结构是高效施工和优质钻进的前提, 也是获取完整的水文地质资料的保证。在相同的地层条件下, 由于钻孔的功用不同, 可以设计出不同的钻孔结构;而一个优良的钻孔结构设计, 可以适应相当范围的地层条件。因此, 钻探技术水平的高低, 也反映在钻孔结构设计上。

(1) 水文地质普查钻孔的结构

水文地质普查钻孔要求全孔取芯, 终孔直径一般为110mm岩芯采取率不低于75%, 直径127mm的套管是做为必要的护孔管。井口管直径146mm的套管或更大。

(2) 水文地质勘探钻孔的结构

水文地质勘探孔主要是获得水文地资料。因此, 钻孔必须进行抽水试验, 要求滤水管直径不小于108 mm。

(3) 探采结合钻孔的结构

探采结合孔其特点是既要满足勘探钻进的要求, 又要考虑成井的需要。探采结合钻孔的滤水管多采用直径146 mm或更大的滤水管。上部井管应根据下入井内的深井泵体直径的要求而定。一般井管直径比深井泵公称尺寸大一级。

(4) 水文地质长期观测钻孔的结构

水文地质长期观测钻孔的任务是在取得水文地质资料后, 要进行长期的监测地下水的活动情况。因此, 水文地质长期观测钻孔要有较好的成井工作, 钻孔结构要设计得合理。

(5) 供水水井的井身结构

供水水井在井径上要求要大一些, 其管外止水密封采用永久性的封固。供水水井由于用户要求不一, 使用的目的也各异, 井管种类繁多。因此, 在设计井身结构时都应加以考虑。

(1) 浅供水井 (浅井) :浅供水井是指深度在60m以内的农田灌溉井。井径一般大于400mm的口径, 井管采用铸铁管、混凝土管等。井身结构多为一径到底。

(2) 中深供水井的结构:当井深超过l00m、小于300m时称中深井。井管以钢管、塑料管和铸铁管居多;井管内径多在200—300 mm。

(3) 深供水井的结构:超过300 m的供水井称深井。多用于城市供水、工业供水和一些浅部地下热水的水井。这种井要求管外严格牢固地密封, 且中间采用多层的技术套管, 结构比较复杂。

(4) 基岩水井的结构:当开发基岩中水时, 必须将上部地表水或第四纪的含水层加以封隔, 以保护基岩中水质和量。

结束语

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葬条件, 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。

摘要：水文水井钻探是探测和开采地下水资源的重要手段之一。近年来, 由于我国工农业生产发展的需要, 大量地开发利用地下水资源, 地下水位逐年下降, 建井越来越深, 成本也随之升高。因此, 建井技术、钻探设备、成井工艺也需要随之提高或更新。

关键词：水文水井钻探

参考文献

[1] 许刘万, 曹福德, 葛和旺.中国水文水井钻探技术及装备应用现状[J].探矿工程.

[2] 许刘万.水文水井钻探工艺及设备发展情况[J].地质与勘探.