论文部分内容阅读
摘 要：通过工程实例，介绍了近海边松散沙层采用水泥井管作为孔口管的下入方法，结合本人在这个地区多年工作经验，并融合一些适宜钻探工艺。
关键词：水泥井管；孔口管；钻探工艺；成井
1、工程概况
该水井离海边约200m，据众多资料表明，井位周围一带属于海水入侵严重范围，上部含水层变咸，不能开采，下部含水层适宜开采，但止水不好很容易成为报废井。场地地质比较简单，地表往下大致为：0-4m为中砂层；4-10m粗砾砂层，局部夹薄层粘土；再往下主要为粘土层或粗砾砂层交替出现，。水位约为0.8m，与海水齐平，受潮水影响，对施工不利。设计要求：井管为井径300mm 铸铁管，井深72m，出水量大于50m3/h，水质符合当地饮用水标准。采用反循环钻进。
2、主要施工设备
SPC-300H钻机及配套反循环钻杆、砂石泵。钻机自带桅杆，液压起落，搬迁安装方便。另有VY-12空压机、8吨吊车一台、3PN泵一台、90KW发电机组、自制φ450三翼合金钻头。
3、成孔
3.1孔口管（护筒）
因为一开孔就是松散中砂层，颗粒小，没有什么胶结性，在冲洗液的冲刷下很易坍塌。因此，开孔前必须下好护筒，以保护孔口。所采用护筒是市场上采购的水泥井管。规格为：井径1.1m，高度0.5m，壁厚7cm，平底。下水泥井管是在钻机未对孔位之前进行，防止钻机压塌孔口，影响工作。水泥护筒一次性使用，不起拨。下入方法是：在井位处挖一个比水泥井管大的圆坑，尽可能深，然后逐个安放水泥井管，每节井管之间的接合处，用水泥+粘土粉拌成的膏状水泥浆勾出约2cm浆缝以隔绝水由井管接合处进出。每下一节井管后上下找正四周对中，放正放稳后，用人工在井筒内掏挖砂子。边挖，井管边下落，如井管不下落，用圆木稍用力夯一下，即可下落。在护筒里面挖砂，要经常变换位置，以保持筒壁下落均匀。若发现偏斜，可在偏离的相反方向一边多挖，使其下落快一些，即可调正。水位以下采用潜水挖砂，不能用水泵抽干水再挖砂，水泵抽水易涌砂，且水位恢复快。为确保潜水作业安全，此时井内潜水作业人员必须系好安全绳，并在井口专人拉好，密切注意井筒内的异常。在整个下护筒的过程中，现场必须要有专人负责组织和指挥。四个潜水作业人，每半小时轮换一人。挖至6.5m时遇一薄层粘土，不易挖，且井管不再下落。这个深度完全满足反循环钻进所需2米水位差，结合当地实际施工，孔深约4.5米即加第一条钻杆位置最易塌孔，深度6.5m应完全满足施工要求，随即终止护筒下入。孔口护筒周围用砂回填完整，夯实。
3.2 设备安装
孔口管下完毕即可移机对孔，进行设备安装。钻机为车载钻机，为使钻机转盘中心尽量对准护筒中心，先量准转盘中心至后车轮轴尺寸，后轮中心距离，并将这些尺寸放至实际现场，确定钻机移动到位后的位置，并放枕木定位。随后指挥钻机车对孔。因场地松散，现场要准备足够的长方木、木板，用于铺路，安装砂泵等各类设备。钻机安装在长方木上，要周正、平稳，转盘用水平尺调平。
3.3供水方式、沉淀池和循环沟
本水井采用清水钻进，为了保证孔内可靠稳定水位，采用自流供水，即循环水从水池经循环槽（水渠）直接流入孔内。
为了保证正常、顺利地向孔内供水，终孔后，沉淀池内3/4容积被岩屑充填，减少回填工作量。按当地施工经验，沉淀池兼供水池用，其容积为钻孔体积的1.2~1.5倍即可。钻孔按孔径500mm，孔深73m计，沉淀池体积20m3 即可够用。池的规格按施工场地条件挖好，并铺入聚乙烯彩条布，彩条布大小要紧压池底池壁后高出地面，并在池内和地面用沙包压紧彩条布。这样，水池灌满水不会产生渗漏，池不坍。
因为循环沟上工作人员活动频繁，且水流速快，必须用砖砌两侧立面，沟底用砂浆硬底化，完成后的循环沟横截面尺寸为宽×高为40cm×60cm可满足自流水要求。循环沟与孔口管、沉淀池交接处，必须用砂浆连接密实，防止渗漏。
3.4 钻进参数
3.4.1转速施工的主要地层为粘土层或砂层，转速以不蹩车、岩屑排出正常为合适。按多年施工经验，粘土层多选用转盘二档转速，砂层则选用转盘一档转速。必要时通过控制柴油机油门大小控制柴油机转速，达到小范围调大调小转盘转速。三档转速很少用，因为采用该档转速时，转盘晃动大，响声也大，钻杆呈圆锥面运动，成孔愈深，超径越大，很易造成坍孔，加大鉆具磨损。故很少用。转盘正转参数如下表1：
表 1
档次 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
转速（rpm） 52 78 123
扭矩（牛米） 4130 2750 1750
3.4.2 钻压钻压靠钻杆与钻头自身重量，浅孔钻进时基本可以满足钻进要求。深孔时须减压钻进。压力的大小根据实际施工予以调整：
对于砂层，钻头在砂层内孔底工作时，极少有碎岩过程。钻头的转动，只是破坏砂层原有结构，使其各组成颗粒变得松散，并集中至钻头吸水喉管，借助冲洗液、砂泵吸至地面。只要砂泵排水正常，可全压钻进；对于粘土层，则不同，粘土有软有硬，相同的压力，钻头入土量不同。粘性不同，吸至地面的难易度也不同．总的来说，钻压大，钻头入土深，单位时间内切削岩屑多，水口容易被堵，砂泵吸水不畅，易糊钻头，甚至砂泵不上水。需要正循环灌水疏通，甚至起钻疏通。钻压小，钻头入土量小，钻头悬吊空磨，泥浆易变稠，钻进效率低。按当地多年施工经验，钻头刮出的岩屑厚1~2cm长条状可认为钻压较合理。
3.4.3泵量 砂泵与钻具配套，正常钻进时泵量不可改变。所以，钻进过程中，钻压、转速合理搭配，经常观察排渣口的排渣情况及返水量大小。如果发现水量减小时，应及时提动钻具，减小钻压，控制进尺或停止钻进。待排水量正常再续钻进。
4、成井
4.1 下管
钻孔结束后，按成孔所取得地层资料，配三条圆孔滤水管共12米。滤管底部为实管并封闭底部作沉淀管。滤水管上部至地面全部为实管。滤水管包以尼龙丝网。井管采用机械提吊安装方法，提吊井管工具有：夹板、提引器、异径接头等。每往井内安放一根井管，一边慢慢放一边慢慢对丝扣。上扣后，用猫头拉麻绳办法上丝扣，最后用链钳紧固即可。下管时按配好顺序的管顺次而下，滤水管一定对准所开采的含水层以免影响水量、水质。下完管后，将井管置于孔正中央，以利填砾质量。
4.2填砾和止水
填砾所用砾料为已过筛的规格砾，当地俗称“砂头”，这种砂均匀，杂质少，渗透性好。填砾时，开始时速度不宜太快，并向井管四周进行填砾，待井管内出现返水后再加快填砾速度。当井管口无返水时，用测绳校核深度无误后，即可下粘土止水。粘土采用当地干粘土（又称高岭土）敲碎成2-3cm大小碎块，一铲一铲地往井管四周填，速度不宜太快。粘土太小下入孔内易成浆，下不到位。止水位置为滤管顶部至地面。
4.3 洗井
洗井设备工具为：VY-12空压机、25mm风管，填完砾立即下风管洗井，以免停留时间过长，增加洗井难度。该井采用空压机开开停停办法，约半小时就达水清砂净，水量稳定，用测绳检测井底无沉渣。
5、结束语
孔口管是本工程顺利钻进关键。一开始，由于估计不足，所采用钢护筒材料不够，下入深度不足，正循环灌水时水流大，将护筒周围粘土冲散，冲成浆。而反循环开钻时，孔浅孔内水量偏少，砂泵一抽，水位下降较快，护筒周围粘土随孔壁抽空而落入孔内而被吸走，护筒悬空而歪倒一侧。同时孔内的水向四周渗漏，地势低处可看见水流出，无法加杆再钻进。后来，考虑两种方案下护筒：一种是用泥浆护壁成孔后再下护筒，这种方法，如果下钢护筒，当地不易购到，不易加工。如下水泥护筒，不易保证内壁上下一致；另一种是人工潜水挖砂下护筒。在经济成本、时间对比，二者差别不是很大，后者稍大但易于洗井。最后采用后者。下完护筒后，钻进顺利，确保了合同的顺利实施。同时，潜水挖砂下入水泥护筒的方法为近海边松散砂层钻探施工提供了一种实用而有效的办法。
关键词：水泥井管；孔口管；钻探工艺；成井
1、工程概况
该水井离海边约200m，据众多资料表明，井位周围一带属于海水入侵严重范围，上部含水层变咸，不能开采，下部含水层适宜开采，但止水不好很容易成为报废井。场地地质比较简单，地表往下大致为：0-4m为中砂层；4-10m粗砾砂层，局部夹薄层粘土；再往下主要为粘土层或粗砾砂层交替出现，。水位约为0.8m，与海水齐平，受潮水影响，对施工不利。设计要求：井管为井径300mm 铸铁管，井深72m，出水量大于50m3/h，水质符合当地饮用水标准。采用反循环钻进。
2、主要施工设备
SPC-300H钻机及配套反循环钻杆、砂石泵。钻机自带桅杆，液压起落，搬迁安装方便。另有VY-12空压机、8吨吊车一台、3PN泵一台、90KW发电机组、自制φ450三翼合金钻头。
3、成孔
3.1孔口管（护筒）
因为一开孔就是松散中砂层，颗粒小，没有什么胶结性，在冲洗液的冲刷下很易坍塌。因此，开孔前必须下好护筒，以保护孔口。所采用护筒是市场上采购的水泥井管。规格为：井径1.1m，高度0.5m，壁厚7cm，平底。下水泥井管是在钻机未对孔位之前进行，防止钻机压塌孔口，影响工作。水泥护筒一次性使用，不起拨。下入方法是：在井位处挖一个比水泥井管大的圆坑，尽可能深，然后逐个安放水泥井管，每节井管之间的接合处，用水泥+粘土粉拌成的膏状水泥浆勾出约2cm浆缝以隔绝水由井管接合处进出。每下一节井管后上下找正四周对中，放正放稳后，用人工在井筒内掏挖砂子。边挖，井管边下落，如井管不下落，用圆木稍用力夯一下，即可下落。在护筒里面挖砂，要经常变换位置，以保持筒壁下落均匀。若发现偏斜，可在偏离的相反方向一边多挖，使其下落快一些，即可调正。水位以下采用潜水挖砂，不能用水泵抽干水再挖砂，水泵抽水易涌砂，且水位恢复快。为确保潜水作业安全，此时井内潜水作业人员必须系好安全绳，并在井口专人拉好，密切注意井筒内的异常。在整个下护筒的过程中，现场必须要有专人负责组织和指挥。四个潜水作业人，每半小时轮换一人。挖至6.5m时遇一薄层粘土，不易挖，且井管不再下落。这个深度完全满足反循环钻进所需2米水位差，结合当地实际施工，孔深约4.5米即加第一条钻杆位置最易塌孔，深度6.5m应完全满足施工要求，随即终止护筒下入。孔口护筒周围用砂回填完整，夯实。
3.2 设备安装
孔口管下完毕即可移机对孔，进行设备安装。钻机为车载钻机，为使钻机转盘中心尽量对准护筒中心，先量准转盘中心至后车轮轴尺寸，后轮中心距离，并将这些尺寸放至实际现场，确定钻机移动到位后的位置，并放枕木定位。随后指挥钻机车对孔。因场地松散，现场要准备足够的长方木、木板，用于铺路，安装砂泵等各类设备。钻机安装在长方木上，要周正、平稳，转盘用水平尺调平。
3.3供水方式、沉淀池和循环沟
本水井采用清水钻进，为了保证孔内可靠稳定水位，采用自流供水，即循环水从水池经循环槽（水渠）直接流入孔内。
为了保证正常、顺利地向孔内供水，终孔后，沉淀池内3/4容积被岩屑充填，减少回填工作量。按当地施工经验，沉淀池兼供水池用，其容积为钻孔体积的1.2~1.5倍即可。钻孔按孔径500mm，孔深73m计，沉淀池体积20m3 即可够用。池的规格按施工场地条件挖好，并铺入聚乙烯彩条布，彩条布大小要紧压池底池壁后高出地面，并在池内和地面用沙包压紧彩条布。这样，水池灌满水不会产生渗漏，池不坍。
因为循环沟上工作人员活动频繁，且水流速快，必须用砖砌两侧立面，沟底用砂浆硬底化，完成后的循环沟横截面尺寸为宽×高为40cm×60cm可满足自流水要求。循环沟与孔口管、沉淀池交接处，必须用砂浆连接密实，防止渗漏。
3.4 钻进参数
3.4.1转速施工的主要地层为粘土层或砂层，转速以不蹩车、岩屑排出正常为合适。按多年施工经验，粘土层多选用转盘二档转速，砂层则选用转盘一档转速。必要时通过控制柴油机油门大小控制柴油机转速，达到小范围调大调小转盘转速。三档转速很少用，因为采用该档转速时，转盘晃动大，响声也大，钻杆呈圆锥面运动，成孔愈深，超径越大，很易造成坍孔，加大鉆具磨损。故很少用。转盘正转参数如下表1：
表 1
档次 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
转速（rpm） 52 78 123
扭矩（牛米） 4130 2750 1750
3.4.2 钻压钻压靠钻杆与钻头自身重量，浅孔钻进时基本可以满足钻进要求。深孔时须减压钻进。压力的大小根据实际施工予以调整：
对于砂层，钻头在砂层内孔底工作时，极少有碎岩过程。钻头的转动，只是破坏砂层原有结构，使其各组成颗粒变得松散，并集中至钻头吸水喉管，借助冲洗液、砂泵吸至地面。只要砂泵排水正常，可全压钻进；对于粘土层，则不同，粘土有软有硬，相同的压力，钻头入土量不同。粘性不同，吸至地面的难易度也不同．总的来说，钻压大，钻头入土深，单位时间内切削岩屑多，水口容易被堵，砂泵吸水不畅，易糊钻头，甚至砂泵不上水。需要正循环灌水疏通，甚至起钻疏通。钻压小，钻头入土量小，钻头悬吊空磨，泥浆易变稠，钻进效率低。按当地多年施工经验，钻头刮出的岩屑厚1~2cm长条状可认为钻压较合理。
3.4.3泵量 砂泵与钻具配套，正常钻进时泵量不可改变。所以，钻进过程中，钻压、转速合理搭配，经常观察排渣口的排渣情况及返水量大小。如果发现水量减小时，应及时提动钻具，减小钻压，控制进尺或停止钻进。待排水量正常再续钻进。
4、成井
4.1 下管
钻孔结束后，按成孔所取得地层资料，配三条圆孔滤水管共12米。滤管底部为实管并封闭底部作沉淀管。滤水管上部至地面全部为实管。滤水管包以尼龙丝网。井管采用机械提吊安装方法，提吊井管工具有：夹板、提引器、异径接头等。每往井内安放一根井管，一边慢慢放一边慢慢对丝扣。上扣后，用猫头拉麻绳办法上丝扣，最后用链钳紧固即可。下管时按配好顺序的管顺次而下，滤水管一定对准所开采的含水层以免影响水量、水质。下完管后，将井管置于孔正中央，以利填砾质量。
4.2填砾和止水
填砾所用砾料为已过筛的规格砾，当地俗称“砂头”，这种砂均匀，杂质少，渗透性好。填砾时，开始时速度不宜太快，并向井管四周进行填砾，待井管内出现返水后再加快填砾速度。当井管口无返水时，用测绳校核深度无误后，即可下粘土止水。粘土采用当地干粘土（又称高岭土）敲碎成2-3cm大小碎块，一铲一铲地往井管四周填，速度不宜太快。粘土太小下入孔内易成浆，下不到位。止水位置为滤管顶部至地面。
4.3 洗井
洗井设备工具为：VY-12空压机、25mm风管，填完砾立即下风管洗井，以免停留时间过长，增加洗井难度。该井采用空压机开开停停办法，约半小时就达水清砂净，水量稳定，用测绳检测井底无沉渣。
5、结束语
孔口管是本工程顺利钻进关键。一开始，由于估计不足，所采用钢护筒材料不够，下入深度不足，正循环灌水时水流大，将护筒周围粘土冲散，冲成浆。而反循环开钻时，孔浅孔内水量偏少，砂泵一抽，水位下降较快，护筒周围粘土随孔壁抽空而落入孔内而被吸走，护筒悬空而歪倒一侧。同时孔内的水向四周渗漏，地势低处可看见水流出，无法加杆再钻进。后来，考虑两种方案下护筒：一种是用泥浆护壁成孔后再下护筒，这种方法，如果下钢护筒，当地不易购到，不易加工。如下水泥护筒，不易保证内壁上下一致；另一种是人工潜水挖砂下护筒。在经济成本、时间对比，二者差别不是很大，后者稍大但易于洗井。最后采用后者。下完护筒后，钻进顺利，确保了合同的顺利实施。同时，潜水挖砂下入水泥护筒的方法为近海边松散砂层钻探施工提供了一种实用而有效的办法。