泵吸反循環(huán)鉆鑿深水井的一個(gè)實(shí)例

李殿文,胡儉春,曲振貴

吉林省四平地質(zhì)工程勘察院, 吉林 四平 136000

1 概述

泵吸反循環(huán)鉆鑿水井，目前得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，由于速度快，清孔好，施工便捷，深受工程技術(shù)人員的歡迎。第四系地層、第三系地層及部分白堊系地層都能鉆進(jìn)成井。但有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是隨著鉆進(jìn)深度的增加，排渣能力不斷下降，最后因排不了渣，不得不終孔。也就是說(shuō)：泵吸反循環(huán)鉆鑿水井受成井深度的限制。在此鉆鑿實(shí)例之前，在通榆和洮南一帶，泵吸反循環(huán)鉆鑿工藝鉆鑿最深的井也就150 m左右，超過(guò)180 m的深水井幾乎沒(méi)有，200 多米的供水井，根本沒(méi)有鉆鑿成功的例子。其原因如下：

通榆、洮南一帶的地層，主要為第四系地層和第三系地層，其最大特點(diǎn)是松散，易塌孔。第三系地層雖然名字叫泥巖、砂巖，可實(shí)際上地層都是弱膠結(jié)和無(wú)膠結(jié)，從取上來(lái)的巖心看，所謂的泥巖，和粉質(zhì)粘土差不多，很少處于堅(jiān)硬狀態(tài)，大多為硬塑和硬可塑狀態(tài)；而砂巖，根本就無(wú)膠結(jié)，和第四系的粉砂和細(xì)砂沒(méi)有什么兩樣。這就大大地增加了泵吸反循環(huán)的施工難度。因?yàn)槿绻玫奈μ?，成井深度受限，如果吸力過(guò)大，伴隨而來(lái)的就是塌孔，一旦塌孔，鉆鑿失敗，就受到了損失。成井深度目標(biāo)越大，出現(xiàn)塌孔的機(jī)會(huì)就越大，損失就越大，因此，很多施工單位，也不愿意冒此種較大的風(fēng)險(xiǎn)去鉆鑿過(guò)深的供水井。

另外，孔口的直徑越大，排渣越困難，也更容易塌孔，對(duì)于通榆洮南一帶的供水井來(lái)說(shuō)，鉆孔的口徑一般都應(yīng)在350～500 mm 之間，首先是井管要有足夠的直徑，太小的直徑的井管滿足不了取水要求；其次，井管外要填礫，填礫的厚度要達(dá)到規(guī)范的要求，或地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的要求，因此鉆孔口徑是一項(xiàng)不可忽視的硬指標(biāo)。

2 實(shí)例

通榆縣雙崗鎮(zhèn)某廠擬建供水井深度為200 m，設(shè)計(jì)鉆鑿口徑為500 mm，下219 mm 鑄鐵管。搜集的地層資料如下：

其中，0.0～64 m 為第四系地層；64～195 m為第三系地層；195～210 m 為白堊系地層。

3 方法

真對(duì)鉆鑿深度越大排渣越困難，和鉆鑿深度越大井孔越易坍塌的等一系列特點(diǎn)，結(jié)合多年來(lái)我們?cè)谠摰貐^(qū)的鉆鑿經(jīng)驗(yàn)，制定了一系列的錯(cuò)施，其最主要的有如下4 項(xiàng)錯(cuò)施：

3.1 孔口護(hù)筒的埋設(shè)

對(duì)于泵吸反循環(huán)鉆鑿200 m 深的深水井，對(duì)于設(shè)備來(lái)說(shuō)屬于超深，由于回流流量大，速度快，施工時(shí)間長(zhǎng)，極易造成井口坍塌，孔口埋設(shè)護(hù)筒，可以有效地減少孔口坍塌的可能。

護(hù)筒底部要與土層密實(shí)結(jié)合，護(hù)筒的外側(cè)，要用白土和粘性土，分層圍填并搗實(shí)，決不允許滲水。

實(shí)踐證明，一大部份塌孔是由井口最先開(kāi)始的，所以埋設(shè)護(hù)筒是很關(guān)鍵的一步，一定要重視。

3.2 保持合理的孔內(nèi)液柱壓力

反循環(huán)施工，我們認(rèn)為200 m 以上的深井必須在孔內(nèi)保持2.0 m 以上的靜水壓頭，要達(dá)到這一項(xiàng)要求，要采取如下的技術(shù)措施：

（1）開(kāi)挖足夠容積的泥漿池，一般來(lái)說(shuō)，泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)，泥漿池的容積是鉆孔容積的1.5～2.0倍。而200 m 的深水井，要大于2 倍，大多少合理，經(jīng)分析，我們采用的是大于2.5 倍。理論上，200 m 深，500 mm 徑鉆孔容積為39.25 m3，實(shí)際上，由于反循環(huán)鉆進(jìn)中，有很大的抽吸力，特別對(duì)上部第四系地層來(lái)說(shuō)，不規(guī)責(zé)的、不可控制的超徑現(xiàn)象是必然存在的，因此，鉆孔容積要超出理論計(jì)算值。有鑒于此，我們挖兩個(gè)連通的泥漿池，一個(gè)是吸漿池，一個(gè)是排漿池，吸漿池略小，排漿池要很大，總?cè)莘e100 m3，兩池中間連通。

（2）要準(zhǔn)備充足的供水水源，以防孔內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重漏失時(shí)及時(shí)補(bǔ)水補(bǔ)漿，補(bǔ)水補(bǔ)漿不及就會(huì)發(fā)生鉆孔坍塌。

（3）在鉆到58～64 m 的砂礫層時(shí)，為防止2.0 m 以上的靜水壓頭不足以保持孔壁穩(wěn)定時(shí)，采用了泥漿護(hù)壁，同時(shí)為防止泥漿也不能滿足護(hù)壁要求，多次把鉆具提離孔底10～15 cm，開(kāi)動(dòng)砂石泵吸除塌落物。塌落物吸盡后再鉆進(jìn)，然后而停車(chē)?yán)^續(xù)吸，直至鉆穿礫石層。

保持一定的壓力水頭，是防止深部塌孔最有效辦法。深部一旦塌孔，90%以上處理不了，最后重新回填，待填入物密實(shí)后在鉆進(jìn)，或移動(dòng)鉆機(jī)，易地重鉆，這樣，工作量就全部報(bào)廢，造成很大的損失。

3.3 沖洗液環(huán)空速流的控制

砂石泵的排量是影響鉆進(jìn)效率的一個(gè)關(guān)鍵因素。即要求沖洗液在鉆桿內(nèi)有足夠的流速，以便有效的攜帶鉆屑，又要求沖洗液對(duì)孔壁的沖刷破壞作用小。根據(jù)我們的施工經(jīng)驗(yàn)，就此孔的情況而言，鉆桿內(nèi)的流速不宜低于2.4 m/s，鉆桿外的流速應(yīng)控制在0.16 m/s 之內(nèi)。如果遇到大粒徑的卵石，鉆桿內(nèi)2.4 m/s 的流速就滿足不了攜渣的要求時(shí)，可以開(kāi)大砂石泵排水閥門(mén)，大卵礫石通過(guò)后再及時(shí)關(guān)小排水閥門(mén)，恢復(fù)正常鉆進(jìn)時(shí)的排量。

3.4 鉆頭的設(shè)計(jì)

我們根據(jù)地層資料，按照設(shè)計(jì)要求，自行設(shè)計(jì)了三翼鉆頭，鉆頭直徑為460 mm，根據(jù)本地區(qū)多年的泵吸反循環(huán)鉆鑿經(jīng)驗(yàn)，直徑460 mm 的鉆頭，在第四系地層，鉆鑿出的口徑能達(dá)到505 mm，而第三系地層，因其無(wú)膠結(jié)和弱膠結(jié)，其直徑也能達(dá)到500 mm。該鉆頭配置有魚(yú)尾型的底切片，底切片上開(kāi)有主吸渣口，為了防止巖粉超過(guò)主吸渣口后停泵，鉆頭體上開(kāi)有副吸渣口，同時(shí)鉆頭體上還焊有三個(gè)階梯形垂直切屑齒，對(duì)鉆進(jìn)砂礫石層、粘土層等都非常有效。

4 效果

由于采取了上述4 項(xiàng)錯(cuò)施，本工程十分順利，經(jīng)兩天一夜的施工，順利完成。在180～200 m 段，采取了慢速鉆進(jìn)，鉆渣全部抽吸上來(lái)。根據(jù)本地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)，成200 m 的深水井，多鉆了8 m，即實(shí)際鉆了208 m，然后進(jìn)行1 h 的清孔.接著進(jìn)行了下管。下管之后及時(shí)進(jìn)行了換槳。成井后，實(shí)測(cè)孔深200.20 m，完全符合要求。

5 結(jié)論

用泵吸反循環(huán)鉆機(jī)鉆鑿200 m 深的供水井，只要錯(cuò)施得當(dāng)，是完全可能的。并仍能取得較高的效率，在第四系地層、第三系地層和白堊系地層中，采用合理的施工工藝，泵吸反循環(huán)完全可以施工200 m 以上的深孔，并且仍可保持泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)工藝的高效率，高質(zhì)量、低成本。

[1] 張祖培,等.巖土鉆鑿工程新技術(shù) [M].北京：地質(zhì)出版社，2003.

[2] 鄭秀英,等.水文地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1986.

[3] GB-50027-2001,供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范[s].