水井施工技术.pptx

n水井：主要用于开采地下水的工程构筑物。n地下水：泛指贮存于地表以下地层空隙中的水，包括岩石孔隙、裂隙和溶洞之中的水。水井分类按按 功功 能能 分分 类类水文地质水井第一节第一节 供水井结构形式供水井结构形式4、扩底井（第四页图1-5b）1.浅供水水井的井身结构：浅供水水井的井身结构：2.井深：井深：400mm4.井管：采用铸铁管、混凝土管等，多为一径到底井管：采用铸铁管、混凝土管等，多为一径到底供供水水水水井井的的井井身身结结构构1.中深供水水井的井身结构中深供水水井的井身结构2.100m井深井深300m；3.管外要求密封严格。管外要求密封严格。水井结构要素1、井深、井深：水井钻进深度，由水文地质勘探和开发地下水的目的层的埋藏深度决定的。2、井径：、井径：首先确定终孔直径，然后是中间变径和开孔直径。（自下而上，自内而外自下而上，自内而外）终孔直径=过滤管外径相同的钻头直径+填砾层厚度中间变径=抽水泵外径大两级终孔直径确定后可根据中间变径次数最后推算出开孔直径，选择已有的套管直径。3、装泵深度装泵深度：根据要求泵没入动水位2m以上。井口管长一般为2-3m,直径大于下接井管直径。过滤管主要尺寸n n长度长度长度长度：当涌水量增长率趋于当涌水量增长率趋于0 0时相应的滤水管长度。时相应的滤水管长度。一般来说：滤水管顶端低于井内最大水位降落时的动水位；在潜一般来说：滤水管顶端低于井内最大水位降落时的动水位；在潜水含水层中，滤水管长度应使滤水管顶端埋入动水位的水含水层中，滤水管长度应使滤水管顶端埋入动水位的2m2m以上，以上，在承压水含水层中滤水管长度应等于或略小于含水层厚度。在承压水含水层中滤水管长度应等于或略小于含水层厚度。n n最大允许进水速度：最大允许进水速度：最大允许进水速度：最大允许进水速度：n n直径：直径：直径：直径：(实际直径应大于等于实际直径应大于等于D D）n nD-D-滤水管直径（滤水管直径（mm）n nQ-Q-设计涌水量（设计涌水量（mm3 3/s)/s)n nL-L-滤水管长度滤水管长度(m)(m)n nm-m-滤水管孔隙率滤水管孔隙率n nv-v-最大允许进水速度最大允许进水速度(m/s)(m/s)例 题n n打一供水井，地层如下：打一供水井，地层如下：打一供水井，地层如下：打一供水井，地层如下：0 06m6m粘土层、粘土层、粘土层、粘土层、6 695m95m完整砂完整砂完整砂完整砂岩、岩、岩、岩、9595105m105m裂隙含水层（孔隙率裂隙含水层（孔隙率裂隙含水层（孔隙率裂隙含水层（孔隙率m=20%m=20%，渗透系，渗透系，渗透系，渗透系数数数数K=729K=729，含水层压强为，含水层压强为，含水层压强为，含水层压强为0.9MPa0.9MPa，井壁稳定）。计划出，井壁稳定）。计划出，井壁稳定）。计划出，井壁稳定）。计划出水量水量水量水量Q=300m3/dQ=300m3/d，泵体直径，泵体直径，泵体直径，泵体直径100mm100mm，最大水位降落时，最大水位降落时，最大水位降落时，最大水位降落时的动水位的动水位的动水位的动水位3545m3545m。完成井身结构设计，并画出井身结。完成井身结构设计，并画出井身结。完成井身结构设计，并画出井身结。完成井身结构设计，并画出井身结构示意图，注明装泵深度。构示意图，注明装泵深度。构示意图，注明装泵深度。构示意图，注明装泵深度。n n注：钻头直径系列（注：钻头直径系列（注：钻头直径系列（注：钻头直径系列（mmmm）59 75 91 110 130 150 59 75 91 110 130 150 172172n n套管、井管直径系列（套管、井管直径系列（套管、井管直径系列（套管、井管直径系列（mmmm）57 73 89 108 127 57 73 89 108 127 146 168146 168（1 1）确定井深（）确定井深（）确定井深（）确定井深（2 2）确定含水层井径（）确定含水层井径（）确定含水层井径（）确定含水层井径（3 3）确定装泵深度）确定装泵深度）确定装泵深度）确定装泵深度（4 4）画出井身结构示意图（注全各项尺寸）画出井身结构示意图（注全各项尺寸）画出井身结构示意图（注全各项尺寸）画出井身结构示意图（注全各项尺寸）n n解：（解：（1 1）确定井深：）确定井深：105+5105+5（沉砂管）（沉砂管）=110m=110m（2 2）确定含水层井径：）确定含水层井径：滤水管长度滤水管长度L10m,L10m,取取1010米。位于含水层。米。位于含水层。过滤管直径过滤管直径0.0810.081井径应取大于等于井径应取大于等于D D的钻头直径，故井径取的钻头直径，故井径取0.091m0.091m（3 3）确定装泵深度：根据要求泵没入动水位）确定装泵深度：根据要求泵没入动水位2m2m以上，装泵深度：以上，装泵深度：35+2=37m35+2=37m，取，取3737到到45m45m段装泵井管底深度段装泵井管底深度45+2=47m45+2=47m。（4 4）井身结构示意图如右：）井身结构示意图如右：第二节 水井的钻进方法n n钢绳冲击钻进n n大直径回转钻进n n反循环钻进n n空气钻进n n潜孔锤钻进一、钢绳冲击钻进n n现代钢绳冲击钻进的现代钢绳冲击钻进的工作原理：钢绳提吊工作原理：钢绳提吊钻头周期性冲击井底钻头周期性冲击井底碎岩成井碎岩成井n n每次冲击后，钻头在每次冲击后，钻头在钢绳扭力带动下回转钢绳扭力带动下回转一定角度，实现圆形一定角度，实现圆形断面钻井断面钻井自贡盐井冲击式顿锉钻凿模型钢绳冲击钻机钢绳冲击钻机钢绳冲击钻进的特点及其应用范围n nA、冲击碎岩对硬盐和非固结的不均质岩层破碎效率高，特别适用于松散的卵砾石层等复杂地层大口径钻进。n nB、设备简单，运行成本低。适用于各类水井钻进、基础桩孔和露天矿山爆破钻进。n nC、上下直线运动，只能用于垂直井孔钻进。钢绳冲击钻机主要部件组成及功用n n动力机动力机提供动力提供动力n n主轴主轴传递动力传递动力n n冲击结构冲击结构将回转将回转运动转换成直线运动运动转换成直线运动n n卷筒与桅杆卷筒与桅杆提吊提吊和升降钻具、井管和升降钻具、井管n n行走机构行走机构运移钻运移钻机机钢绳冲击钻进基本原理冲击机构工作原理钢绳冲击钻具n nA A、冲击钻头、冲击钻头B B、冲击钻杆、冲击钻杆 C C、钢丝绳卡、钢丝绳卡 D D、抽筒、抽筒 E E、钢丝绳、钢丝绳冲击钻进规程典型地层中的冲击钻进措施典型地层中的冲击钻进措施 D、裂隙发育的岩石层钻进：采用十字形钻头，稠浆。二、大直径回转钻进二、大直径回转钻进大口径取心钻进大口径取心钻进第四系地层大部分是由堆积物组第四系地层大部分是由堆积物组第四系地层大部分是由堆积物组第四系地层大部分是由堆积物组成，其结构松散、稳定性差、成，其结构松散、稳定性差、成，其结构松散、稳定性差、成，其结构松散、稳定性差、特特特特别是在卵、砾、漂石地层别是在卵、砾、漂石地层别是在卵、砾、漂石地层别是在卵、砾、漂石地层，由由由由于卵石、漂石具有一定硬度，卵、于卵石、漂石具有一定硬度，卵、于卵石、漂石具有一定硬度，卵、于卵石、漂石具有一定硬度，卵、砾漂石之间又无胶结，往往给钻砾漂石之间又无胶结，往往给钻砾漂石之间又无胶结，往往给钻砾漂石之间又无胶结，往往给钻进带来很大困难，进带来很大困难，进带来很大困难，进带来很大困难，是第四系地层是第四系地层是第四系地层是第四系地层中钻进难度最大的地层中钻进难度最大的地层中钻进难度最大的地层中钻进难度最大的地层，同时也，同时也，同时也，同时也是水文地质钻探经常遇到的地层。是水文地质钻探经常遇到的地层。是水文地质钻探经常遇到的地层。是水文地质钻探经常遇到的地层。扩孔钻头扩孔钻头扩孔钻具扩孔钻具扩孔钻进的规程参数扩孔钻进的注意事项全面钻进B、牙轮钻头n n大钻压n n大泵量n n低转速全面钻进的规程参数基岩地层大口径回转钻进基岩地层大口径回转钻进基岩地层基岩地层基岩地层基岩地层一般结构致密，一般结构致密，一般结构致密，一般结构致密，具有一定的强度、硬度和具有一定的强度、硬度和具有一定的强度、硬度和具有一定的强度、硬度和耐磨性。为提高钻进效率，耐磨性。为提高钻进效率，耐磨性。为提高钻进效率，耐磨性。为提高钻进效率，一般多采用一般多采用一般多采用一般多采用大口径一次取大口径一次取大口径一次取大口径一次取心钻进心钻进心钻进心钻进成井，大口径取心成井，大口径取心成井，大口径取心成井，大口径取心钻进对岩石进行环状破碎，钻进对岩石进行环状破碎，钻进对岩石进行环状破碎，钻进对岩石进行环状破碎，减少了岩石破碎量、从而减少了岩石破碎量、从而减少了岩石破碎量、从而减少了岩石破碎量、从而减轻了钻机负荷和回转扭减轻了钻机负荷和回转扭减轻了钻机负荷和回转扭减轻了钻机负荷和回转扭矩。矩。矩。矩。反循环钻进方法基本原理图反循环钻进方法基本原理图1-水龙头；2-出水胶管；3-泵或喷嘴；4-排渣；5-岩屑与砂；6-钻杆；7-钻头；8-主动钻杆；9-转盘冲洗介质循环方式与正冲洗介质循环方式与正循环相反：循环相反：供水池供水池 环空环空 井底井底 钻杆中空钻杆中空 供水池供水池反循环钻进：反循环钻进：携带岩屑的钻携带岩屑的钻探冲洗介质经钻杆探冲洗介质经钻杆内孔内孔 从钻孔内返回从钻孔内返回地面的钻进方法。地面的钻进方法。三、反循环钻进三、反循环钻进反循环钻进的特点反循环钻进的特点反循环钻进的特点反循环钻进的特点a.a.钻进中冲洗液上升速度很高；钻进中冲洗液上升速度很高；钻进中冲洗液上升速度很高；钻进中冲洗液上升速度很高；b.b.孔内经常保持较高的水位，较高的静水压力与地层压力孔内经常保持较高的水位，较高的静水压力与地层压力孔内经常保持较高的水位，较高的静水压力与地层压力孔内经常保持较高的水位，较高的静水压力与地层压力平衡，保持井壁稳定。平衡，保持井壁稳定。平衡，保持井壁稳定。平衡，保持井壁稳定。c.c.反循环钻进，岩心和钻下的岩粉，由钻杆内孔返回地面，反循环钻进，岩心和钻下的岩粉，由钻杆内孔返回地面，反循环钻进，岩心和钻下的岩粉，由钻杆内孔返回地面，反循环钻进，岩心和钻下的岩粉，由钻杆内孔返回地面，一般多采用内径一般多采用内径一般多采用内径一般多采用内径150-200 mm 150-200 mm 的钻杆，以通过较大的的钻杆，以通过较大的的钻杆，以通过较大的的钻杆，以通过较大的卵砾石。当地层中有大卵砾石时，必须采取措施以防循卵砾石。当地层中有大卵砾石时，必须采取措施以防循卵砾石。当地层中有大卵砾石时，必须采取措施以防循卵砾石。当地层中有大卵砾石时，必须采取措施以防循环回路堵塞，使钻进中断。环回路堵塞，使钻进中断。环回路堵塞，使钻进中断。环回路堵塞，使钻进中断。d.d.反循环钻进是一种连续取心的钻进方法，钻头使用寿命反循环钻进是一种连续取心的钻进方法，钻头使用寿命反循环钻进是一种连续取心的钻进方法，钻头使用寿命反循环钻进是一种连续取心的钻进方法，钻头使用寿命长，下钻次数少，与正循环钻进相比，减少了辅助时间，长，下钻次数少，与正循环钻进相比，减少了辅助时间，长，下钻次数少，与正循环钻进相比，减少了辅助时间，长，下钻次数少，与正循环钻进相比，减少了辅助时间，降低了劳动强度。降低了劳动强度。降低了劳动强度。降低了劳动强度。反循环钻进的分类反循环钻进的分类反循环钻进的分类反循环钻进的分类a.a.反循环钻进按照产生冲洗液上升流动的方式不同，反循环钻进按照产生冲洗液上升流动的方式不同，反循环钻进按照产生冲洗液上升流动的方式不同，反循环钻进按照产生冲洗液上升流动的方式不同，可分为地表喷射反循环可分为地表喷射反循环可分为地表喷射反循环可分为地表喷射反循环（射流射流射流射流反循环反循环反循环反循环），），），），泵吸泵吸泵吸泵吸反反反反循环和循环和循环和循环和气举气举气举气举反循环三种方式。地表喷射反循环钻反循环三种方式。地表喷射反循环钻反循环三种方式。地表喷射反循环钻反循环三种方式。地表喷射反循环钻进效率，在浅孔段效率较高，气举反循环钻进效进效率，在浅孔段效率较高，气举反循环钻进效进效率，在浅孔段效率较高，气举反循环钻进效进效率，在浅孔段效率较高，气举反循环钻进效率在率在率在率在50 m 50 m 以后较高。以后较高。以后较高。以后较高。b.b.在选择反循环钻进方式时，应根据孔深、水位等在选择反循环钻进方式时，应根据孔深、水位等在选择反循环钻进方式时，应根据孔深、水位等在选择反循环钻进方式时，应根据孔深、水位等情况进行合理的选择，为了提高钻进效率，有时情况进行合理的选择，为了提高钻进效率，有时情况进行合理的选择，为了提高钻进效率，有时情况进行合理的选择，为了提高钻进效率，有时也采用两种方式相结合的复合式反循环钻进。也采用两种方式相结合的复合式反循环钻进。也采用两种方式相结合的复合式反循环钻进。也采用两种方式相结合的复合式反循环钻进。地表喷射反循环地表喷射反循环1-水龙头；水龙头；2-钻机；钻机；3-孔口管；孔口管；4-钻杆；钻杆；5-钻铤；钻铤；6-钻头；钻头；7-喷射腔；喷射腔；8-离心泵或空压机；离心泵或空压机；9-电机；电机；10-水源池水源池a.a.地表喷射反循环钻进方法钻进原理是利用地表喷射反循环钻进方法钻进原理是利用水泵或压气机所产生的高速液流或气流水泵或压气机所产生的高速液流或气流，注入喷射腔内的喷嘴注入喷射腔内的喷嘴，产生高速射流，使，产生高速射流，使喷嘴外围形成负压，其压值可达喷嘴外围形成负压，其压值可达8-8-9109104 4PaPa。由于压差作用，使喷嘴产生抽。由于压差作用，使喷嘴产生抽吸作用。喷射器通过接头与特制水龙头连吸作用。喷射器通过接头与特制水龙头连接，从而抽吸钻杆内的液体，使钻杆内水接，从而抽吸钻杆内的液体，使钻杆内水位提高，最后在喷射腔内与高压喷射流混位提高，最后在喷射腔内与高压喷射流混合后返回地表水源池内。合后返回地表水源池内。b.地表喷射反循环钻进，适用于地表喷射反循环钻进，适用于第四系第四系松散地层松散地层钻进，一般多与气举反循环钻进，一般多与气举反循环钻进相互钻进相互配合配合使用，在使用，在浅浅孔时用地表孔时用地表喷射喷射反循环钻进，反循环钻进，深深孔时用孔时用气举气举反循反循环钻进环钻进 泵吸反循环钻进泵吸反循环钻进1-水龙头；水龙头；2-钻机；钻机；3-井口管；井口管；4-钻杆，钻杆，5-钻铤；钻铤；6-钻头；钻头；7-真空泵；真空泵；8-砂石泵；砂石泵；9-电机；电机；10-水源地水源地1.泵吸反循环钻进是利用泵吸反循环钻进是利用离心泵离心泵或轴流泵的抽吸力量，使钻杆或轴流泵的抽吸力量，使钻杆内的液体上升的一种管路布置内的液体上升的一种管路布置方式。泵的进水管与钻杆的提方式。泵的进水管与钻杆的提引水龙头连接引水龙头连接，并通过钻杆深并通过钻杆深吸入口下到井底，冲洗液经钻吸入口下到井底，冲洗液经钻头（亦可看作泵的吸入口）头（亦可看作泵的吸入口）携带岩屑经钻杆上升，由水泵携带岩屑经钻杆上升，由水泵出水管排到水源池。出水管排到水源池。2.7070米：气举反循环；米：气举反循环；米：气举反循环；米：气举反循环；泵吸和射流设备简单；泵吸和射流设备简单；泵吸和射流设备简单；泵吸和射流设备简单；泵吸利用率最高；射流；气举。泵吸利用率最高；射流；气举。泵吸利用率最高；射流；气举。泵吸利用率最高；射流；气举。四、空气钻进四、空气钻进 空气钻进的实质是以压缩空气代替冲洗液，作为空气钻进的实质是以压缩空气代替冲洗液，作为空气钻进的实质是以压缩空气代替冲洗液，作为空气钻进的实质是以压缩空气代替冲洗液，作为钻进中的循环介质来冷却钻头，吹洗钻孔把岩屑携带出钻进中的循环介质来冷却钻头，吹洗钻孔把岩屑携带出钻进中的循环介质来冷却钻头，吹洗钻孔把岩屑携带出钻进中的循环介质来冷却钻头，吹洗钻孔把岩屑携带出地表的一种高效率、先进钻进方法。地表的一种高效率、先进钻进方法。地表的一种高效率、先进钻进方法。地表的一种高效率、先进钻进方法。空气钻进可以正循空气钻进可以正循空气钻进可以正循空气钻进可以正循环钻进，也可以反循环钻进，在钻探设备上只需要增加环钻进，也可以反循环钻进，在钻探设备上只需要增加环钻进，也可以反循环钻进，在钻探设备上只需要增加环钻进，也可以反循环钻进，在钻探设备上只需要增加一台一台一台一台移动式空气压缩机，孔口防尘及除尘等设备移动式空气压缩机，孔口防尘及除尘等设备移动式空气压缩机，孔口防尘及除尘等设备移动式空气压缩机，孔口防尘及除尘等设备。干气；干气；干气；干气；雾；雾；雾；雾；泡沫；泡沫；泡沫；泡沫；充气泥浆。充气泥浆。充气泥浆。充气泥浆。空气钻进空气钻进1-空压机；空压机；2-送风管；送风管；3-转盘；转盘；4-孔口密封装置；孔口密封装置；5-孔口管；孔口管；6-钻杆；钻杆；7-粗径钻具；粗径钻具；8-吸尘管；吸尘管；9-吸尘器；吸尘器；10-排尘管排尘管 空气钻进的特点：空气钻进的特点：钻进效率高：泥浆的钻进效率高：泥浆的10倍；倍；节水；节水；对水层没有伤害，有利于对水层没有伤害，有利于出水率；更有利于水资源出水率；更有利于水资源的发现；的发现；空气钻进已经广泛用于水空气钻进已经广泛用于水文水井钻进中。文水井钻进中。五、气动冲击器（潜孔锤）五、气动冲击器（潜孔锤）钻进钻进气动冲击器钻进是以压缩空气做动力介质气动冲击器钻进是以压缩空气做动力介质气动冲击器钻进是以压缩空气做动力介质气动冲击器钻进是以压缩空气做动力介质，在钻具上连接一，在钻具上连接一，在钻具上连接一，在钻具上连接一个专门气动冲击器，在其下端连接一特制的球齿状合金钻头，个专门气动冲击器，在其下端连接一特制的球齿状合金钻头，个专门气动冲击器，在其下端连接一特制的球齿状合金钻头，个专门气动冲击器，在其下端连接一特制的球齿状合金钻头，在钻进中给钻具一定的轴向压力和回转运动，并通过钻杆将在钻进中给钻具一定的轴向压力和回转运动，并通过钻杆将在钻进中给钻具一定的轴向压力和回转运动，并通过钻杆将在钻进中给钻具一定的轴向压力和回转运动，并通过钻杆将压缩空气送入冲击器，以推动冲击器上下运动，在活塞下行压缩空气送入冲击器，以推动冲击器上下运动，在活塞下行压缩空气送入冲击器，以推动冲击器上下运动，在活塞下行压缩空气送入冲击器，以推动冲击器上下运动，在活塞下行时产生冲击能量，通过球状合金钻头冲击破碎岩石，钻具回时产生冲击能量，通过球状合金钻头冲击破碎岩石，钻具回时产生冲击能量，通过球状合金钻头冲击破碎岩石，钻具回时产生冲击能量，通过球状合金钻头冲击破碎岩石，钻具回转是为改变切削具破碎岩石的位置，这是一种中频冲击破碎转是为改变切削具破碎岩石的位置，这是一种中频冲击破碎转是为改变切削具破碎岩石的位置，这是一种中频冲击破碎转是为改变切削具破碎岩石的位置，这是一种中频冲击破碎岩石的钻进方法。岩石的钻进方法。岩石的钻进方法。岩石的钻进方法。压缩空气同时兼做吹洗孔底岩屑和冷却钻头的循环介质。潜压缩空气同时兼做吹洗孔底岩屑和冷却钻头的循环介质。潜压缩空气同时兼做吹洗孔底岩屑和冷却钻头的循环介质。潜压缩空气同时兼做吹洗孔底岩屑和冷却钻头的循环介质。潜孔锤钻进特别适用于孔锤钻进特别适用于孔锤钻进特别适用于孔锤钻进特别适用于干旱缺水和冻土地区钻进干旱缺水和冻土地区钻进干旱缺水和冻土地区钻进干旱缺水和冻土地区钻进，它具有钻速，它具有钻速，它具有钻速，它具有钻速高、成本低、事故少等优点。高、成本低、事故少等优点。高、成本低、事故少等优点。高、成本低、事故少等优点。气动冲击钻进的优点气动冲击钻进的优点气动冲击钻进的优点气动冲击钻进的优点a.a.钻进效率高：特别是在坚硬岩层利用气动冲击钻进，比普通回钻进效率高：特别是在坚硬岩层利用气动冲击钻进，比普通回钻进效率高：特别是在坚硬岩层利用气动冲击钻进，比普通回钻进效率高：特别是在坚硬岩层利用气动冲击钻进，比普通回转钻进效率提高几倍到几十倍；转钻进效率提高几倍到几十倍；转钻进效率提高几倍到几十倍；转钻进效率提高几倍到几十倍；7-87-8级矽化石灰岩中，机械钻级矽化石灰岩中，机械钻级矽化石灰岩中，机械钻级矽化石灰岩中，机械钻速可达速可达速可达速可达20-30m/h20-30m/h。b.b.钻头寿命长：一个直径为钻头寿命长：一个直径为钻头寿命长：一个直径为钻头寿命长：一个直径为220mm220mm球齿钻头，在花岗岩中能进球齿钻头，在花岗岩中能进球齿钻头，在花岗岩中能进球齿钻头，在花岗岩中能进尺尺尺尺500m 500m，在石灰岩中可超过，在石灰岩中可超过，在石灰岩中可超过，在石灰岩中可超过1000m1000m。c.c.气动冲击器钻进所需压力小，仅为回转钻进的气动冲击器钻进所需压力小，仅为回转钻进的气动冲击器钻进所需压力小，仅为回转钻进的气动冲击器钻进所需压力小，仅为回转钻进的1 13 3 左右，回转左右，回转左右，回转左右，回转扭矩小，故使用车装水井钻机，就可施工较大口径的钻孔，便扭矩小，故使用车装水井钻机，就可施工较大口径的钻孔，便扭矩小，故使用车装水井钻机，就可施工较大口径的钻孔，便扭矩小，故使用车装水井钻机，就可施工较大口径的钻孔，便于实现设备轻便化和车装化。于实现设备轻便化和车装化。于实现设备轻便化和车装化。于实现设备轻便化和车装化。d.d.防斜效果好：防斜效果好：防斜效果好：防斜效果好：17的浅井和中深井。n n塑料：用于各种水质的深井，不适用于热水井。n n玻璃钢：适用于各种井深和不同地下水性质的供水井。二、井管安装三、填 砾四、止 水五、洗 井七、增加出水量的措施