水文地质深孔钻探水井工艺技术探索.pdf

70技术应用与研究引言水文水井的钻探是发现和开发地下水资源的重要途径之一。近年来，由于我国工农业生产发展的需要，大量的地下水资源被开发利用，地下水位逐年下降，打井成本越来越高。因此，建井技术、钻井装备和完井技术也需要相应的改进和升级。水井是我国大部分地区取水的重要水源，是为当地农业、工业、畜牧业和人们日常生活提供用水的“生命之井”。水井开发利用的技术水平，直接关系到“四利”（经济、政治、社会、环境）的好坏。如何在钻井取水过程中合理确定工艺，如何科学设计和配置，如何高效钻井开发利用资源，如何优化工艺提高质量，需要不断研究、实践、推广、改进、发展和提高。这对于提高人民基本生活质量、促进社会经济发展、改善生态环境具有十分重要的意义。一、水文水井钻探特点与硬矿岩心钻探和油井钻探相比，水文水井钻探具有以下特点：第一，钻孔深度小。一般从几十米到几百米，特别是千米以上，而地热井大多在千米以上。因此，除深井、地热井等需要大型钻机外，水文水井的钻探通常采用中小型钻机。第二，钻孔直径大。一般直径从150800mm，由于直径大，在钻进过程中会产生大量的岩屑，当采用强制循环钻进方法时，需要大容量的冲洗液装置将岩屑清除到表面。第三，水文水井钻井设备较轻。钻孔垂直度有一定要求，水文水井钻井工期短，流动性大，迁移频繁，要求钻井过程中使用的钻井设备不能太重。第四，水文水井钻探是指大口径钻探。主要在松散的卵石砾石层、砂砾石层、砂质和粘土层中钻孔，这些地层胶结不好，容易被破坏，也容易漏掉钻井液。基岩层中也有少量钻孔，这些基岩大多为裂隙洞穴构造。在浅井中，经常会遇到几种差异很大的地层，这就要求所采用的钻井技术和钻具对各种地层具有一定的适应性。结合水文水井钻探的上述特点，确定了对钻井技术和钻井设备的要求，即为达到快速钻井的目的，所选择的钻井技术应为：设备轻便，易于钻井。具有足够的排屑能力，钻进效率高，可控制钻斜，保证钻进质量；使用的钻具必须价格低廉、耐用、易于加工且易于推进。二、水文地质深孔钻探水井工艺技术打井定位1.选址（1）地质要素不考虑地质条件，就无法开始分析找水下井。地质构造是决定地下水分布的控制因素，要分析一个地区的地下水分布，必须从地质构造入手。在松散岩石分布区，冲洪积扇和古河道是最富水区；断裂带、裂隙发育、大断层常为含水层；特别是裂隙充填和张力较小的新构造断层。开阔性好，含水性较好，但古断层的一些裂缝，后期多被堤坝和淤泥充填，含水性较差。不同的地层、不同的岩性具有不同的结构，因此岩石的孔隙度也不同，而孔隙度的不同决定了含水量的很大差异。松散岩层含水率较高，粘性土层多为耐水层；砂岩、砂砾岩等常规脆性岩层含水率一般较好，而泥岩、页岩等软岩层含水率一般较低，一些特殊性质的岩石如碳酸盐岩可能形成洞穴或裂隙，而玄武岩等火山岩可能形成柱状节理和孔隙，常形成良好的含水层。找水打井时，找水的重点和富水看好的地区应该是含水较好的岩石分布区。地貌是地球表面的外在表征，它能在一定程度上反映地质构造，也是影响地下水补给的重要因素。井位应布置在补给充足的区域，压力水体和岩溶水体单回水面积大。如果补给距离较大，仍应布置在排泄区域或水文地质单元的径流，否则井将变得无源，水量逐渐减少甚至为零。水文地质深孔钻探水井工艺技术探索陈国明福建省第二地质勘探大队【摘要】随着人类社会生产力的发展，开凿技术和使用方法不断改进，在应用和研究方面取得了长足的进步。基于此，水文地质深孔钻探水井工艺技术，以在水井施工中优化选择和应用深孔钻探、钻井技术和成井技术，重点研究钻具、钻井压力、钻速、钻井液等影响因素，论述了钻井技术和完井技术的控制，以保证水质水量。采用新技术、新方法，尝试新旧模式结合，采用现场监测、理论分析、综合分析等探索性方法，形成水文地质深孔钻探水井工艺技术应用方法，具有一定的实用性。【关键词】水文地质；深孔钻探；水井【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.15.02471技术应用与研究（2）地质与物探相结合地质与物探相结合是利用物探调查水源、找水找井的最基本方法。它们必须相互补充，紧密匹配。物探曲线必须充分考虑地质条件，使曲线的解释更符合实际。在没有水文地质钻探资料的情况下，物探曲线是最有效的获取方式，打井找水时，即使地质条件比较清楚，也应该做一些物探研究，以增加打井成功的可能性。（3）综合物探方法首先利用对称四极电剖面法识别该地区有利的水饱和区，然后利用激发极化法纵向跟踪有利区的水饱和构造，再利用电阻率异常之间的相关性和极化率，密切相关的地质和其他数据进行分析，以找到水源的最佳位置。实践表明，在大多数情况下，电阻率低、极化率高的位置是选井位的最理想点位。2.布井原则（1）从已知到未知这是利用物探技术选择井位以根据已有信息推断未知情况的最基本原理。工作中要严格遵守从已知到未知的原则，尽量利用已知井点进行比较。（2）同时开发多种方法并相互验证在找水下井过程中，有条件的应将多种物探方法结合使用，尽可能相互制约，提高下井的可靠性。通过几种方法的结合应用，不仅可以获得广泛的信息，而且可以起到相互验证的作用，提高准确性。三、水文地质深孔钻探水井工艺技术和应用水井钻探是一项系统性的工作，汇集了人员、技术、设备、地质、需求和利益。改变每一个因素都会影响甚至导致钻井的成败。钻井方法的选择应视情况而定，特别是技术参数的调整要及时到位，特别是其地下隐蔽性强，工艺复杂，危险性大，钻井技术的选择和应用尤为重要。1.影响因素影响水井钻探的因素很多，在施工中，既有可以人为控制或利用的积极因素，也有无法控制或无法克服的消极因素，了解和掌握其内在原理，才能使其效益最大化。（1）前提条件人员情况。人是水井钻井任务实施的关键因素。水井施工任务的顺利、安全、高效、圆满完成，需要一支睿智、果断、尽责的班组，知识丰富、经验丰富的地质钻井工程队伍，技术过硬的工作作风。拥有文化、体育、食宿、物资采购等后勤保障队伍。地质条件。不同的地质构造具有不同的特征，岩石性质不同，矿物成分和比例成分、湿度也会发生变化，因此在钻井过程中应考虑其影响，有目的地选择合适的钻井工艺。设备情况。用于水井施工的设备主要包括水文钻机、钻具、钻井泵、空压机、鼓风机、装卸运输车辆、水辆和服务保障车辆等。钻机的性能和稳定性直接决定了最大水井深度、井径、提升力、技术应用等，辅助设备也限制了设计。水井施工通常在交通不便的地方进行，工期一般不会太长，往往需要越野机动，以满足抢险救灾等特殊条件下野外任务的需要。（2）可控因素钻机及附属设备。不同的钻机其结构组成、动力、辅助设备和生产率各不相同，在实际设计中具有明显的优势和特点，可以通过技术特点进行比较。设备主要有泥浆泵、空压机、鼓风机、电力、油品、起重运输设备等。空压机和鼓风机的作用是压缩空气，给气体加压，储存能量，使高压气体作为能源工作。泥浆泵的主要作用是将地表的冲洗液泵送到井底，然后将被钻头破坏的岩渣排出井外。实践中普遍采用柱塞泥浆泵，可以多种方式调节流量，调节范围大，便于满足需要。钻具。钻井工具主要包括钻头、钻杆、钻铤、接头、稳定器、冲击锤、减震器、止回阀等井下装置。通常，钻柱被称为动力头下方和钻头上方的组合。钻头是钻孔、破岩、破碎岩石的直接工具，其质量和结构决定了适用的地层和钻井方法，对打水井的速度也起着至关重要的作用。钻压。钻压决定了钻头齿对岩石的作用力，直观地反映在岩石的深度上，直接决定了碎渣的大小和破岩效果，对钻进的影响也很重要。在一般施工钻井中，如果其他条件不变，ROP和WOB在理想状态下大多接近线性，但在实际情况下，它们仍可在较大范围内呈线性。钻井液。钻井液介质常用泥浆、空气、泡沫、水，有时还加入其他物质，其作用可概括为护壁、堵漏、破岩、返渣、冷却和润滑。四、水文地质深孔钻探水井工艺技术-成井工艺钻完井相当于完成主体，其他前期验收和交接活动统称为完井过程。冲孔换浆、测井、下井管、填砾、止水、洗井、抽水试验、下泵，对水量、水质和水井寿命影响很大，工艺是否合适决定了建井的成败。1.冲压制浆钻井和更换钻井液是钻井过程完成后为顺利完成完井过程所做的准备工作。钻进时孔内大量携带岩粉的黏72技术应用与研究稠钻井液，应更换为低粘度钻井液或清水。主要目的是去除泥沙，以免影响钻孔深度，落水管无法到达预期深度，造成滤管与含水层之间发生位移。置换泥浆选择的流体粘度和比重根据井内地层稳定性确定，一般采用清水置换泥浆。2.测井测井主要是测量井筒的倾角和井筒的结构，测量各含水层的位置和厚度。井斜超过规范，必须纠正，如果井径、井深有问题，必须重新钻孔，达到设计要求，否则无法进行井管安装出去。含水层的这些测量结果必须结合钻井时取的岩样和钻井的储层条件进行综合分析，作为井内取水的依据，同时决定开展工作降低管道。3.下管道下井管是完井过程中最重要的工序，基于正确选择井管和井管测量、正确确定下管方法和检查井前设备性能完成，否则难以评估不利影响，水井报废的情况并不少见。下管前应仔细检查井管，避免下管过程中井管破裂或管缠绕松动。管道的定位应根据测井结果和钻井条件，并根据地层情况，用尼龙网或棕色皮革包裹。下井管是一项比较危险的工作，要防止井管断裂或压坏，并防止在吊装过程中发生事故。井管下不下时，可将其稍微提起，多次尝试仍下不下，应将所有井管上提，疏通后再下管。发生坠落时，需将上井管升起，若下井管质量尚好，过滤位置与含水层一致，则应采用扩管法。否则，必须将所有井管吊起，重新清洗水井，并视情况重新排空管道，确保过滤器与含水层相匹配，并重新启用管道。4.砾石回填砾石充填的目的是填充筛分管与井壁之间的孔隙，以稳定井壁和管道，更重要的是形成人工滤层，防止地层中的细砂外溢入井。实践表明，即使其他井开发工艺性能良好，如果砾石回填不符合要求，也会导致井内流砂、滤水嘴堵塞、出水量减少、水质变差，甚至报废。因此，砾石回填也很重要。根据砾石的特性、形状和岩性，计算砾石回填土的厚度和高度。砾石充填方式可根据地层稳定性、井筒条件、滤管类型、设备状况、砾石质量等因素考虑，常用的方法有以下几种：第一，静水充砾石、停泵、充填彻底改变砂浆后用砾石，适用于地层相对稳定的孔壁。第二，动水下注砾石时，顶出砾石时密封井口，井管外侧向上回水，顺水方向带出砾石。5.止水封闭设计止水的设计目的是封住未使用的水，防止其进入井管污染水质，同时阻挡管底优质水渗入上层地层。其目的是逐层获取水文地质资料，隔离有害含水层，合理利用地下水。常用的防水方法：第一，粘土止水：选用优质粘土揉成直径35cm的粘土球，阴干后置于管外环形缝隙中。注入速度要慢，速度要恒定，不能太快，以免圆顶堵在中间。适用于大口径井的止水。第二，水泥止水：用泥浆泵将水泥浆泵入井管外环空，水泥硬化后将井管与地层粘结在一起，阻断水流。第三，橡胶止水：将橡胶圈固定在水封管外，通过充水或充气使其机械收缩膨胀，封闭环形间隙，达到止水的目的。四、结语本文在借鉴他人的经验和成果的基础上，综合分析了十余年水井施工的经验教训，系统分析了水文地质深孔钻探水井工艺技术应用的优化，研究表明：人是水井施工技术应用的最重要因素，有效的管理是实现技术优势和创新发展的可靠保证。其中，钻压、转速、气压、风量、钻井液容量等参数的确定理论计算数据有严格的指导性，实际钻井时应遵守该范围。泥浆和空气钻井技术适时更换，可有效钻进不同地层，更好地发挥各自优势。成井过程作为后期必要的技术应用，对水井的水质、水量和寿命至关重要，特别是下水管和砾石回填必须准确计算，止水材料必须过关，并讨论了冲洗井和抽水测试等要点。本文形成水文地质深孔钻探水井工艺技术应用方法，具有一定的实用性，对于提高人民基本生活质量、促进社会经济发展、改善生态环境具有十分重要的意义。参考文献：1吴昂昂.自动化泥浆循环净化装置在水井钻探中的应用J.西部探矿工程，2021，33（10）：35-36.2吴昂昂.空气潜孔锤在水文水井钻探中的应用J.中国金属通报，2021（02）：161-162.3甘永和，郭世超.沙漠地区小口径水井钻探技术研究应用C.石油天然气勘察技术中心站第二十八次技术交流研讨会论文集，2020，231-235.4刘慧.中企承建埃及水井钻探项目帮助“不毛之地”农业发展J.就业与保障，2019(18):20-21.作者简介：陈国明（1979），男，汉族，福建永安人，大专，钻探技师，研究方向：水文水井与套管技术。