3-第三章 水文地质及水井钻

要求的不同，第四系地层回转钻进的工艺方法上
可分为常规口径取心钻进、大口径成孔钻进、大
口径一次钻进成孔。
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当使用岩心钻探设备时，可钻进岩心采取率 要求较高的常规口径钻孔，或分级扩孔成孔（井） 的工艺。而使用转盘式水井钻机时，则可采用岩 心采取率要求不高或无要求的钻孔（井），或采 用大口径一次钻进成孔。 •钻头——在第四系的粘土、砂及砂土类地层中 钻进时，应选用硬质合金肋骨式钻头；在第四系 砾卵石、漂石地层中钻进时，可选用硬质合金钻 头、钢粒钻头以及钢粒硬合金混合式钻头、牙轮 钻头等。 30
次数，可最后推算出开孔直径的大小。
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三、水文地质和水井钻的孔（井）身结构 1.水文地质孔的孔身结构 由于水文地质孔的终孔直径要求不小于 110 mm （全孔取心、岩心采取率不低于 75% ），据此 向上推：用127 mm套管作为必要的护孔套管（用 l30 mm钻头钻进），孔口管用148 mm的套管（用 150 mm的钻头开孔）；或选用再大级的套管作为 孔口管，即168 mm的套管作孔口管（用174 mm钻 头开孔），留一级备用孔径，遇特殊情况时，好 再下一级套管。 12
第三章
第一节
第二节
水文地质及水井钻
概述
水文地质和水井钻 钻孔（井）方法
第三节
成井工艺
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第一节 概述
一、水文地质和水井钻的特点
二、水文地质和水井钻孔（井）身
结构要素的确定
三、水文地质和水井钻孔（井）身 结构
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为满足对水资源的日益增长的需求，勘探和 开发地下水资源，合理地利用地下水资源是地质 工作的长期的重要任务。在地下水资源的普查、 勘探和开发工作中，钻探（井）工程是不可缺少 的主要手段。 为获得水文地质资料而进行的钻探工作，称 为水文地质钻探。所形成的钻孔，称为水文地质 孔，或称为水文地质勘探孔。为开发地下水而进 行的钻井工作，称为水井钻，所形成的井简称为 供水井。 3
•全面钻进技术参数——采用较大的钻压和泵量 钻进，对于采用强力规程钻进、加速钻进速度、 防止糊钻、提高排粉能力都有很大的好处。 38
mPa·s。
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在钻进工艺上，粘土类地层因钻头易于压入
切削、进入快，如果冲洗液量不足，极易出现憋
泵、糊钻等情况，因此宜采用轻压、高转速、大
泵量的钻进技术参数，即：钻头压力 400 ～ 450
N/ 颗 合 金 × 硬 合 金 数 ； 钻 头 转 速 0.9 ～ 2.5
m/s(线速度)；泵量尽可能大。
多。这种供水井要求管外严格密封止水，以隔绝
覆盖层和非可采层的水渗入。
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（4）基岩供水井 基岩供水井必须将上部地表水和第四系地层 水隔绝，以防其污染基岩中的地下水。一般有以 下三种情况： A.整个基岩地层均较稳定，只需下一井口管封隔 地表水渗入即可。 B.上部有第四系覆盖层，含水层在下部基岩中， 但比较稳定，只需在第四系地层下井管，管外用 水泥止水，以隔绝第四系覆盖层水和地表水渗入。 C.下部基岩地层不稳定，上部第四系覆盖层下入 井管，管外用水泥止水，下部基岩地层下入过滤 管。 24
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பைடு நூலகம்
•取心钻进工艺参数 粘性土类地层的取心钻进工艺——采用肋骨
式钻头钻进。当地层连结力较强，容易取心时，
采用普通钻具即可。若地层松散，可选用双层或
三层岩心管，它上接弹子接头，或喷反钻具，以
提高岩心采取率和岩心的质量。
在第四系粘性土类地层中钻进，尽可能用低
粘度、小密度的冲洗液，一般其粘度不超过 19
2.孔（井）径 孔（井）直径，包括开孔直径、中间变径、 终孔直径几种。在设计孔（井）身结构时，首先 要确定终孔直径。确定终孔直径必须根据以下因 素进行。
（ 1 ）岩心直径——在水文地质勘探工作中， 为获得水文地质资料，需要采取岩心进行分析、 试验。为满足试验对岩心直径的要求，地质部门 规定终孔直径不小于 110mm ，特殊情况下可使用 直径91mm的钻头补采岩心。 10
回转钻进的基础上发展、演变而形成的。
在水文地质和水井钻钻孔（井）工作中，回
转钻进又可分为取心钻进、扩孔钻进和全面钻进
三种。
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1.钻探设备 各施工部门和单位，根据实际情况，或选用岩心 钻探设备，或选用专用水井钻机、工程钻机。 为适应钻进直径大的特点，水井专用钻机多 采用转盘式钻机，其转盘可以容纳较大的通孔和
•钻具——在第四系松软地层常规口径钻进时， 为改善钻具的受力状态，可采用钻铤加压，即在 粗径钻具上接钻铤，钻具的连接方法视钻孔直径 大小、钻进阻力等情况而定，一般是采用螺纹连 接，使用较大直径岩心管的异径接头，也可采用 焊接连接。 当钻孔较深时，为增加钻具的运转稳定性， 可在粗轻钻具上部或钻铤上部装置扶正器，亦能 改善钻具受力状态，减少钻孔弯曲。
工艺空气钻进、潜孔锤钻进，以及反循环冲击钻
进等新的钻进方法。
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5. 劳动强度——由于水文地质和水井钻的钻孔
（井）直径大且全面钻进多，产生的岩粉、岩 施工周期短，搬迁频繁等，使各方面的作业劳
屑多，设备、钻具笨重，钻孔（井）相对较浅， 动强度加大。
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二、水文地质和水井钻孔（井）身结构要素确定 1.孔（井）深 水文地质和水井钻钻孔（井）的深度，是由 水文地质勘探和开发地下水的目的层的埋藏深度 来决定的。例如水文地质孔，拟查明的某含水层 埋藏深度即为钻孔的钻进深度，这个深度是根据 理想柱状图预推的，或由附近的钻孔资料推断而 定，是概略的数值。精确的深度是通过钻进取得 的岩心和样品而最后确定的。
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第二节 水文地质和水井钻 钻孔（井）方法
一、回转钻进
二、钢丝绳冲击钻进
三、反循环钻进
四、空气钻进
五、潜孔锤钻进
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一、回转钻进 当前，我国各有关部门在水文地质和水井钻
钻孔（井）工作中，应用最广泛而有效的钻进方
法仍然是回转钻进。近年来逐步试验推广的反循
环钻进、空气钻进、潜孔锤钻进等方法，都是在
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对于多层含水层，则以最底下一层含水层的 埋藏深度作为钻孔的深度。 长期观测孔、探采结合孔和供水井，需要在 过滤管以下安装沉砂管，以使随地下水进入管内 的砂子沉淀在沉砂管内。沉砂管长度视地层具体 情况而定，一般3～5 m即可；若地下水中含砂量 大可适当加长沉砂管长度。如果含水层的底板岩 层过于软弱，不能承受井管柱的压力，亦需适当 加长沉砂管长度，以使其坐落在强度较大的地层 上，若含水层较厚，也可安装在含水层中。 9
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（2）中深供水井（中深井）
井深在 100 ～ 300m 范围内的供水井，称为中
深井。中深井一般采用钢管、铸铁管、塑料管作
井管，井管内径多为200～300mm。
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（3）深供水井（深井） 这类井井深超过300m，穿过地层多，多用于
城市供水、工业用水、开发浅部地热水等。深井
的井身结构比较复杂，变径次数多，即套管层次
要求进行填砾、洗井。
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5.供水井的井身结构 （1）浅供水井（浅井）
这类井井深在 100m 以内，井径一般大于 400
mm，多采用一径到底的井身结构。井管采用铸铁
管、混凝土管等，井管与含水层井壁环状间隙中
投填砾石；含水层以上间隙则需充填止水物（如
粘土、水泥等）以隔绝地表水污染地下水。这种
井身结构较简单，节约管材且容易施工。
2.钻进地层 水文地质和水井钻工作一般都在第四系地 卵砾石、块石、漂石等地层，这必然给钻探工
层进行，这些地层常是各类填土、粘土、砂层、 作带来诸多的问题，如坍塌、缩径、扩径、漏
失和难于采取岩心、样品等。当在基岩地层钻
进时，也较多地会遇到裂隙、断裂带、破碎带
和溶洞。在这些复杂地层中钻进时，事故多、
效率低。
设备能力、扩孔级差、地层特点等因素综合考虑。
规范上应采用中等钻压、低转速、中等泵量。 37
C.第四系地层大口径全面钻进工艺 •全面钻进钻头——翼片式钻头，适于水文水井 钻；鱼尾钻头，适于软塑性地层；三翼钻头，适 于粘土类、砂类、砾石层；四翼钻头，适于夹有 大卵石地层；牙轮钻头，钻进效率高，适用范围 广，从软地层到基岩地层均可钻进。三牙轮钻头 是当前使用最广泛的牙轮钻头。
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2.水文地质勘探孔的孔身结构
水文地质勘探孔除满足钻探质量要求外，还
需进行孔内试验，要求过滤管直径小于108 mm，
根据不同的地层情况和对管外填砾的具体要求，
钻孔结构可参考如图 3-2 所示的几种图例进行。
其中 (a) 、 (b) 为第四系地层钻孔结构， (c) 为上
部第四系、下部为基岩地层的钻孔结构， (d) 为
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3.钻孔（井）结构——由于要进行孔内试验等原 因，钻孔（井）下套管层次多，钻孔直径大，止 水工作要求高，从而使钻孔结构较复杂。 4.钻进方法——为适应地层复杂、孔（井）直径 近年来，除采用正循环回转钻进、钢丝绳冲击钻
大等特点，水文地质和水井钻钻进方法发展很快。 进外，已逐步试验和推广了各种反循环钻进、多
基岩地层的钻孔结构。
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3.探采结合井的井身结构 探采结合井常采用146 mm的过滤管，上部井
管的直径应根据下入井管内抽水的深井泵泵体外
径确定。可以采用一径或两径钻到终孔，两径成
井。不同直径的井管可用异径接头连接。
4.水文地质长期观测孔的孔身结构
水文地质长期观测孔需下井壁管和过滤管，
一般过滤管直径为 50 ～ 110mm ，管外按成井工艺
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•砂类地层的取心钻进工艺——在砂类地层钻进， 为满足取心率的要求，一般采用双层岩心管钻具 钻进，外接肋骨钻头，内管接普遍硬合金钻头， 双管钻具可选用双动或单动双层岩心管。在选用 时应考虑到水文地质钻探泵量大的特点，双管钻 具应具有足够的通水断面，以保证冲洗液循环畅 通。
砂类地层钻进工艺应根据砂类地层进尺容易、 保持孔（井）壁稳定难的特点，用优质泥浆和适 当的泵量。一般采用轻压、中等转速、中等或稍 大泵量、适当控制钻具给进速度的操纵方法。 34