矿区水文勘探钻孔施工技术及关键

    杨世华

    

    摘要：我国地域辽阔且矿产资源丰富，在进行矿产资源开采的过程中，需要面对各种水文以及勘探状况，对水文勘探钻孔施工技术的要求较高，在这种情况下，本文从水文勘探钻孔井身结构设计、水文孔钻进施工工艺以及洗井等角度展开了研究。

    关键词：矿区；水文勘探钻孔；施工技术；关键

    前言：在开展矿产资源开发的过程中，首先应当对当地的水文地质情况进行充分的了解，因此水文勘探钻孔施工技术在矿区工作中具有重要意义。钻井施工在水文地质中的应用，是水文地质勘探的重要环节。然而较多的工序存在于钻孔施工当中，必须认真对待每一环节，促使真实性在抽水资料中得以充分的体现。

    一、井身结构设计

    孔身结构在水文地质钻孔当中由三部分组成，分别为博涵开孔和中孔的孔径、孔深以及井管直径。在对钻孔结构进行设计的过程中，井管、出水量的预计值以及钻孔的类型等因素不容忽视。现阶段，我国在矿区施工过程中，主要的水文勘探钻孔类型包含长期观测孔以及水文地质勘探孔，其应用过程中必须对技术套管进行应用，从而提升井壁的安全性。

    在设计水文勘探钻孔的过程中，通常应遵循以下原则：对含水层进行有效的保护，防止污染现象的发生，严禁复杂的钻孔产生，尽量缩短施工的时间，在对孔径以及深度进行设计的过程中，通常需要自下而上进行，简单的井身结构至关重要。

    一方面，确定孔深。在这一过程中，应综合考虑多种因素，如地址条件、现阶段拥有的钻探技术水平以及钻孔希望实现的目标等，更主要的是对沉淀管的长度进行确定，防止淤塞现象在钻孔工作段的产生。

    另一方面，确定孔径。影响孔径大小的因素较多，通常包含钻孔出水量、抽水设备以及钻孔结构等。如果钻孔拥有相对复杂的结构，对终孔直径的确定是孔径设计的基础，并在掌握变径大小以及次数的过程中，将钻孔开孔直径的推定自下而上进行。而终孔直径的尺寸应当根据过滤器大小、抽水设备种类以及钻孔出水量等因素来进行确定。

    二、水文孔钻进施工工艺

    （一）钻进工艺特点。在对钻进工艺进行应用的过程中，应充分考虑矿区含水层以及地下水的特点，在对水文孔钻探工艺进行应用的过程中，其呈现出以下特点：首先，对较大直径的套管进行应用，与此同时，其也拥有较大的孔径。在面对钻孔不同的类型过程中，也应当拥有不同的套管壁厚，通常情况下拥有较大壁厚的孔套管为长观型：其次，将合金应用于钻头的结构当中，其应当具有片状较多、切削具少以及较大的水口等特点。在提升冲洗液流通效果的过程中，应对外肋骨钻头进行应用；最后，通常情况下，110mm应当是钻头的外直径大小，在对扭矩增大的过程中，应促使钻杆中冲洗液流动的阻力降低。

    （二）取芯钻进和不取芯钻进。在对新地层进行取芯钻进的过程中，通常应对外肋骨取芯钻头进行应用，而六翼扩钻头以及三翼钻头应当是不取芯钻进过程中主要应用的钻头，环状取芯钻头是基岩取芯段施工过程中应当使用的钻头，而不取芯段的钻进基岩施工过程中，应对牙轮钻头钻进进行应用。

    （三）扩孔钻进。在成井的过程中应用扩井钻，必须对小直径的取芯钻进进行应用，在扩孔成井的过程中应对大直径的取芯钻进进行应用。该方法应用过程中，通常包含以下情况：

    首先，一径成井在设计能力的约束下无法实现，因此需要实施逐级扩成井。如果施工过程中拥有较大的岩石破碎量，较小功率的钻机是无法满足施工要求的，而在对较多的岩屑进行排除的过程中，较小的泵量也无法满足施工要求，在这种情况下应实施逐级扩孔。

    其次，如果矿区拥有较多的含水层，应对其进行分层的观测，在适应水文地质需求的过程中，通常需要对扩孔钻进进行应用。

    再次，一次性成孔不可以在地层中实现，在施工过程中，必须对小眼进行提前打出，接下来在进行逐级成孔的工作。在大量是实践过程中可以发现，在进行扩孔钻进的过程中，应注重两方面内容，一方面在对扩孔级差进行确定的过程中，应充分考虑井径和设备的能力因素；另一方面，在选取钻头类型的过程中应以地层特点作为基础。

    在进行粘土层扩孔施工的过程中，较大的阻力产生于回转当中，因此成井时可以对分级扩孔手段进行应用。该层扩孔的过程中将会产生较高的造浆率，在面对缩径地层的过程中，必须对拥有较高质量的泥浆进行应用。而在选取和应用钻头的过程中，应以多肋骨钻头和六翼钻头为主。

    三、洗井

    在连接含水层的过程中对滤水管进行应用，促使水在二者之间进行反复流动从而实现对含水层进行清洗的目的。在洗井过程中，可以通过以下形式开展。

    （一）化学剂的应用。在对泥浆粘结性进行破坏的过程中可以对化学溶液进行应用，同时减轻泥浆洗井壁岩石的能力。通常情况下，这一溶液为焦磷酸钠，钻杆是化学剂进入井内的媒介，保证其在内部真空的条件下实现二十四小时的均匀循环，在此基础上开展洗井工作能够提升工作效率。

    （二）活塞洗井。在钻杆上安装活塞，保证钻杆到达一定深度，在对钻具进行上下活动的过程中需要对升降机进行利用，而上下反复运动应在产生于套管中的钻杆活塞当中，在构成一定负压以后，在含水层以为的泥皮将被破坏，从而实现对含水层进行疏通的目的，最终实现洗井。不同的含水层都可以应用活塞进行洗井，该技术的有效应用不需要考虑含水层中的数量多少，应用中都能够产生良好的效果。如果含水层中包含大量的砂岩以及灰岩，最简便的洗井方法就是活塞洗井。

    （三）高压射流洗井。这一方法在使用过程中，洗井主要是在井壁中进行大量的喷水，喷嘴将大量的高压水喷出以后，可以促使漩涡移动在滤水管以外的砂层颗粒中产生，是实现洗井目的的关键环节。该洗井方式在应用过程中，通常被作为一种辅助的程序，用于为其他洗井方式奠定良好的基础。其单独应用的过程中，洗井的效果及质量相对较低。

    （四）液态二氧化碳洗井。并联多瓶的二氧化碳，并联中需要对高压软管进行应用，将钻杆深入到孔内当中，其深度应当到达井内的中下部，连接液态二氧化碳管以及孔口钻杆，在将液态二氧化碳向井下压入的过程中，需要将阀门开启，同时以最快的速度进行气化促使井喷形成，从而确保井内大量的泥沙可以在较大的冲击下向井外喷出，而这一过程中，井内将产生瞬时真空状况，而堵塞物在井壁周边的含水层当中将在水流的带动下向井内流入。在对液态二氧化碳进行应用的过程中，其可能形成7MPa的压力，因此在井内中的钻杆应当小于700m的深度，如果深度较大将导致井喷无法形成，更无法提升洗井的质量。值得注意的是，在对液态二氧化碳洗井方法进行利用的过程中，其只能应用于大于700m深度的含水层当中。结论：综上所述，我国矿产资源丰富，在积极进行现代化建设的过程中，提升矿产资源的开发力度、充分利用资源势在必行。在矿产开发的过程中，对水文的勘探至关重要，现阶段我国主要应用于水文勘探的技术为钻孔施工技术，该技术应用过程中包含多个环节，本文从井身结构设计、水文孔钻进施工工艺以及洗井等角度展开了探讨，希望对于提升我国矿区水文勘探起到促进作用。