泵吸反循环钻凿深水井的一个实例

2013-01-25李殿文胡俭春曲振贵

吉林地质 2013年2期

李殿文,胡俭春,曲振贵

吉林省四平地质工程勘察院, 吉林四平 136000

1 概述

泵吸反循环钻凿水井，目前得到越来越广泛的应用，由于速度快，清孔好，施工便捷，深受工程技术人员的欢迎。第四系地层、第三系地层及部分白垩系地层都能钻进成井。但有一个缺点，那就是随着钻进深度的增加，排渣能力不断下降，最后因排不了渣，不得不终孔。也就是说：泵吸反循环钻凿水井受成井深度的限制。在此钻凿实例之前，在通榆和洮南一带，泵吸反循环钻凿工艺钻凿最深的井也就150 m左右，超过180 m的深水井几乎没有，200 多米的供水井，根本没有钻凿成功的例子。其原因如下：

通榆、洮南一带的地层，主要为第四系地层和第三系地层，其最大特点是松散，易塌孔。第三系地层虽然名字叫泥岩、砂岩，可实际上地层都是弱胶结和无胶结，从取上来的岩心看，所谓的泥岩，和粉质粘土差不多，很少处于坚硬状态，大多为硬塑和硬可塑状态；而砂岩，根本就无胶结，和第四系的粉砂和细砂没有什么两样。这就大大地增加了泵吸反循环的施工难度。因为如果泵的吸力太小，成井深度受限，如果吸力过大，伴随而来的就是塌孔，一旦塌孔，钻凿失败，就受到了损失。成井深度目标越大，出现塌孔的机会就越大，损失就越大，因此，很多施工单位，也不愿意冒此种较大的风险去钻凿过深的供水井。

另外，孔口的直径越大，排渣越困难，也更容易塌孔，对于通榆洮南一带的供水井来说，钻孔的口径一般都应在350～500 mm 之间，首先是井管要有足够的直径，太小的直径的井管满足不了取水要求；其次，井管外要填砾，填砾的厚度要达到规范的要求，或地区经验的要求，因此钻孔口径是一项不可忽视的硬指标。

2 实例

通榆县双岗镇某厂拟建供水井深度为200 m，设计钻凿口径为500 mm，下219 mm 铸铁管。搜集的地层资料如下：

其中，0.0～64 m 为第四系地层；64～195 m为第三系地层；195～210 m 为白垩系地层。

3 方法

真对钻凿深度越大排渣越困难，和钻凿深度越大井孔越易坍塌的等一系列特点，结合多年来我们在该地区的钻凿经验，制定了一系列的错施，其最主要的有如下4 项错施：

3.1 孔口护筒的埋设

对于泵吸反循环钻凿200 m 深的深水井，对于设备来说属于超深，由于回流流量大，速度快，施工时间长，极易造成井口坍塌，孔口埋设护筒，可以有效地减少孔口坍塌的可能。

护筒底部要与土层密实结合，护筒的外侧，要用白土和粘性土，分层围填并捣实，决不允许渗水。

实践证明，一大部份塌孔是由井口最先开始的，所以埋设护筒是很关键的一步，一定要重视。

3.2 保持合理的孔内液柱压力

反循环施工，我们认为200 m 以上的深井必须在孔内保持2.0 m 以上的静水压头，要达到这一项要求，要采取如下的技术措施：

（1）开挖足够容积的泥浆池，一般来说，泵吸反循环钻进，泥浆池的容积是钻孔容积的1.5～2.0倍。而200 m 的深水井，要大于2 倍，大多少合理，经分析，我们采用的是大于2.5 倍。理论上，200 m 深，500 mm 径钻孔容积为39.25 m3，实际上，由于反循环钻进中，有很大的抽吸力，特别对上部第四系地层来说，不规责的、不可控制的超径现象是必然存在的，因此，钻孔容积要超出理论计算值。有鉴于此，我们挖两个连通的泥浆池，一个是吸浆池，一个是排浆池，吸浆池略小，排浆池要很大，总容积100 m3，两池中间连通。

（2）要准备充足的供水水源，以防孔内发生严重漏失时及时补水补浆，补水补浆不及就会发生钻孔坍塌。

（3）在钻到58～64 m 的砂砾层时，为防止2.0 m 以上的静水压头不足以保持孔壁稳定时，采用了泥浆护壁，同时为防止泥浆也不能满足护壁要求，多次把钻具提离孔底10～15 cm，开动砂石泵吸除塌落物。塌落物吸尽后再钻进，然后而停车继续吸，直至钻穿砾石层。

保持一定的压力水头，是防止深部塌孔最有效办法。深部一旦塌孔，90%以上处理不了，最后重新回填，待填入物密实后在钻进，或移动钻机，易地重钻，这样，工作量就全部报废，造成很大的损失。

3.3 冲洗液环空速流的控制

砂石泵的排量是影响钻进效率的一个关键因素。即要求冲洗液在钻杆内有足够的流速，以便有效的携带钻屑，又要求冲洗液对孔壁的冲刷破坏作用小。根据我们的施工经验，就此孔的情况而言，钻杆内的流速不宜低于2.4 m/s，钻杆外的流速应控制在0.16 m/s 之内。如果遇到大粒径的卵石，钻杆内2.4 m/s 的流速就满足不了携渣的要求时，可以开大砂石泵排水阀门，大卵砾石通过后再及时关小排水阀门，恢复正常钻进时的排量。

3.4 钻头的设计

我们根据地层资料，按照设计要求，自行设计了三翼钻头，钻头直径为460 mm，根据本地区多年的泵吸反循环钻凿经验，直径460 mm 的钻头，在第四系地层，钻凿出的口径能达到505 mm，而第三系地层，因其无胶结和弱胶结，其直径也能达到500 mm。该钻头配置有鱼尾型的底切片，底切片上开有主吸渣口，为了防止岩粉超过主吸渣口后停泵，钻头体上开有副吸渣口，同时钻头体上还焊有三个阶梯形垂直切屑齿，对钻进砂砾石层、粘土层等都非常有效。

4 效果

由于采取了上述4 项错施，本工程十分顺利，经两天一夜的施工，顺利完成。在180～200 m 段，采取了慢速钻进，钻渣全部抽吸上来。根据本地区施工经验，成200 m 的深水井，多钻了8 m，即实际钻了208 m，然后进行1 h 的清孔.接着进行了下管。下管之后及时进行了换桨。成井后，实测孔深200.20 m，完全符合要求。