水文地质钻探与水源井成井技术

■李稳刚

（陕西省水工程勘察规划研究院　陕西　西安　710002）

水文地质钻探与水源井成井技术

■李稳刚

（陕西省水工程勘察规划研究院陕西西安710002）

水源井是人类开采地下水资源的主要构筑物，在世界各国(尤其是干旱地区)得到了广泛的应用。目前由于地表水局部缺乏及易遭受人为污染，地下水资源开采和利用成了我国西北地区及许多城市的重要供水渠道。同时还有相当大数量的灌溉用机井，可以说机井建设的发展保证了我国西北地区工农业和粮食生产的稳步增长。文中将针对水文地质钻探以及水源井成井技术进行了研究。

水文地质钻探水源井成井技术

随着人们对地下水资源的利用力度不断加大，水源井作为开采地下水的主要构筑物，将会得到更加广泛的应用。本文结合水文地质勘察施工实践，对松散层水源井的施工工艺及其技术要点进行了阐述，以期在今后的工程实践中加以论证应用，以进一步提高水源井施工的技术水平，并取得更大的经济效益和社会效益。

1　影响水源井出水量的原因以及处理方法

1.1岩屑阻水

由于水源井成孔孔径大，且泥浆泵排量不足，携岩不彻底，致使部分岩屑和泥皮成孔后仍残留孔内，下管后岩屑、泥皮阻止地下水透过过滤器进入井内；成孔后换浆不彻底立即下管，使得井底泥浆过稠，严重影响了水井的出水量。

1.2砾料不到位

因投放砾料中出现架桥现象，使得砾料部分或全部不能投放到过滤器部位，即:不能形成人工过滤层，出现涌砂现象，地下水中的粉细砂粒透过过滤器进入井内，淤积、沉淀，埋没部分滤水器，使水井开始水量大，随着使用水量越来越小。

1.3水源井洗井的基本方法

1.3.1活塞洗井

活塞洗井时，活塞在钻杆或抽筒的重力作用下，迅速下降，冲击井水，使井水透出过滤器冲击含水层。然后猛然上提活塞，在活塞下面的井段内形成真空，含沙层中的水迅速注入井内，破坏井壁泥皮，并携带出含水层的泥、细砂和渗入水层中的泥浆。

1.3.2空压机大返洗

所谓大返洗井是指将风管下到井的过虑器以下部位，压风机不断向井内送风，随着压力的增高，体积不断膨胀，部分水形成水气结合水，等压力达到一定后，气将水托起，井内水沿着井筒密风管的空隙返出。特点是安装简便，出水快，是一般水源井常用的洗井方法。

1.3.3化学试剂洗井

所谓化学试剂洗井是通过向井内投放化学试剂，在井内形成一定浓度的溶液，溶液透过过滤器，进入井壁与井管之间的环状间隙内，使得泥皮或泥质岩被溶蚀，分解成细小颗粒。随着抽洗井被抽出管外，从而增大了地下水进水通道，增加出水量。化学药品通常有盐酸、偏磷酸钠、焦磷酸钠、氨基磺酸等等。

2　水源井成井技术

2.1关于滤料级配

井管外填滤料砂砾的粒级级配和填砾厚度是否得当，是水井进水效果过滤防砂的关键之一，亦是水井成败和服务年长短的决定因素之一。有关文献和手册中对填砾粒级和厚度作有明确的规定，对中粗砂砾含水层：填料粒级为含水层砂粒D50的6～10倍，厚度为75～100mm；细粉砂层含水层：填砂粒级为D50的6～8倍，厚度为100～200mm。按此可以概括，对中细砂层而言，填滤料砾砂粒径、均匀者为0.5～1mm，半均匀者则为0.5～2mm。试验结果：对细粉层达到即防砂又不影响出水，其极限填砾粒径为D50的24倍，正常应在D50的14～16倍为最好。而且认为在上述极限填砾粒级以内，出水含砂量随清砂排水时间的延长而逐渐减少。

2.2扩孔

第四系松散层水源井的施工中，上部开孔一般应选用和设计孔径大小相同的钻头一次成孔，以保证孔口和上部孔壁的稳定；当下部地层变硬，进尺较慢、扭矩过大时，应更换小钻头钻进，进尺30m左右提出钻具，重新下入大钻头扩孔，这样循环往复，直至钻到设计深度。注意在粘土层中用小钻头一次不宜钻进深度过大，防止缩孔包钻。水源井井径要达到设计要求，扩孔是成孔的一道重要工序。在松散粘性土层和砂土中扩孔一般采用翼片式扩孔钻头，在固结粘土和砂卵石地层中采用牙轮钻头钻进和扩孔，并带加重钻具。为使钻具回转时平稳并修正孔壁，通常在扩孔钻头翼片上方焊接一个小于钻头直径4～10 mm的扶正圈，必要时也可在钻杆上适当位置加焊一个扶正圈，为使扩孔时不脱离勘探钻孔，保证扩孔孔斜，应在扩孔器底部焊接长约0.5～1 m左右的比原径孔径小一级的前导向管。完井后下管前，先用试孔器对孔内进行导正破壁，并将孔内的泥浆适当换稀。

2.3井管的下置

井管是垂直安装在地下的取水管道，由井壁管、滤水管及沉砂管组成，井壁管安装在非含水层处，起护壁作用，滤水管安装在含水层处，起滤水挡砂的作用，井管最下端为沉砂管，底部封闭，用以沉淀水中所含砂粒。对于井管，通常要求无残缺、断裂、弯曲等现象，连接后应保持同心；管内壁应平整、圆滑，连接后应吻合严密；应有一定的抗压、抗拉、抗弯曲强度，以保证承受井壁岩层和填砾的侧向压力和井管自重；应具有较强的抗腐蚀能力，以延长其使用年限；材质要无毒和不污染水质；滤水管要有较大的孔隙率、能减少地下水流入管内的阻力并起到良好的滤水挡砂性能。

2.4成井过程中钻探泥浆的清除

成井施工时均需泥浆护壁钻探，凿井达到设计深度后方将井管及所配置的过滤器系统装置下入井中。清除井中钻探泥浆的方法，通常是在井管过滤系统装置下完之后，将钻具下入至井管底部，用清水冲洗井内泥浆。基于井管口一般均高于地面，清水冲洗时常见冲洗液从井管外溢。待清水返出一段时间后，即认为井中泥浆被清除，随即边冲洗边开始投放人工滤料，充填砂砾滤层，直至投满填实方停止清水冲洗，此乃成井施工中的通用工艺，亦为普遍采用的施工方法。上述施工方法，在客观实际上是难以达到理想的清除井内泥浆的效果，主要受两方面的因素制约：一种情形是钻具将清水送至井底部冲洗，虽见清水从井管外溢返，但由于井中泥浆与冲洗清水的比重差异，清水在泵压作用下，多从过滤管上部或某段过滤孔突破，其下部的泥浆并未被置换清除。另一种情形是成井钻探口径大多在0.8～1.00m的直径的空间，冲洗清水在冲洗运行中，从滤管某一部位突破到管外环状空间，不可能形成全断面顶托流返，而是沿一条突破通道流返、致使管外环状空间中的泥浆及悬浮泥屑不能有效清除。

2.5成井后的洗井

在富水区可直接下入大流量的潜水泵抽洗井内泥浆水（即大流量大降深），将井内水抽清后停泵，待井内水位恢复稳定后再次起动水泵抽水，这样多次反复，直至水泵起动后不出混水为至，然后用空气压缩机清除井底沉淀，该方法省时省力，便于操作，且效果较好。

在弱富水区或贫水区，应首先用空气压缩机洗井，若水位过深，空气压缩机压力无法达到时，可采用井内注水的方法抬高水位，进行洗井，并结合活塞与氨基磺酸联合洗井；氨基磺酸的最大比例为井管内水的10%，将配制好的溶液用虹吸管或直接经抽水管送到过滤器部位，用活塞将液体压入过滤器外面，待静置24小时后，使酸溶液与过滤器外面的泥皮或结垢充分溶解后，再用空压机抽水，可采用边拉活塞边抽水的方法，效果更加显著，可根据出水量变化情况重复进行。

3　结束语

通过对水源井成井工艺的不断探索与总结，并在水文地质勘探与水源井施工中不断进行理论与实践的有机结合，目前对关中地区厚松散层钻进地质条件已有了充分的了解，按所设定的成井技术方案进行施工，水井的成井质量较高，出水量及稳定性较好。但受地质条件的限制，采取好的成井技术，完善深井施工成井工艺仍是钻探技术人员需要思考的问题，努力发展不同地质条件的成井技术，将会为地下水资源的有效开发与利用发挥更大的作用。

[1]戴隆沛，秦福刚，李磊.松散层深部水源井成井技术与工程应用 [J].西部探矿工程，2008，06:60-62.

[2]樊小舟.水文地质钻探和水源井成井技术 [J].中国煤炭地质，2016，01:57.

[3]秦福刚，李磊.松散层水源井成井工艺研究 [J].地下水，2007，05:114-116.

P634[文献码]B

1000-405X（2016）-9-81-1