水文地质勘察技术在钻探施工中的应用效果研究

张一飞

（中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000）

水文地质勘查技术为在钻探和施工中起到重要作用，是在大型钻探和施工中常见的一种技术，为大型钻探和施工提供了技术支持。随着现代科学技术的进步，水文地质勘查技术已经得到了很大的发展，尤其特别是在水文地质勘查技术上。水文地质勘查技术有效地解决了在地下勘查中遇到的难题，有效地进行了地下资源开采，为我国社会和经济的发展提供了不竭动力。加强对水文地质勘察技术的改进，在钻探施工中了解其应用效果，对水文地质勘察技术进行调整，使其使用的技术可以有效达到施工效果。从现在的水文地质勘察技术来看，在钻探施工方面已经取得了很大进步，但是还是会存在一些问题，没有达到最优化的应用效果。在钻探施工中加强对水文地质勘察技术的应用，确保工作的有效开展，充分利用勘察技术，使施工结果达到最优化，研究水文地质勘察技术在钻探施工中的应用效果。加强水文地质勘查技术在钻探施工当中的应用，有效保障了钻探施工的效率。

1 水文地质勘察技术在钻探施工中的应用

1.1 提取水文地质特征

水文地质钻探是水文地质勘查工作的主要内容，在水文地质勘探中的钻探不同于传统的矿山资源钻探，地层结构相对复杂，在进行钻探过程中，钻探的孔径比传统钻探孔径较大。在进行实际钻探中，需要利用清水推进钻探施工，这样才会测量出准确的参数。水文地质地层下面有地下水，如果在施工过程中，进行不合理的钻探就会引起地下水水位发生变化，导致施工难度加大。水文地质环境下地表水发育较少，主要受地下水受岩性、构造以及地形地貌的控制[1]。水文地质结构非常复杂，如果在开采过程中出现失误，会引发地质灾害，比如，地层断裂，地表塌陷等，甚至会对施工人员的安全造成威胁。水文地质环境就是地下水比较丰富，如果不合理开采会导致地下水枯竭，水质变差，水环境污染严重。在进行钻探施工中，由于外部环境的改变会改变地下水的动力作用，动力作用由弱变强，就会引发严重的岩土工程危害，会延长钻探施工的施工周期，影响工程质量。在进行钻探施工中加强对水文地质特征进行分析，通过勘探技术测得精准数据，为后面制定施工方案做准备，分析整个水文地质环境具备的自然地理条件、地质环境条件、地下水位的区分情况以及含水层和隔水层的具体情况[2]。所以在进行钻探施工过程之前，一定要对水文地质特征进行分析，确保工程顺利开展。

1.2 构建力学模型

通过构建力学模型，分析钻孔的受力情况，有效进行钻探工作。设置一个平面，则平面为M，分析稳定组合钻具中的受力情况，分别是稳定器载荷自重作用力、稳定器处的反支力、轴向力、钻头处的转矩，以及跨梁载荷自重作用力，如图1所示：

图1 稳定组合钻具受力分析

将五个支座反力分别用A1、A2、A3、A4、A5表示。B1、B2、B3、B4、B5分别表示梁在这个点上受到的力，H为稳定器处的力。根据力学模型可以计算出梁在A2处受重载作用力为：

其中公式中 1F表示稳定器A1到A2的距离，根据梁在A3点受重载作用力，可用下列公式得出：

通过对上述公式可以确定稳定组合钻具受力情况。根据模型的建立可以分析确定在进行钻孔钻探时，使用多少力可以达到最佳效果[3]。

1.3 基于模拟算法控制钻探效率

通过利用模拟算法来进行效果检验，采用拟合多项式，对于水文地质地层，根据构建的力学模型得到钻孔测得的方向和钻孔的深度。在进行钻探施工中钻孔设置合理可以加快工程进程[4]。对根据勘察出来的水文地质环境，可以利用多项式函数可以每一个钻具对应相应的孔径大小，不断迭代计算得出更准确的值。可以有效的实现控制钻孔的轨迹以及钻探的深度。可以利用钻孔平面的i组数据，求做n次多项式，使误差H达到最小，从而确定钻孔轨迹以及钻具对应的方向。可以把看做是f的多元函数，由下列公式所示：

通过公式（3）可以得到：

y和x分别为钻孔在平面上的坐标，可以根据上面的方程确定多项式，最后可以得出钻孔轨迹在平面上的模拟函数：

根据上述方程进行迭代计算，最终确定钻孔的具体方向和钻探深度，能够有效验证钻孔的适应性，为钻探提供精准性方向，减轻施工成本，提高开采的效率[5]。

2 应用效果分析

2.1 测试准备

在进行实验测试中，需要准备试验设备，包括钻具和仪器，准备两种钻机型号，分别具有不同特性，不同技术参数，如表1所示：

表1 钻机技术参数

根据表1可知每个钻机技术参数，利用两种类型的钻机展开对钻探工程的展开，根据测出来的数据，使用对应的钻孔组具，如表2所示。

表2 钻孔操作参数

根据不同孔段进行组合钻具，最终进行钻探施工，设置三个钻孔进行开采，在不同条件下进行钻探，比较在不同环境下的应用效果。在确定好钻探位置后，需要对钻探位置下的水文地质环境做出分析，了解地下水流的流速以及水流方向进行多元踪试验。在各个投放点投放钼酸铵，对三个钻孔位置进行测试，测试结果如下表3所示：

表3 各接收点示踪剂出现情况表

可以根据上表分析出地下水的流速，推断出钻孔1和钻孔3位置下面的地下水呈管道流形式，钻孔2位置地下水呈扩散流形式，通过对两种地形进行效果测试。

2.2 应用结果

为评价水文地质勘察技术在钻井施工中的效果，通过对三个钻孔位置分析，了解地下水流流向，利用下表4所示的钻孔不同深度选择合适的组合钻具，以确保钻具符合钻孔深度，提高钻井效率。如下表4所示。

表4 钻孔指标统计表

在水文地质环境下最特殊的特征就是水文地质富含丰富的地下水资源，地下水会给钻探施工带来一定程度的影响，但通过水文地质勘查技术的应用可以极大提高钻探工程的效率，保证精准钻探的精准度，在呈现不同的水流形态时水文地质勘查技术有效保证了钻探周期以及钻探效率。当水文地下水流呈管道流形态钻探效率图，如图2所示。

图2 管道流地质钻探效率

图中显示出，通过对水文地质勘查技术的使用，可以有效在水文地质环境中地下水流呈管道流形式进行钻探施工，且效率稳定并且效率很高。当水文地下水呈扩散流钻探效率图，如图3所示。

图3 扩散流地质钻探效率

图中显示出，在地下水呈扩散流形态时，水文地质勘查技术可以有效利用到钻探施工当中，使钻探的效率不断提高，且趋于稳定状态。综上所述，可以得知水文勘探技术可以有效应用到钻探施工中，在地下水呈管道流形态和地下水呈扩散流形态中，水文地质勘查技术为钻探施工提供有利保证。

3 结语

水文地质勘察技术为钻探施工提供有力的技术支持，加快了钻探施工的进程，使施工效果显著增强。对水文地质的勘查，可以确保工程项目的有效展开，通过水文地质勘察技术不断对地下水情况进行实时分析，确保钻探施工的安全性。本文研究水文地质的特征，基于物探技术检测对应用效果进行分析，但本文没有涉及到在钻探中遇到的问题，希望在下次研究中探究钻探施工中遇见的问题，以及提出相应的解决措施。