黑龙江省九〇四水文地质工程地质勘察院 黑龙江哈尔滨 150027
摘要：介绍了潜孔锤钻进方法在黔南、黔西南旱区应急找水中的应用实例，重点阐述了气动潜孔锤的岩溶区钻进工艺。实践证实，气动潜孔锤钻进效率高、成井快，对含水层无污染，在地层满足钻进条件时是应急抗旱钻井中的首选钻探方法。
关键词：潜孔锤钻进；旱区；应急找水；效率高
2009年5月至2010年4月，由于持续少雨、高温，致使我国西南多个省份呈现不同程度的干旱灾害。贵州省出现秋、冬、春连续干旱天气，为80年一遇的特大旱灾，其中黔南州、黔西南州受灾最重，人民群众生产、生活用水严重短缺。在全国支援西南抗旱、保民生促发展等工作全面开展之际，国土资源部根据国务院批示由中国地调局下达本项目。我单位自2010年3月末进入灾区，至 5月29日探采结合井施工结束，历时2个月，钻探总进尺13594.5m，圆满完成了应急抗旱任务。
1工程概况
1.1区域地质
区内范围较大，具有多种地貌形态，出露地层除部分有缺失外，从前震旦系至第四系地层皆有分布，累计最大厚度约为15000m。各时代地层的平面分布以三叠系最广，其次为二叠系，石炭系和泥盆系，其他各系地层分布面积较小。就岩性而论，除见有少许二叠系峨眉山玄武岩和前震旦系板溪群的轻变质岩系外，其余均为海相或陆相沉积，以碳酸盐岩类分布面积最广（包括夹层在内）占区内总面积的80%左右；其次为碎屑岩，占总面积的18%左右，第四纪的松散沉积物，则零星分布于各地。
1.2场地地层条件
场地内基岩上部大多覆盖有粉质粘土、卵石、碎石层，受岩溶及地下水冲刷影响，大部份基岩面高低不平，套管难以完全下到孔底，套管底部漏碴、漏浆现象非常严重。受岩层的产状、构造及溶沟、溶洞等因素的影响易造成套管、钻具弯曲和偏孔。地层破碎、溶洞发育且多有充填物，可能引起塌孔、掉块、埋钻等钻探中常见的孔内事故。
2 钻进工艺方法
潜孔锤钻进能大幅度提高坚硬岩石的钻进效率，比一般回转钻进提高几倍到十几倍[1-2]，同时采用气动潜孔锤进行钻进不需要使用泥浆作为循环介质有效减轻了泥浆对含水层渗透性的影响，可以进一步提高成井质量[3-4]，目前国内外都在加强对这种钻进方法的研究，并逐步扩大其使用范围[5-6]。
鉴此，本次应急打井确定以潜孔锤钻进为主，同时结合当地地质条件及抗旱打井要求，共调动了适合不同地貌单元作业的不同性能的钻探设备共计18台套，型号有dbJ-560/空气潜孔锤、长探JY—300型、动力头钻机/空气、XY—4T型、SPJ-300型等多种型号。
2.1钻进方法
（1）基岩上部卵石、碎石层选择潜孔锤跟管钻进技术，开孔孔径?300mm，采用?300mm偏心钻头，跟?273套管护壁。当钻进完整岩石3-5m时，固井止水。下步钻进采用?254正循环潜孔锤钻头。如遇卵石层或卵石过大，套管无法跟进时，可加大孔径至?350mm，跟?325mm护壁管。钻穿卵石层或大卵石后可继续跟?273mm管钻进；如遇卵石旋转、滚动或卵石层过厚难以钻进时，可改用灌注速凝水泥浆封固的办法。水泥浆的材料是：425 普通硅酸盐水泥。钻穿卵石、碎石层时套管要紧密跟进，防止井下砂石堆塌埋住钻具，护壁套管下至完整基岩。
（2）当?273mm管外壁固井止水后，宜用?254mm正循环潜孔锤钻进，注意空压机风压、风量及钻孔排粉情况。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当钻进遇到溶洞时，如果排粉通畅可继续采用正循环潜孔锤钻进，这时要增加排粉频率和排粉时间。如排粉不畅或不排粉要及时提钻改进钻进方法或采取排风措施。钻进宜采用贯通式潜孔锤或反循环钻进技术；或采用下套管的方式保持排粉通畅。按贵州成井标准如果深度大于60m可直接下入护壁管?219mm无缝钢管。如果深度不够可用?254mm贯通式潜孔锤钻进。直至达到深度60m以上，才能下?219mm管。
（3）?219mm管下完后，主要依靠正循环潜孔锤钻进技术，采用?185mm锤头钻进，遇到溶洞或裂隙如排粉或排水正常可继续钻进，如排水排粉困难可增加排粉频率，如不排粉可采用贯通式反循环技术钻进，直至终孔。
2.2正循环潜孔锤钻进工艺
在黔南、黔西南岩溶区潜孔锤钻进施工中发现，采用正循环潜孔锤钻进在钻进效率、钻进深度等方面具有明显优势，但在构造发育层段优势渐劣，且钻进安全性较差。
（1）钻进效率：钻机的钻进效率除地层因素外主要取决于空压机的风量，对于同一套地层相同型号的空压机，以孔径?254mm为例由于正循环排粉排水通畅，冲击器做功充分钻进效率较高，区内钻进速率一般在6-10m/h；反循环由于受钻杆内径的限制排粉排水受制约，冲击器做功虽然正常但钻进效率较正循环低，一般在3-5m/h。
（2）钻进深度：正循环潜孔锤钻机的钻进深度主要取决于空压机的压力，正常钻进每钻进10m需要消耗1个压。加上遇到水量大或漏风严重地段要大打折扣。故额定20个压的空压机无水不漏风情况下最多只能打到200m深；而反循环钻机由于其排粉排水均在钻杆内进行因此漏风损失较小，冲击器做功消耗的压力较正循环要少。一般没钻进10m消耗空压机压力约0.5-0.8，因此反循环的钻进深度要大。
（3）溶洞和构造裂隙段钻进：没有充填的溶洞或构造裂隙段钻进如漏风量较小正循环钻进仍有优势，但如漏风量大或有充填物其不下管不能钻进；而反循环钻机无论有无充填物均可正常钻进。
（4）安全性：正循环钻进地层复杂特别是有溶洞充填物时井内事故频率较高，而反循环生产事故较少。
3、典型实例
（1）黔南州云雾镇东坪村东王庄GD7井，采用DBJ-560/空气潜孔锤钻机，冲击回转钻进工艺，孔深152.50m。钻探过层中共遇见三个含水层，分别为30—33m、52—67m、130m以下，含水层均为上泥盆统白云岩破碎带，单井出水量达2400m3/d，地下水质量级别为良好，达到饮用水标准。
（2）黔西南州贞丰县北盘江镇三家寨村ZF03井，采用SPJ-300/空气潜孔锤钻机，冲击回转钻进工艺，孔深159.00m。钻探过层中共遇见两个含水层，分别为80—83m、136—139m，含水层均为下三叠统白云岩破碎带，单井出水量达3120m3/d，地下水类型为岩溶水、基岩裂隙水。
4、结语
通过潜孔锤钻进施工，大大缩短了工期，及时解决了工作区内人畜饮水急需，本次应急找水累计开孔86眼，成探采结合井82孔，其中出水井72眼，干孔10眼，成井率87.8%，钻探总进尺为13594.5m，其中弃井进尺589m，总水量为43545.6m3/d，按人均每天消耗100L计算，可解决435456人的用水困难。
参考文献：
[1]杨富春.空气潜孔锤在水源钻井中的应用[J].中国煤炭地质，2009，21（6）.
[2]陈锡庆.空气潜孔锤钻进技术在西部缺水地区水井钻探中的应用[J].甘肃科技，2007，23（11）.
[3]黄晟辉，赵大军，马银龙，于磊.气动潜孔锤钻进技术在云南旱区找水工程中的应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2011，38（4）.
[4]孙承志，李文智，胡晓天.气动潜孔锤钻进技术在基岩地区水文钻探中的应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2007，8（15）.
[5]陈鑫发，牛建设.空气潜孔锤钻进技术在豫西抗旱找水打井施工中的应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2011，38（10）.
[6]陈怡.空气潜孔锤钻进技术在援豫抗旱找水成井施工中的应用[J].贵州地质，2012，29（62）.
论文作者:张孟才,刘光,荆卉,李彪
论文发表刊物:《基层建设》2015年25期供稿
论文发表时间:2016/3/21
标签：地层论文; 卵石论文; 黔西南论文; 含水层论文; 基岩论文; 套管论文; 钻机论文; 《基层建设》2015年25期供稿论文;