1、水文水井钻进技术水文水井钻进技术WaterWell主要内容主要内容o水文水井的类型、钻孔结构及施工设计水文水井的类型、钻孔结构及施工设计o钻孔施工设计钻孔施工设计o水文水井钻探特点及方法水文水井钻探特点及方法o水井钻机水井钻机思考思考o水文水井的钻孔结构水文水井的钻孔结构o水文水井的钻进特点及方法水文水井的钻进特点及方法参考文献参考文献o李世忠，钻探工艺学下册，地质出版社。李世忠，钻探工艺学下册，地质出版社。o国土资源部组织编写，水文水井钻探工程，地质出版社。国土资源部组织编写，水文水井钻探工程，地质出版社。o美国英格索兰公司，水井钻探手册，地质矿产部地质环境管理司。美国英格索兰公司，水井钻探
2、手册，地质矿产部地质环境管理司。o中华人民共和国地质矿产行业标准，水文地质钻探规程，中华人民共中华人民共和国地质矿产行业标准，水文地质钻探规程，中华人民共和国地质矿产部。和国地质矿产部。ohttp:/www.lifewater.ca/ndexdril.htm水文水文-水井水井o水文地质普查水文地质普查o水文地质初步勘探与详细勘探水文地质初步勘探与详细勘探o水井（矿泉水，低温地热井）水井（矿泉水，低温地热井）1.水文水井类型、钻孔结构及施工设计水文水井类型、钻孔结构及施工设计1.1 钻孔类型钻孔类型水文地质普查孔：水文地质普查孔：水文地质勘探孔：水文地质勘探孔：探采结合孔：探采结合孔：观测孔：观
3、测孔：水井：水井：1.2 钻孔（井）结构钻孔（井）结构孔径、孔段、孔深；孔径、孔段、孔深；井管：包括井壁管、过滤管、沉淀管的直径、孔井管：包括井壁管、过滤管、沉淀管的直径、孔段和深度；段和深度；填砾、止水与固井位置及深度。填砾、止水与固井位置及深度。1.3 确定水文水井钻孔结构因素确定水文水井钻孔结构因素依据：钻孔类型、水文地质条件、终孔直径及深度、钻进工艺方法依据：钻孔类型、水文地质条件、终孔直径及深度、钻进工艺方法、抽水方法及钻探设备等。抽水方法及钻探设备等。1.3.1 钻井深度：钻井深度：勘探和开发地下水目的层。勘探和开发地下水目的层。多层含水层的钻孔深度为最下层含水层的深度；分层取水：
4、钻穿最下多层含水层的钻孔深度为最下层含水层的深度；分层取水：钻穿最下一个含水层、下抽水管、临时止水、洗孔、抽水试验、拔抽水管、回一个含水层、下抽水管、临时止水、洗孔、抽水试验、拔抽水管、回填；重复。填；重复。生产井，长期观测孔生产井，长期观测孔:在底板继续钻在底板继续钻3-5m 终孔（沉淀管）。终孔（沉淀管）。1.3.2 钻孔直径：开孔直径、中间变径、终孔直径。钻孔直径：开孔直径、中间变径、终孔直径。岩芯直径的要求：我国规定不小于岩芯直径的要求：我国规定不小于110mm；滤水管的直径：涌水量确定滤水管直径；滤水管的直径：涌水量确定滤水管直径；抽水泵泵体外径的尺寸：深井泵；抽水泵泵体外径的尺寸：
5、深井泵；中间变径及其次数：地层情况；中间变径及其次数：地层情况；开孔直径：终孔直径及变径。开孔直径：终孔直径及变径。水文地质普查钻孔结构：水文地质普查钻孔结构：终孔直径为：终孔直径为：110mm 满足取芯要求满足取芯要求 水文地质勘探孔：抽水试验水文地质勘探孔：抽水试验 滤水管直径滤水管直径108 mm 孔径比滤水管直径大孔径比滤水管直径大150200mm，以便填粒。，以便填粒。探采结合钻孔结构图探采结合钻孔结构图 滤水管直径滤水管直径 146 mm 安装深井泵的井管直径比安装深井泵的井管直径比深井泵的公称直径大一级深井泵的公称直径大一级 水文地质长期观测孔钻孔结构图水文地质长期观测孔钻孔结构
6、图 长期监测长期监测 成井质量比较重要成井质量比较重要 浅供水水井的井身结构：浅供水水井的井身结构：井深：井深：400mm 井管：采用铸铁管、混凝土管等，多为一径到底井管：采用铸铁管、混凝土管等，多为一径到底供水水井的井身结构供水水井的井身结构 中深供水水井的井身结构中深供水水井的井身结构 100m井深井深300mm；管外要求密封严格。管外要求密封严格。基岩水井井身结构图基岩水井井身结构图(必须封隔地表水和第四纪含水层必须封隔地表水和第四纪含水层)根据项目的水文地质设计书或项目委托计根据项目的水文地质设计书或项目委托计划任务书或合同的要求，在现场踏勘的基础上，划任务书或合同的要求，在现场踏勘的
7、基础上，按照现有的生产定额、材料消耗定额、人员和按照现有的生产定额、材料消耗定额、人员和设备配备与费用定额等资料为依据进行编制，设备配备与费用定额等资料为依据进行编制，根据需要与可能，选用设备和选择最优施工方根据需要与可能，选用设备和选择最优施工方法与工艺，以确保工程质量和获得最佳的技术法与工艺，以确保工程质量和获得最佳的技术经济效益。经济效益。2.钻孔施工设计钻孔施工设计2.1 设计依据设计依据工区的地理位置、交通条件、地形地貌、气候和生活条件；工区的地理位置、交通条件、地形地貌、气候和生活条件；地质条件：地层划分和岩石可钻性级别、地质构造和水文地质条件，地质条件：地层划分和岩石可钻性级别、
8、地质构造和水文地质条件，着重说明影响钻探施工的主要地质因素；着重说明影响钻探施工的主要地质因素；施工目的与要求：包括钻孔布置与工作量、工程质量指标、水文地施工目的与要求：包括钻孔布置与工作量、工程质量指标、水文地质试验与观测要求等。质试验与观测要求等。2.2 施工设计主要内容施工设计主要内容钻探技术设计：钻孔结构（图）、钻井液、成井工艺、质量保证、钻探技术设计：钻孔结构（图）、钻井液、成井工艺、质量保证、安全措施；安全措施；供水、供电设计；供水、供电设计；施工期限与费用预算：施工进度，设备选择，施工组织，经济指施工期限与费用预算：施工进度，设备选择，施工组织，经济指标测算，编制项目预算；标测算
9、，编制项目预算；编制与审批：编制与审批：单孔施工设计单孔施工设计:地层理想柱状图，岩性及可钻性等级、钻孔结构、地层理想柱状图，岩性及可钻性等级、钻孔结构、钻进工艺、成井工艺、工程质量指标及安全生产措施等。钻进工艺、成井工艺、工程质量指标及安全生产措施等。3.水文水井钻探特点及方法水文水井钻探特点及方法3.1 水文水井钻探特点水文水井钻探特点地层复杂：卵砾层、砂层、粘土层或基岩裂隙层，易发生坍塌、漏地层复杂：卵砾层、砂层、粘土层或基岩裂隙层，易发生坍塌、漏失和取芯困难失和取芯困难;钻孔结构复杂：分层取水文地质资料；井身结构复杂钻孔结构复杂：分层取水文地质资料；井身结构复杂;钻进方法多：反循环、空
10、气钻进、钻进方法多：反循环、空气钻进、潜孔锤钻进、振动钻进潜孔锤钻进、振动钻进;设备型式多设备型式多.按钻进地层不同可分为：第四系地层钻进；基岩地层钻进；按钻进地层不同可分为：第四系地层钻进；基岩地层钻进；按钻进工艺程序不同可分为：小口径（常规口径）按钻进工艺程序不同可分为：小口径（常规口径）钻进取心、大口径钻进取心、大口径扩孔成孔；大口径一次钻进成孔；扩孔成孔；大口径一次钻进成孔；按碎岩原理不同可分为：回转钻进；冲击钻进；冲击回转钻进；按碎岩原理不同可分为：回转钻进；冲击钻进；冲击回转钻进；按切削具不同可分为：合金钻进；钢粒钻进；牙轮钻进；按切削具不同可分为：合金钻进；钢粒钻进；牙轮钻进；按
11、碎岩形式不同可分为：环面破碎取芯钻进；全面破碎不取芯钻进；按碎岩形式不同可分为：环面破碎取芯钻进；全面破碎不取芯钻进；按冲洗液循环的方向不同分为：正循环钻进；反循环钻进；部分反循按冲洗液循环的方向不同分为：正循环钻进；反循环钻进；部分反循环钻进。环钻进。3.2 钻进方法的选择钻进方法的选择o基岩地层：采用一次钻进成井工艺；基岩地层：采用一次钻进成井工艺；o第四纪地层，要求全部取心的钻孔第四纪地层，要求全部取心的钻孔:可采用常规口径可采用常规口径(钻孔直径钻孔直径 174mm)钻进取心，大口径钻进取心，大口径(174mm)扩孔成井工艺；扩孔成井工艺；o只要求定深取样的钻孔：可采用不取心钻进工艺钻
12、进，定深取只要求定深取样的钻孔：可采用不取心钻进工艺钻进，定深取样，一次钻进成井；样，一次钻进成井；o不要求取心钻孔：采用不取心钻进工艺施工，一次钻进成井。不要求取心钻孔：采用不取心钻进工艺施工，一次钻进成井。钻进方法与工艺选择应根据岩石的机械物理性钻进方法与工艺选择应根据岩石的机械物理性质、可钻性、以及孔径、深度和施工条件，分别选质、可钻性、以及孔径、深度和施工条件，分别选择相适应的钻进方法。择相适应的钻进方法。参考下表进行：参考下表进行：表表3-1 钻进方法选择钻进方法选择选用方法选用方法名称名称 适用范围适用范围 优点优点可钻性（级）可钻性（级）岩性及其他条件岩性及其他条件牙轮牙轮钻进钻
13、进1-10第四纪松软地层及完整、第四纪松软地层及完整、破碎、致密、研磨性岩石破碎、致密、研磨性岩石及卵砾石层均适用，常用及卵砾石层均适用，常用于不取心钻进于不取心钻进适用范围广、效率高，适用范围广、效率高，尤其在卵砾石及破碎地尤其在卵砾石及破碎地层钻进较其它回转钻进层钻进较其它回转钻进效果更好。效果更好。硬质合金硬质合金钻进钻进常规口径常规口径 1-6第四纪松软地层及较致密、第四纪松软地层及较致密、完整基岩钻进，不适用于完整基岩钻进，不适用于卵砾石层及破碎地层卵砾石层及破碎地层钻头加工容易，成本较钻头加工容易，成本较低低大口径大口径 1-4钢粒钻进钢粒钻进常规口径常规口径 7-10适用于基岩、
14、漂砾、卵砾石适用于基岩、漂砾、卵砾石层，尤其适用于大口径取心层，尤其适用于大口径取心钻进。大裂隙、大漏失地层钻进。大裂隙、大漏失地层不宜使用不宜使用钻头加工容易，成本钻头加工容易，成本低，在漂砾卵石层用低，在漂砾卵石层用大岩心管取心有良好大岩心管取心有良好效果效果大口径大口径 5-9合金钢粒合金钢粒混合钻进混合钻进4-8适用于漂砾、卵砾石层及软适用于漂砾、卵砾石层及软硬交错地层钻进硬交错地层钻进钻进中具有合金和钻钻进中具有合金和钻粒两种方法的特点粒两种方法的特点射流反循射流反循环钻进环钻进适用于第四纪松软地层钻进，适用于第四纪松软地层钻进，孔深超过孔深超过50m，效果明显下，效果明显下降，可与
15、气举反循环配合在降，可与气举反循环配合在浅孔段中使用浅孔段中使用钻进简单，洗孔彻底，钻进简单，洗孔彻底，钻进安全效率高钻进安全效率高续表续表3-1泵吸反泵吸反循环钻循环钻进进第四纪地层浅孔第四纪地层浅孔100m100m、大口径、大口径钻进，需保证充足的施工用水，钻进，需保证充足的施工用水，水位浅于水位浅于3m3m时，不易护孔，砾径时，不易护孔，砾径超过钻杆内径的卵石层不宜使用超过钻杆内径的卵石层不宜使用此种方法。此种方法。冲洗液上返速度快，冲洗液上返速度快，洗孔效率高，钻进安洗孔效率高，钻进安全，成本低，成井后全，成本低，成井后易于洗井，出水量大易于洗井，出水量大气举反气举反循环钻循环钻进进第
16、四纪砂土、砂砾层及硬度不大的基第四纪砂土、砂砾层及硬度不大的基岩大口径钻进，孔深不大于岩大口径钻进，孔深不大于10m10m开始开始使用，超过使用，超过50m50m才能发挥高效。需保才能发挥高效。需保证充足的施工用水，水位浅于证充足的施工用水，水位浅于3m3m，不，不易护壁；粘土层不宜使用。易护壁；粘土层不宜使用。冲洗液上返速度快，洗冲洗液上返速度快，洗孔效率高，钻进安全，孔效率高，钻进安全，成本低，成井后洗井容成本低，成井后洗井容易，出水量大易，出水量大气动潜气动潜孔锤正孔锤正循环钻循环钻进进5-125-12坚硬基岩及第四纪胶结、半胶结坚硬基岩及第四纪胶结、半胶结地层和卵、砾石层钻进，孔径地层
17、和卵、砾石层钻进，孔径 310 mm310 mm，常用于不取心钻进，尤，常用于不取心钻进，尤其用于缺水或供水困难地区钻进。其用于缺水或供水困难地区钻进。具有冲击和回转双重破具有冲击和回转双重破岩作用，孔底受压小、岩作用，孔底受压小、钻效高，成本低，不污钻效高，成本低，不污染含水层。成井后洗井染含水层。成井后洗井容易，出水量大容易，出水量大续表续表3-1气动潜孔气动潜孔锤反循环锤反循环钻进钻进坚硬基岩及第四纪胶结、半坚硬基岩及第四纪胶结、半胶结地层和卵、砾石层钻进，胶结地层和卵、砾石层钻进，孔径不大于孔径不大于250mm，常用，常用于不取心钻进。尤其用于于不取心钻进。尤其用于 缺水或供水困难地区
18、钻进。缺水或供水困难地区钻进。具有正循环气动潜孔锤钻具有正循环气动潜孔锤钻进全部优点；在不稳定地进全部优点；在不稳定地层中钻进效果优于正循环层中钻进效果优于正循环钻进钻进液动冲击液动冲击回转钻进回转钻进5-11适用于坚硬地层钻进，目前适用于坚硬地层钻进，目前只在常规口径钻孔中使用，只在常规口径钻孔中使用，正在大口径中试验应用。正在大口径中试验应用。具有冲击和回转双重破岩具有冲击和回转双重破岩作用，可以使用泥浆作冲作用，可以使用泥浆作冲洗液护孔，不受水位限制，洗液护孔，不受水位限制，能在深孔中钻进。能在深孔中钻进。钢绳冲击钢绳冲击钻进钻进1-5适用于第四纪砂土、漂砾、适用于第四纪砂土、漂砾、卵砾
19、石层及风化破碎基岩、卵砾石层及风化破碎基岩、大口径、浅孔、中深孔钻进，大口径、浅孔、中深孔钻进，钻孔深度不超钻孔深度不超200m。设备、钻具简单，成本低，设备、钻具简单，成本低，在砂土、卵砾石层浅孔钻在砂土、卵砾石层浅孔钻进具有良好效果。进具有良好效果。续表续表3-1满眼满眼钻进钻进适用于大口径深孔钻进，粗径适用于大口径深孔钻进，粗径钻具必须安装扶正器，钻压应钻具必须安装扶正器，钻压应选用大于两次弯曲临界值或小选用大于两次弯曲临界值或小于一次弯曲临界值于一次弯曲临界值钻进中能使钻具保持稳定，钻进中能使钻具保持稳定，能有效防止孔斜，钻进效能有效防止孔斜，钻进效率低率低辐射井辐射井钻进钻进适于第四
20、纪浅部含水层，大口适于第四纪浅部含水层，大口径竖井中钻进径竖井中钻进能沿含水层走向，按集水能沿含水层走向，按集水井四周不同方位、水平方井四周不同方位、水平方向安设多组过滤管，扩大向安设多组过滤管，扩大单井取水范围，提高单井单井取水范围，提高单井供水能力供水能力同步跟同步跟管钻进管钻进适于漂砾、流沙层、卵砾层、适于漂砾、流沙层、卵砾层、冲击层等非稳定性覆盖层钻进，冲击层等非稳定性覆盖层钻进，必须配专用设备和工具。必须配专用设备和工具。在极不稳定的地层中钻进，在极不稳定的地层中钻进，能有效地防止塌孔，保证能有效地防止塌孔，保证安全钻进安全钻进续表续表3-1表表3-2 第四系地层中钻进工艺第四系地层
21、中钻进工艺表表3-3 基岩地层钻进工艺基岩地层钻进工艺3.3 大口径回转钻进大口径回转钻进目前在水文地质钻探中，钻孔直径小于目前在水文地质钻探中，钻孔直径小于170mm 为常规口径（小为常规口径（小口径）；钻孔直径大于口径）；钻孔直径大于225mm为大口径，常规口径一般多用于为大口径，常规口径一般多用于水文地质孔、水文地质观测孔及水量小的水文地质勘探孔，大水文地质孔、水文地质观测孔及水量小的水文地质勘探孔，大口径多用于水量大的水文勘探和探采结合孔口径多用于水量大的水文勘探和探采结合孔;根据钻进地层不同可分为：第四系地层大口径回转钻进和基岩根据钻进地层不同可分为：第四系地层大口径回转钻进和基岩地
22、层大口径回转钻进地层大口径回转钻进;第四系地层回转钻进可分为：小径取新钻进大径扩孔成井和大第四系地层回转钻进可分为：小径取新钻进大径扩孔成井和大口径一次钻进成井。口径一次钻进成井。3.3.1 扩孔钻进扩孔钻进 3.3.1.1 扩孔钻头：第四系粘土、砂类地层，常用的扩孔钻扩孔钻头：第四系粘土、砂类地层，常用的扩孔钻头多为翼片式，头多为翼片式，其主要有以下几种类型：其主要有以下几种类型：六旋螺翼肋骨扩孔钻头六旋螺翼肋骨扩孔钻头1-钻头体；钻头体；2-护板；护板；3-肋骨；肋骨；4-硬质合金；硬质合金；5-螺螺旋肋骨钻头旋肋骨钻头六翼螺旋肋骨扩孔钻头用直径六翼螺旋肋骨扩孔钻头用直径127-127-1
23、68mm168mm厚壁管作钻头体，在钻头体周围顺厚壁管作钻头体，在钻头体周围顺钻头回转方向，焊有六片呈螺旋形的翼钻头回转方向，焊有六片呈螺旋形的翼片，在翼片之间焊有补强钢板。该钻头片，在翼片之间焊有补强钢板。该钻头在钻进中，冲洗液在孔内能产生强烈的在钻进中，冲洗液在孔内能产生强烈的旋涡，并对地层产生冲击和排挤作用。旋涡，并对地层产生冲击和排挤作用。适用于粘土夹砾石和粘砂等地层。适用于粘土夹砾石和粘砂等地层。玉米式扩孔钻头玉米式扩孔钻头玉米式扩孔钻头钻头体用直径玉米式扩孔钻头钻头体用直径127-168 mm厚壁管制成，在钻厚壁管制成，在钻头体周围焊有头体周围焊有6 个翼片，翼片间个翼片，翼片间焊
24、有补强钢板焊有补强钢板.该钻头为锥形，钻进时阻力较该钻头为锥形，钻进时阻力较小，对粘土夹卵、砾石地层具有小，对粘土夹卵、砾石地层具有强烈的冲击和挤压作用强烈的冲击和挤压作用.四翼阶梯肋骨钻头四翼阶梯肋骨钻头1-1-钻头体；钻头体；2-2-阶梯肋骨；阶梯肋骨；3-3-切削肋骨切削肋骨;4-;4-硬质合金；硬质合金；5-5-螺旋螺旋肋骨钻头肋骨钻头四翼阶梯肋骨式钻头钻头体同上，四翼阶梯肋骨式钻头钻头体同上，在钻头体上焊一圆筒，在圆筒外侧在钻头体上焊一圆筒，在圆筒外侧对称地焊有四片阶梯形肋骨。对称地焊有四片阶梯形肋骨。该钻头呈阶梯形，增加了自由面，该钻头呈阶梯形，增加了自由面，扩孔阻力小，钻具稳定性
25、好，故在扩孔阻力小，钻具稳定性好，故在粘土、粘砂夹砾石地层中钻进，效粘土、粘砂夹砾石地层中钻进，效率显著。率显著。分节翼片式扩孔钻头分节翼片式扩孔钻头1-89mm钻杆；钻杆；2-导正圈；导正圈；3-翼片翼片用直径用直径89mm的钻杆做钻头体，的钻杆做钻头体，在钻头体在钻头体上部焊有导正圈，上部焊有导正圈，导正圈下面三个翼片为一导正圈下面三个翼片为一节，共分节，共分3-4 节共节共9-12 个翼片，每节三翼个翼片，每节三翼片互成片互成120夹角焊在钻头体上，相邻两节夹角焊在钻头体上，相邻两节翼片互成翼片互成60角交错，翼片中心线与钻头体角交错，翼片中心线与钻头体中心线夹角为中心线夹角为65-70
26、各节翼片间距视地层各节翼片间距视地层而定。该钻头翼片分成若干小节，之间有一而定。该钻头翼片分成若干小节，之间有一定的角度和空隙，增大了破碎范围，并具有定的角度和空隙，增大了破碎范围，并具有分级克取破碎的作用，扩孔阻力也较小。分级克取破碎的作用，扩孔阻力也较小。粘土、砂或粘砂地层。粘土、砂或粘砂地层。组焊式牙轮扩孔钻头组焊式牙轮扩孔钻头1-上下接头与刀盘；上下接头与刀盘；2-水眼；水眼；3-组装刀具；组装刀具；4-导向接头导向接头扩孔牙轮钻头是新近发展的一种新型扩孔牙轮钻头是新近发展的一种新型扩孔钻头，适应于第四系砾卵、漂石扩孔钻头，适应于第四系砾卵、漂石地层扩孔钻进，它具有回转阻力小、地层扩孔
27、钻进，它具有回转阻力小、孔壁圆滑、扩孔效率高等优点。上海孔壁圆滑、扩孔效率高等优点。上海第一石油机械厂已批量生产直径第一石油机械厂已批量生产直径300-1000mm的组装焊接式牙轮扩孔钻头。的组装焊接式牙轮扩孔钻头。3.3.1.1 扩孔钻具：扩孔钻具：扩孔钻具要有足够的连接强度：一般用厚壁管做钻具，连接方式扩孔钻具要有足够的连接强度：一般用厚壁管做钻具，连接方式有螺纹连接、电焊及法兰盘连接。有螺纹连接、电焊及法兰盘连接。扩孔钻具必须连接导向装置：在扩孔钻头翼片上及离钻头扩孔钻具必须连接导向装置：在扩孔钻头翼片上及离钻头5-6 m 左右位置的岩心管或钻杆上，各焊一个小于钻头直径左右位置的岩心管或
28、钻杆上，各焊一个小于钻头直径4-10 mm的导正圈，导正圈外周焊有硬质合金，以修刮孔壁。的导正圈，导正圈外周焊有硬质合金，以修刮孔壁。扩孔钻具下部必须带有小径导向：在扩孔钻头底部接焊比原小径扩孔钻具下部必须带有小径导向：在扩孔钻头底部接焊比原小径孔径小一级的钻具，长度孔径小一级的钻具，长度300-500 mm。扩孔钻具结构示意图扩孔钻具结构示意图(a)(a)大口径管电焊连接；大口径管电焊连接；(b)(b)钻杆螺纹连接；钻杆螺纹连接；法兰盘连接法兰盘连接1-1-小径钻具；小径钻具；2-2-变径接手；变径接手；3-89mm3-89mm钻杆；钻杆；4-4-导正圈；导正圈；5-5-导向；导向；6-6-
29、法兰盘；法兰盘；7-7-翼片；翼片；8 8导向钻头。导向钻头。3.3.2 一次钻进成井一次钻进成井大口径不取心全面钻进；大口径不取心全面钻进；大口径取心钻进；大口径取心钻进；大口径不取心全面钻进常用的钻头有刮大口径不取心全面钻进常用的钻头有刮刀钻头和牙轮钻头。刀钻头和牙轮钻头。刮刀钻头刮刀钻头（a）两翼；（）两翼；（b）三翼；（）三翼；（c）四翼）四翼 粘土、粘砂类地层粘土、粘砂类地层 钻进技术参数：低压、钻进技术参数：低压、慢转、大泵量慢转、大泵量 钻进时要控制时效钻进时要控制时效3.3.2.1 刮刀钻头刮刀钻头翼片几何形状翼片几何形状-切削角；切削角；-刃尖角；刃尖角；-刃前角刃前角刃尖角
30、刃尖角：一般软地层刃尖角为一般软地层刃尖角为20，较硬地层为，较硬地层为403.3.2.2 牙轮钻头牙轮钻头o牙轮钻头钻进适应范围较广，从软地层到硬地层均可使牙轮钻头钻进适应范围较广，从软地层到硬地层均可使用，特别是在第四系卵、砾石、漂石地层钻进，效果更用，特别是在第四系卵、砾石、漂石地层钻进，效果更为显著，为显著，随着水文地质钻探设备的更新，钻压、泵量随着水文地质钻探设备的更新，钻压、泵量的提高，牙轮钻头钻进将会取得更大效果。牙轮钻头具的提高，牙轮钻头钻进将会取得更大效果。牙轮钻头具有回转阻力小，适应性强、钻速高、操作简单等优点。有回转阻力小，适应性强、钻速高、操作简单等优点。目前水文地质钻
31、探采用的牙轮钻头，均为石油钻并系列，目前水文地质钻探采用的牙轮钻头，均为石油钻并系列，使用最多的是三牙轮钻头。使用最多的是三牙轮钻头。W系列钻头为非密封滚动轴承钻头系列钻头为非密封滚动轴承钻头 江钻股份有限公司江钻股份有限公司 3.3.3.大口径取心钻进大口径取心钻进第四系地层大部分是由堆积物组成，其结构松散、稳定性第四系地层大部分是由堆积物组成，其结构松散、稳定性差、特别是在卵、砾、漂石地层，差、特别是在卵、砾、漂石地层，由于卵石、漂石具有由于卵石、漂石具有一定硬度，卵、砾漂石之间又无胶结，往往给钻进带来很一定硬度，卵、砾漂石之间又无胶结，往往给钻进带来很大困难，是第四系地层中钻进难度最大的
32、地层，同时也是大困难，是第四系地层中钻进难度最大的地层，同时也是水文地质钻探经常遇到的地层。水文地质钻探经常遇到的地层。在该地层中钻进一般尽量不采用扩孔法成孔，因为扩孔次在该地层中钻进一般尽量不采用扩孔法成孔，因为扩孔次数愈多，愈不利于孔壁的稳定，往往扩孔比钻进更为困难，数愈多，愈不利于孔壁的稳定，往往扩孔比钻进更为困难，故一般多采用大口径取心一次钻进成孔，其主要是依靠钻故一般多采用大口径取心一次钻进成孔，其主要是依靠钻头和岩心管的破碎和套挤作用获得进尺，大口径钻具可增头和岩心管的破碎和套挤作用获得进尺，大口径钻具可增加套入大直径卵、漂石的机会，减少对大块卵、漂石的研加套入大直径卵、漂石的机会
33、，减少对大块卵、漂石的研磨破碎次数，从而提高钻进效率。磨破碎次数，从而提高钻进效率。o钻进卵、砾、漂石层时，破碎和套挤过钻进卵、砾、漂石层时，破碎和套挤过程主要作用有：程主要作用有：o卵砾石块的滑移运动卵砾石块的滑移运动o卵石块的滚转运动卵石块的滚转运动3.3.4.基岩地层大口径回转钻进基岩地层大口径回转钻进基岩地层一般结构致密，具有一定的强度、硬度和基岩地层一般结构致密，具有一定的强度、硬度和耐磨性。为提高钻进效率，一般多采用大口径一次耐磨性。为提高钻进效率，一般多采用大口径一次取心钻进成井，大口径取心钻进对岩石进行环状破取心钻进成井，大口径取心钻进对岩石进行环状破碎，减少了岩石破碎量、从而
34、减轻了钻机负荷和回碎，减少了岩石破碎量、从而减轻了钻机负荷和回转扭矩。转扭矩。3.3.5 钢丝绳冲击钻进钢丝绳冲击钻进o钢丝绳冲击钻进是借助钻头的重量，在一定高度钢丝绳冲击钻进是借助钻头的重量，在一定高度内周期地冲击孔底，破碎岩石。每次冲击之后，内周期地冲击孔底，破碎岩石。每次冲击之后，钻头在钢丝绳带动下回转一定角度，以使钻孔呈钻头在钢丝绳带动下回转一定角度，以使钻孔呈规则的圆形断面。被冲击破碎的岩粉，用抽筒捞规则的圆形断面。被冲击破碎的岩粉，用抽筒捞取从而获得进尺。取从而获得进尺。o在水文水井中的应用：在水文水井中的应用：a)大直径的供水井，如农大直径的供水井，如农田灌溉井，排水孔。通常维修
35、条件较差的地方田灌溉井，排水孔。通常维修条件较差的地方;b)露天矿山爆破孔、水文地质勘察钻孔，桩基孔等。露天矿山爆破孔、水文地质勘察钻孔，桩基孔等。冲击钻进的优点冲击钻进的优点o冲击钻进以冲击动载荷破碎岩石，用冲击方法破碎岩石所消耗的功冲击钻进以冲击动载荷破碎岩石，用冲击方法破碎岩石所消耗的功要小的多。在有裂隙和坚硬破碎地层及大卵砾石层中钻进，其优越要小的多。在有裂隙和坚硬破碎地层及大卵砾石层中钻进，其优越性更为显著。性更为显著。o冲击钻进，钻头与岩石接触的时间短，大部分时间钻头是在孔内上冲击钻进，钻头与岩石接触的时间短，大部分时间钻头是在孔内上下运动，因此，钻头磨损较慢。下运动，因此，钻头磨
36、损较慢。o钢丝绳冲击钻进，孔内不需要循环冲洗液，适于缺水地区钻进。钢丝绳冲击钻进，孔内不需要循环冲洗液，适于缺水地区钻进。o钢丝绳冲击钻进，不用钻杆，省去一些附属设备，缩短了辅助时间、钢丝绳冲击钻进，不用钻杆，省去一些附属设备，缩短了辅助时间、减少了事故，降低了成本。减少了事故，降低了成本。o搬迁方便、操作简单。搬迁方便、操作简单。冲击钻进的缺点冲击钻进的缺点o有效破碎岩石时间少，在冲击钻进中钻头在孔内上下运动，有效破碎岩石时间少，在冲击钻进中钻头在孔内上下运动，产生定期停歇时间，因此降低了钻进效率。产生定期停歇时间，因此降低了钻进效率。o钢丝绳冲击钻进利用钻具自由下落进行钻进，因此只能钻进钢
37、丝绳冲击钻进利用钻具自由下落进行钻进，因此只能钻进垂直钻孔。垂直钻孔。o冲击钻进不能取得完整岩芯，只能采取岩粉。冲击钻进不能取得完整岩芯，只能采取岩粉。钢丝绳冲击钻进钻头钻具钢丝绳冲击钻进钻头钻具1-钢丝绳接头；钢丝绳接头；2-冲击钻杆；冲击钻杆；3-冲击钻头冲击钻头钢丝绳冲击钻进钻头钢丝绳冲击钻进钻头A-带副刃十字形冲击钻头；带副刃十字形冲击钻头；B-马蹄形马蹄形钻头钻头 A B反循环钻进方法基本原理图反循环钻进方法基本原理图1-水龙头；水龙头；2-出水胶管；出水胶管；3-泵或喷嘴；泵或喷嘴；4-排渣；排渣；5-岩屑与砂；岩屑与砂；6-钻杆；钻杆；7-钻头；钻头；8-主动钻杆；主动钻杆；9-
38、转盘转盘3.3.6 反循环钻进反循环钻进冲洗介质循环方式冲洗介质循环方式与正循环相反：与正循环相反：供水池供水池 环空环空 井底井底 钻杆中空钻杆中空 供水池供水池正循环钻进正循环钻进3.3.6.1.反循环钻进的特点反循环钻进的特点钻进中冲洗液上升速度很高；钻进中冲洗液上升速度很高；孔内经常保持较高的水位，较高的静水压力与地层压力平衡，保持孔内经常保持较高的水位，较高的静水压力与地层压力平衡，保持井壁稳定。井壁稳定。反循环钻进，岩心和钻下的岩粉，由钻杆内孔返回地面，一般多采反循环钻进，岩心和钻下的岩粉，由钻杆内孔返回地面，一般多采用内径用内径150-200 mm 的钻杆，以通过较大的卵砾石。当
39、地层中有的钻杆，以通过较大的卵砾石。当地层中有大卵砾石时，必须采取措施以防循环回路堵塞，使钻进中断。大卵砾石时，必须采取措施以防循环回路堵塞，使钻进中断。反循环钻进是一种连续取心的钻进方法，钻头使用寿命长，起下钻反循环钻进是一种连续取心的钻进方法，钻头使用寿命长，起下钻次数少，与正循环钻进相比，减少了辅助时间，降低了劳动强度。次数少，与正循环钻进相比，减少了辅助时间，降低了劳动强度。3.3.6.2.反循环钻进的分类反循环钻进的分类反循环钻进按照产生冲洗液上升流动的方式不同，可分为地反循环钻进按照产生冲洗液上升流动的方式不同，可分为地表喷射反循环（射流反循环），泵吸反循环和气举反循环表喷射反循环
40、（射流反循环），泵吸反循环和气举反循环三种方式。地表喷射反循环钻进效率，在浅孔段效率较高，三种方式。地表喷射反循环钻进效率，在浅孔段效率较高，气举反循环钻进效率在气举反循环钻进效率在50 m 以后较高。以后较高。在选择反循环钻进方式时，应根据孔深、水位等情况进行合在选择反循环钻进方式时，应根据孔深、水位等情况进行合理的选择，为了提高钻进效率，有时也采用两种方式相结理的选择，为了提高钻进效率，有时也采用两种方式相结合的复合式反循环钻进。合的复合式反循环钻进。三种反循环钻进效率曲线图三种反循环钻进效率曲线图1-气举反循环；气举反循环；2-泵吸反循环；泵吸反循环；3-射流反循环射流反循环地表喷射反循
41、环地表喷射反循环1-水龙头；水龙头；2-钻机；钻机；3-孔口管；孔口管；4-钻钻杆；杆；5-钻铤；钻铤；6-钻头；钻头；7-喷射腔；喷射腔；8-离心泵或空压机；离心泵或空压机；9-电机；电机；10-水源池水源池地表喷射反循环钻进方法钻进原理是利用地表喷射反循环钻进方法钻进原理是利用水泵或压气机所产生的高速液流或气流，水泵或压气机所产生的高速液流或气流，注入喷射腔内的喷咀，产生高速射流，使注入喷射腔内的喷咀，产生高速射流，使喷咀外围形成负压，其压值可达喷咀外围形成负压，其压值可达8-8-9 9104Pa104Pa。由于压差作用，使喷咀产生抽。由于压差作用，使喷咀产生抽吸作用。喷射器通过接头与特制
42、水龙头连吸作用。喷射器通过接头与特制水龙头连接，从而抽吸钻杆内的液体，使钻杆内水接，从而抽吸钻杆内的液体，使钻杆内水位提高，最后在喷射腔内与高压喷射流混位提高，最后在喷射腔内与高压喷射流混合后返回地表水源池内。合后返回地表水源池内。地表喷射反循环钻进，适用于第四系松散地表喷射反循环钻进，适用于第四系松散地层钻进，一般多与气举反循环钻进相互地层钻进，一般多与气举反循环钻进相互配合使用，在浅孔时用地表喷射反循环钻配合使用，在浅孔时用地表喷射反循环钻进，深孔时用气举反循环钻进进，深孔时用气举反循环钻进 泵吸反循环钻进泵吸反循环钻进1-水龙头；水龙头；2-钻机；钻机；3-井口管；井口管；4-钻杆，钻杆
43、，5-钻钻铤；铤；6-钻头；钻头；7-真空泵；真空泵；8-砂石泵；砂石泵；9-电机；电机；10-水源地水源地泵吸反循环钻进是利用离心泵泵吸反循环钻进是利用离心泵或轴流泵的抽吸力量，使钻杆或轴流泵的抽吸力量，使钻杆内的液体上升的一种管路布置内的液体上升的一种管路布置方式。泵的进水管与钻杆的提方式。泵的进水管与钻杆的提引水接头连接，并通过钻杆深引水接头连接，并通过钻杆深吸入口下到井底，冲洗液经钻吸入口下到井底，冲洗液经钻头（亦可看作泵的吸入口）头（亦可看作泵的吸入口）携带岩屑经钻杆上升，由水泵携带岩屑经钻杆上升，由水泵出水管排到水源池。出水管排到水源池。70米：气举反循环；米：气举反循环；泵吸和射
44、流设备简单；泵吸和射流设备简单；泵吸利用率最高；射流；气举。泵吸利用率最高；射流；气举。3.3.7 空气钻进空气钻进 空气钻进的实质是以压缩空气代替冲洗液，作为钻进中空气钻进的实质是以压缩空气代替冲洗液，作为钻进中的循环介质来冷却钻头，吹洗钻孔把岩屑携带出地表的一种的循环介质来冷却钻头，吹洗钻孔把岩屑携带出地表的一种高效率、先进钻进方法。空气钻进可以正循环钻进，也可以高效率、先进钻进方法。空气钻进可以正循环钻进，也可以反循环钻进，在钻探设备上只需要增加一台移动式空气压缩反循环钻进，在钻探设备上只需要增加一台移动式空气压缩机，孔口防尘及除尘等设备。机，孔口防尘及除尘等设备。干气；干气；雾；雾；泡
45、沫；泡沫；充气泥浆。充气泥浆。空气钻进空气钻进1-空压机；空压机；2-送风管；送风管；3-转盘；转盘；4-孔口密封装置；孔口密封装置；5-孔口孔口管；管；6-钻杆；钻杆；7-粗径钻具；粗径钻具；8-吸尘管；吸尘管；9-吸尘器；吸尘器；10-排排尘管尘管 空气钻进的特点：空气钻进的特点：钻进效率高：泥浆的钻进效率高：泥浆的10倍；倍；节水；节水；对水层没有伤害，有利于出对水层没有伤害，有利于出水率；更有利于水资源的水率；更有利于水资源的发现；发现；空气钻进已经广泛用于水文空气钻进已经广泛用于水文水井钻进中。水井钻进中。3.3.8 气动冲击器（潜孔锤）气动冲击器（潜孔锤）钻进钻进气动冲击器钻进是以
46、压缩空气做动力介质，在钻具上连接一个专气动冲击器钻进是以压缩空气做动力介质，在钻具上连接一个专门气动冲击器，在其下端连接一特制的球齿状合金钻头，在钻进门气动冲击器，在其下端连接一特制的球齿状合金钻头，在钻进中给钻具一定的轴向压力和回转运动，并通过钻杆将压缩空气送中给钻具一定的轴向压力和回转运动，并通过钻杆将压缩空气送入冲击器，以推动冲击器上下运动，在活塞下行时产生冲击能量，入冲击器，以推动冲击器上下运动，在活塞下行时产生冲击能量，通过球状合金钻头冲击破碎岩石，钻具回转是为改变切削具破碎通过球状合金钻头冲击破碎岩石，钻具回转是为改变切削具破碎岩石的位置，这是一种中频冲击破碎岩石的钻进方法。岩石的
47、位置，这是一种中频冲击破碎岩石的钻进方法。压缩空气同时兼做吹洗孔底岩屑和冷却钻头的循环介质。潜孔锤压缩空气同时兼做吹洗孔底岩屑和冷却钻头的循环介质。潜孔锤钻进特别适用于干旱缺水和水冻土地区钻进，它具有钻速高、成钻进特别适用于干旱缺水和水冻土地区钻进，它具有钻速高、成本低、事故少等优点。本低、事故少等优点。3.3.8.1 气动冲击钻进的优点气动冲击钻进的优点钻进效率高：特别是在坚硬岩层利用气动冲击钻进，比普通回转钻进效率高：特别是在坚硬岩层利用气动冲击钻进，比普通回转钻进效率提高几倍到几十倍；钻进效率提高几倍到几十倍；7-8级矽化石灰岩中，机械钻速可级矽化石灰岩中，机械钻速可达达20-30m/h
48、。钻头寿命长：一个直径为钻头寿命长：一个直径为220mm球齿钻头，在花岗岩中能进尺球齿钻头，在花岗岩中能进尺500m，在石灰岩中可超过，在石灰岩中可超过1000m。气动冲击器钻进所需压力小，仅为回转钻进的气动冲击器钻进所需压力小，仅为回转钻进的13 左右，回转扭左右，回转扭矩小，故使用车装水井钻机，就可施工较大口径的钻孔，便于矩小，故使用车装水井钻机，就可施工较大口径的钻孔，便于实现设备轻便化和车装化。实现设备轻便化和车装化。防斜效果好：防斜效果好：1O/100m。（4）气动冲击钻进所需压力小，钻具不易弯曲，故有较好的防气动冲击钻进所需压力小，钻具不易弯曲，故有较好的防斜效果。斜效果。（5）由
49、于钻孔内没有静水柱压力，排粉速度快，孔内干净，对由于钻孔内没有静水柱压力，排粉速度快，孔内干净，对含水层没有堵塞与破坏作用。含水层没有堵塞与破坏作用。（6）成本低，大约为常规钻进费用的成本低，大约为常规钻进费用的50 左右。左右。（三）（三）气动冲击器的分类气动冲击器的分类气动冲击器可分为有阀冲击器和无阀冲击器两类。气动冲击器可分为有阀冲击器和无阀冲击器两类。A（中国）B（英格索兰）C A,B无阀潜孔锤 有阀潜孔锤 表表4-1 常用钢绳冲击钻机技术参数表常用钢绳冲击钻机技术参数表4.1冲击钻机冲击钻机常用的钢绳冲击钻机有常用的钢绳冲击钻机有CZ 20 型、型、CZ 22 型、型、CZ 30 型
50、三种型三种（见表（见表4-1）。另外还有）。另外还有CJ 700 型、丰收型、型、丰收型、150 m 钢丝绳冲击钢丝绳冲击式打井机和冲抓锥等（见表式打井机和冲抓锥等（见表4-2）用于农业凿井。用于农业凿井。4.水井钻机水井钻机续表续表4-1续表续表4-1表表4-2 常用农业凿井钻机技术参数常用农业凿井钻机技术参数常用的回转式钻机多为转盘式回转钻机以正循环洗井常用的回转式钻机多为转盘式回转钻机以正循环洗井为主为主;另外还有全液压动力头式钻机，以反循环洗井为主。另外还有全液压动力头式钻机，以反循环洗井为主。4.1回转式钻机回转式钻机4-3 转盘或水井钻机技术参数表转盘或水井钻机技术参数表续表续表4
