地下水鉆探工藝及應用實踐探究

何萬雙

（中國人民解放軍 66259部隊，內蒙古 呼和浩特 010051）

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地下水鉆探工藝及應用實踐探究

何萬雙

（中國人民解放軍 66259部隊，內蒙古 呼和浩特 010051）

摘 要：我國作為一個擁有13億人口的大國，雖然地廣物博，但人均擁有的水資源卻只有世界人均水資源的25%，水資源非常匱乏，并且伴隨著人口數量的進一步增加，我國水資源缺乏問題將更加突出。因此，在合理利用地表水的同時，加深對地下水資源的開采和利用就更為重要，本文就簡要介紹了我國地下水鉆探工藝的幾種類型，并以西部水資源開發為例，探討鉆探工藝的運用及實踐。

關鍵詞：地下水；鉆探工藝；西部水資源

隨著社會的飛速發展，地表水污染問題也日益突出，目前世界上大部分國家都利用地下水作為主要的飲水提供，以美國為例，其地下水如果全部取出，可以覆蓋美國全部國土的100英尺左右的厚度，我國目前江水湖水也污染嚴重，必須加強對地下水的鉆探和提取工作。

一、地下水鉆探工藝的鉆進技術

（一）取心鉆進技術及應用

取心鉆進技術主要包括兩種：一種是利用硬質合金進行鉆進，它的鉆頭主要是LL型鉆頭和JL型鉆頭，主要適用于砂類巖層和第四系粘土的鉆進；另一種是鋼粒鉆進技術，它的鉆頭主要是鋼粒鉆頭，最好為肋骨式鋼粒鉆頭，它的應用原理是用鋼粒鉆頭來壓住鋼粒，利用鉆具的壓力，將鋼粒滾動于巖石表面，進而碾壓破碎巖石，它主要適用于硬巖石地層和卵石地層的鉆進。

（二）擴孔鉆進技術及應用

擴孔鉆進技術所運用的鉆頭主要有兩種：

第一種是翼片式擴孔鉆頭，具體包括六翼螺旋擴孔鉆頭和六翼擴孔鉆頭兩種，這種鉆頭主要適用于姜石、卵礫石地層或者粘土、粘土夾砂礫地層的鉆入。

第二種是擴孔牙輪鉆頭，它的鉆頭類型主要分為兩種，即Cy—1型阻焊式牙輪擴孔鉆頭和Cy—12型阻焊式牙輪擴孔鉆頭，這種鉆頭主要適用于卵礫石地層和巖層的擴孔。

（三）大口徑且徑成孔鉆進技術及應用

這種大口徑且徑成孔鉆進技術，一般適用于不取心鉆孔，也是分為兩種鉆頭，一種是魚尾式或者三翼刮刀式鉆頭，主要適用于第四系松散顆粒地層的鉆進；另一種是大口徑鋼粒鉆頭或者三牙輪鉆頭，主要適用于基巖和漂、卵石地層的鉆進。

（四）反循環鉆進技術及其應用

反循環鉆進技術一般是將反循環沖洗液通過鉆桿內，由于其速度可以快至大約三米每秒，因此攜帶巖心和巖樣的能力非常強，從而完成連續地取心和取樣鉆進。具體包括三種方式：

1. 泵吸式反循環鉆進

泵吸式反循環鉆進主要利用的是砂石泵的抽汲力，產生大約0.6～0.7的大氣壓力的負壓，進而形成反循環。這種方式一般適用于第四系松散地層的鉆進，并且鉆孔深度越深，鉆進的效率也越來越低，100m～120m為最佳深度。

2. 地面噴射式反循環鉆進

地面噴射式反循環鉆進主要利用泵，把沖洗液注進噴射器，產生大約0.8～0.9的大氣壓力的負壓，進而形成反循環，這種技術可以配合氣舉反循環鉆進進行使用。

3. 氣舉式反循環鉆進

氣舉式反循環鉆進是將壓縮空氣和在鉆桿內的沖洗液相混合，并形成比重較低的氣水混合物，使氣舉和鉆桿內形成一定的外壓差，進而形成反循環。氣舉反循環屬于較好的連續取心或取樣方法之一，它的用鉆桿一般為同心式雙臂鉆桿，內管是承插密封連接，外管是用絲扣連接。

（五）空氣鉆進技術及其應用

空氣鉆進技術是用壓縮空氣來對鉆頭進行冷卻，并排除巖粉，一般這種方式應用于因為常年缺水或者冷凍而造成的鉆孔嚴重漏失地層等條件。空氣鉆進技術分為兩種方式，一種是正循環空氣鉆進，另一種是水井鉆進。

二、地下水鉆探技術的鉆孔結構

（一）關于水文地質的勘探鉆孔

關于水文地質的勘探鉆孔，通常分為兩種情形區別對待：一種是面對第四系地層，其濾水管的直徑應當大于等于108mm；另一種是面對下部是基巖，上部是第四系覆蓋層的情形，應當進行巖溶水或者基巖裂隙的抽水試驗，濾水管應當大于等于108mm。

（二）關于探采結合的鉆孔

探采結合的鉆孔，一般上部井管的直徑要比深井泵的直徑大一到兩級，下部的濾水管直徑應當大于等于146mm。

（三）關于水井鉆孔

水井鉆孔一般采用一徑或者兩徑成井的方式，下入一道管柱。

三、地下水鉆探技術在西部地下水鉆探方面的應用實踐

（一）西部水資源現狀

西部地區目前是我國最缺水的地區之一，一方面因為降雨量太少，另一方面也是因為沙漠和隔壁的地形，以及高山峻嶺密布，使得河流湍急，地表水流入大海速度過快而成為地下水。正是因為西部多土少水，不但影響了居民的生活水平，還不利于資源開發和城市建設，這也是導致西部貧困縣較多的重要原因，更是直接影響了西部大開發戰略的實施。

（二）西部地下水資源類型

1. 黃土層地下水

黃土層地下水是屬于黃土地區的地下水，主要分布在黃河中游，一般而言，黃土中都夾著25m左右厚度的隔水層，所以，降水滲入到孔洞、裂隙以及孔隙中形成了黃土層地下水。黃土層地下水通常埋藏很深，并且其形成與分布都受到地貌的控制，差異比較大，很難開采鉆取。

2. 第四系松散層孔隙水

第四系松散層孔隙水一般存在于某些山谷低洼地、古河床、傍河臺階地或者盆地的卵礫層或者砂質土層，例如新疆羅布泊地區的孔隙水。

3. 裂隙水

裂隙水一般存在于基巖孔隙，很多的溝谷、基巖斷層或者破解地的破碎帶，秦嶺北坡的黃岡巖裂隙水就是典型的裂隙水。

4. 碳酸鹽地區的巖溶水

西部地區的四川、云南、西藏以及貴州等地區都分布著很多的碳酸巖，厚達八千余米，并且除了裸露在外的巖溶，還存在很多埋深較大的隱伏巖溶，因此，鉆探巖溶水是解決西部水資源缺乏的重要措施。

（三）西部地區地下水鉆探適用技術

正如上文所述，西部地區的地下水資源包括黃土層地下水、第四系孔隙水、基巖孔隙水和巖溶水等，加之西部地區氣候比較干旱，地表缺水且交通困難，并且每個地區的含水層深淺不一，總而言之，針對這種特殊情況，可選擇供用的地下水鉆探技術如下：

1. 沖擊和沖擊反循環鉆進技術

這種沖擊和沖擊反循環的鉆進技術，主要適用于井深小于200m的含卵礫層的第四系地層，不但成本較低，而且效果很好，因此在發達國家也沒有完全被淘汰。只要運用合適的穩定液，利用沖擊或者沖擊反循環鉆進技術，都可以解決大直徑井孔的施工問題。

2. 空氣潛孔錘鉆進技術

空氣潛孔錘鉆進技術是在水文水井方面應用最為廣泛的工藝，在干旱地區的打基巖井的效率很高，并且可以運用跟套管鉆進法來解決卵礫第四系地層的鉆進問題。

3. 空氣泡沫鉆進技術

空氣泡沫鉆進技術是以空氣泡沫當作循環的介質，并通過回旋鉆進或者潛孔錘鉆進的方法進行鉆探。根據空壓機性能參數，可以決定其鉆井深度。同時，空氣泡沫的循環無損于含水層，也可以節省洗井的時間。

4. 雙壁鉆桿反循環鉆進技術

針對廣西巖溶地區，這種地區往往是上部有漏水現象，且無法堵漏，而下部又含水，最好的方法是采用雙壁鉆桿反循環鉆進技術，并且按照地形的不同，選擇空氣泡沫或者液體作為循環介質，還可以采用CSR中心取樣工藝。

結語

可持續發展戰略的重要一環就是解決環境和發展的問題，水資源短缺是目前我國面對的最為棘手的問題之一，不僅需要做到節水，還應當充分利用好地下水，這也是我們研究地下水鉆探技術的重要原因，我們必須進一步培養專門人才，強化鉆探技術，以盡快趕上世界一流水平。

參考文獻

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中圖分類號：TU238

文獻標識碼：A