水文水井钻孔结构与施工设计课件.ppt
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1、水文水井钻进技术WaterWell,主要内容,水文水井的类型、钻孔结构及施工设计钻孔施工设计水文水井钻探特点及方法水井钻机,思考,水文水井的钻孔结构水文水井的钻进特点及方法,参考文献,李世忠,钻探工艺学下册,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。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。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。http:/www.lifewater.ca/ndexdril.htm,水文-水井,水文地质普查水文地质初步勘探与详细勘探水井(矿泉水,低温地热井),1.水文水井类型、钻孔结构及施工设计,1.1
2、钻孔类型水文地质普查孔:水文地质勘探孔:探采结合孔:观测孔:水井:,1.2 钻孔(井)结构孔径、孔段、孔深;井管:包括井壁管、过滤管、沉淀管的直径、孔段和深度;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,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。1.3.1 钻井深度: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: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、回填;重复。生产井,长期观测孔:在底板继续钻3-5m 终孔(沉淀管)。,1.3.2 钻孔直径:开孔直径、中间变径、终孔直径。岩芯直
3、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;抽水泵泵体外径的尺寸:深井泵;中间变径及其次数:地层情况;开孔直径:终孔直径及变径。,水文地质普查钻孔结构:终孔直径为:110mm满足取芯要求,水文地质勘探孔:抽水试验滤水管直径108 mm孔径比滤水管直径大150200mm,以便填粒。,探采结合钻孔结构图滤水管直径 146 mm安装深井泵的井管直径比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长期监测成井质量比较重要,浅供水水井的井身结构:井深:400mm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,中深供水水井的井身结构100m井深300m;井
4、管多为钢管、塑料管和铸铁管,或为石棉水泥管;井管内经200-300mm。,深供水井身井结构图:井径300mm;管外要求密封严格。,基岩水井井身结构图(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划任务书或合同的要求,在现场踏勘的基础上,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,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经济效益。,2.钻孔施工设计,2.1 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;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,着重说明影响钻探施工的
5、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、水文地质试验与观测要求等。,2.2 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、安全措施;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,经济指标测算,编制项目预算;编制与审批: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、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,3.1 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;钻进方法多:反循环、空气钻
6、进、潜孔锤钻进、振动钻进;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;按钻进工艺程序不同可分为:小口径(常规口径)钻进取心、大口径扩孔成孔;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;按切削具不同可分为:合金钻进;钢粒钻进;牙轮钻进;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;部分反循环钻进。,3.2 钻进方法的选择,基岩地层:采用一次钻进成井工艺;第四纪地层,要求全部取心的钻孔:可采用常规口径(钻孔直径 174mm)钻进取心,大口径(174mm)扩孔成井工艺;只要求定深取
7、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;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。参考下表进行:,表3-1 钻进方法选择,续表3-1,续表3-1,续表3-1,续表3-1,表3-2 第四系地层中钻进工艺,表3-3 基岩地层钻进工艺,3.3 大口径回转钻进,目前在水文地质钻探中,钻孔直径小于170mm 为常规口径(小口径);钻孔直径大于225mm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,大口径多用于水量大的水文勘探和探采结合
8、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口径一次钻进成井。,3.3.1 扩孔钻进,3.3.1.1 扩孔钻头:第四系粘土、砂类地层,常用的扩孔钻头多为翼片式,其主要有以下几种类型:,六旋螺翼肋骨扩孔钻头1-钻头体;2-护板;3-肋骨;4-硬质合金;5-螺旋肋骨钻头,六翼螺旋肋骨扩孔钻头用直径127-168mm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。,玉
9、米式扩孔钻头,玉米式扩孔钻头钻头体用直径127-168 mm厚壁管制成,在钻头体周围焊有6 个翼片,翼片间焊有补强钢板.该钻头为锥形,钻进时阻力较小,对粘土夹卵、砾石地层具有强烈的冲击和挤压作用.,四翼阶梯肋骨钻头1-钻头体;2-阶梯肋骨;3-切削肋骨;4-硬质合金;5-螺旋肋骨钻头,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,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,效率显著。,分节翼片式扩孔钻头1-89mm钻杆;2-导正圈;3-翼片,用直径89mm的钻杆做钻头体,在钻头体上部焊有导正圈,导正圈下面三个翼
10、片为一节,共分3-4 节共9-12 个翼片,每节三翼片互成120夹角焊在钻头体上,相邻两节翼片互成60角交错,翼片中心线与钻头体中心线夹角为65-70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。粘土、砂或粘砂地层。,组焊式牙轮扩孔钻头1-上下接头与刀盘;2-水眼;3-组装刀具;4-导向接头,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、漂石地层扩孔钻进,它具有回转阻力小、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300-1000mm的组装焊接式牙轮扩孔钻头。,3.3.1.1 扩
11、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4-10 mm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孔径小一级的钻具,长度300-500 mm。,扩孔钻具结构示意图(a)大口径管电焊连接;(b)钻杆螺纹连接;法兰盘连接1-小径钻具;2-变径接手;3-89mm钻杆;4-导正圈;5-导向;6-法兰盘;7-翼片;8导向钻头。,3.3.2 一次钻进成井,大口径不取心全面钻进;大口径取心钻
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