何萬雙

（中國人民解放軍 66259部隊(duì)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

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地下水鉆探工藝及應(yīng)用實(shí)踐探究

何萬雙

（中國人民解放軍 66259部隊(duì)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

摘 要：我國作為一個(gè)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(shù)量的進(jìn)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(shí)，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(fā)為例，探討鉆探工藝的運(yùn)用及實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：地下水；鉆探工藝；西部水資源

隨著社會(huì)的飛速發(fā)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(yán)重，必須加強(qiáng)對地下水的鉆探和提取工作。

一、地下水鉆探工藝的鉆進(jìn)技術(shù)

（一）取心鉆進(jìn)技術(shù)及應(yīng)用

取心鉆進(jìn)技術(shù)主要包括兩種：一種是利用硬質(zhì)合金進(jìn)行鉆進(jìn)，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(jìn)；另一種是鋼粒鉆進(jìn)技術(shù)，它的鉆頭主要是鋼粒鉆頭，最好為肋骨式鋼粒鉆頭，它的應(yīng)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(dòng)于巖石表面，進(jìn)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(jìn)。

（二）擴(kuò)孔鉆進(jìn)技術(shù)及應(yīng)用

擴(kuò)孔鉆進(jìn)技術(shù)所運(yùn)用的鉆頭主要有兩種：

第一種是翼片式擴(kuò)孔鉆頭，具體包括六翼螺旋擴(kuò)孔鉆頭和六翼擴(kuò)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(kuò)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(kuò)孔鉆頭和Cy—12型阻焊式牙輪擴(kuò)孔鉆頭，這種鉆頭主要適用于卵礫石地層和巖層的擴(kuò)孔。

（三）大口徑且徑成孔鉆進(jìn)技術(shù)及應(yīng)用

這種大口徑且徑成孔鉆進(jìn)技術(shù)，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(jìn)；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(jìn)。

（四）反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)及其應(yīng)用

反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)一般是將反循環(huán)沖洗液通過鉆桿內(nèi)，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(qiáng)，從而完成連續(xù)地取心和取樣鉆進(jìn)。具體包括三種方式：

1. 泵吸式反循環(huán)鉆進(jìn)

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

2. 地面噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)

地面噴射式反循環(huán)鉆進(jìn)主要利用泵，把沖洗液注進(jìn)噴射器，產(chǎn)生大約0.8～0.9的大氣壓力的負(fù)壓，進(jìn)而形成反循環(huán)，這種技術(shù)可以配合氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)進(jìn)行使用。

3. 氣舉式反循環(huán)鉆進(jìn)

氣舉式反循環(huán)鉆進(jìn)是將壓縮空氣和在鉆桿內(nèi)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(nèi)形成一定的外壓差，進(jìn)而形成反循環(huán)。氣舉反循環(huán)屬于較好的連續(xù)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(nèi)管是承插密封連接，外管是用絲扣連接。

（五）空氣鉆進(jìn)技術(shù)及其應(yīng)用

空氣鉆進(jìn)技術(shù)是用壓縮空氣來對鉆頭進(jìn)行冷卻，并排除巖粉，一般這種方式應(yīng)用于因?yàn)槌Ｄ耆彼蛘呃鋬龆斐傻你@孔嚴(yán)重漏失地層等條件?？諝忏@進(jìn)技術(shù)分為兩種方式，一種是正循環(huán)空氣鉆進(jìn)，另一種是水井鉆進(jìn)。

二、地下水鉆探技術(shù)的鉆孔結(jié)構(gòu)

（一）關(guān)于水文地質(zhì)的勘探鉆孔

關(guān)于水文地質(zhì)的勘探鉆孔，通常分為兩種情形區(qū)別對待：一種是面對第四系地層，其濾水管的直徑應(yīng)當(dāng)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(yīng)當(dāng)進(jìn)行巖溶水或者基巖裂隙的抽水試驗(yàn)，濾水管應(yīng)當(dāng)大于等于108mm。

（二）關(guān)于探采結(jié)合的鉆孔

探采結(jié)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(yīng)當(dāng)大于等于146mm。

（三）關(guān)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(shù)在西部地下水鉆探方面的應(yīng)用實(shí)踐

（一）西部水資源現(xiàn)狀

西部地區(qū)目前是我國最缺水的地區(qū)之一，一方面因?yàn)榻涤炅刻?，另一方面也是因?yàn)樯衬透舯诘牡匦危约案呱骄X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?yàn)槲鞑慷嗤辽偎?，不但影響了居民的生活水平，還不利于資源開發(fā)和城市建設(shè)，這也是導(dǎo)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(fā)戰(zhàn)略的實(shí)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(qū)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(tái)階地或者盆地的卵礫層或者砂質(zhì)土層，例如新疆羅布泊地區(qū)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(qū)的巖溶水

西部地區(qū)的四川、云南、西藏以及貴州等地區(qū)都分布著很多的碳酸巖，厚達(dá)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(qū)地下水鉆探適用技術(shù)

正如上文所述，西部地區(qū)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(qū)氣候比較干旱，地表缺水且交通困難，并且每個(gè)地區(qū)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(shù)如下：

1. 沖擊和沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)

這種沖擊和沖擊反循環(huán)的鉆進(jìn)技術(shù)，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(fā)達(dá)國家也沒有完全被淘汰。只要運(yùn)用合適的穩(wěn)定液，利用沖擊或者沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)，都可以解決大直徑井孔的施工問題。

2. 空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)

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

3. 空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)

空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)是以空氣泡沫當(dāng)作循環(huán)的介質(zhì)，并通過回旋鉆進(jìn)或者潛孔錘鉆進(jìn)的方法進(jìn)行鉆探。根據(jù)空壓機(jī)性能參數(shù)，可以決定其鉆井深度。同時(shí)，空氣泡沫的循環(huán)無損于含水層，也可以節(jié)省洗井的時(shí)間。

4. 雙壁鉆桿反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)

針對廣西巖溶地區(qū)，這種地區(qū)往往是上部有漏水現(xiàn)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(huán)鉆進(jìn)技術(shù)，并且按照地形的不同，選擇空氣泡沫或者液體作為循環(huán)介質(zhì)，還可以采用CSR中心取樣工藝。

結(jié)語

可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要一環(huán)就是解決環(huán)境和發(fā)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(jié)水，還應(yīng)當(dāng)充分利用好地下水，這也是我們研究地下水鉆探技術(shù)的重要原因，我們必須進(jìn)一步培養(yǎng)專門人才，強(qiáng)化鉆探技術(shù)，以盡快趕上世界一流水平。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號：TU238

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