泵吸反循環鉆鑿深水井的一個實例

李殿文,胡儉春,曲振貴

吉林省四平地質工程勘察院, 吉林 四平 136000

1 概述

泵吸反循環鉆鑿水井，目前得到越來越廣泛的應用，由于速度快，清孔好，施工便捷，深受工程技術人員的歡迎。第四系地層、第三系地層及部分白堊系地層都能鉆進成井。但有一個缺點，那就是隨著鉆進深度的增加，排渣能力不斷下降，最后因排不了渣，不得不終孔。也就是說：泵吸反循環鉆鑿水井受成井深度的限制。在此鉆鑿實例之前，在通榆和洮南一帶，泵吸反循環鉆鑿工藝鉆鑿最深的井也就150 m左右，超過180 m的深水井幾乎沒有，200 多米的供水井，根本沒有鉆鑿成功的例子。其原因如下：

通榆、洮南一帶的地層，主要為第四系地層和第三系地層，其最大特點是松散，易塌孔。第三系地層雖然名字叫泥巖、砂巖，可實際上地層都是弱膠結和無膠結，從取上來的巖心看，所謂的泥巖，和粉質粘土差不多，很少處于堅硬狀態，大多為硬塑和硬可塑狀態；而砂巖，根本就無膠結，和第四系的粉砂和細砂沒有什么兩樣。這就大大地增加了泵吸反循環的施工難度。因為如果泵的吸力太小，成井深度受限，如果吸力過大，伴隨而來的就是塌孔，一旦塌孔，鉆鑿失敗，就受到了損失。成井深度目標越大，出現塌孔的機會就越大，損失就越大，因此，很多施工單位，也不愿意冒此種較大的風險去鉆鑿過深的供水井。

另外，孔口的直徑越大，排渣越困難，也更容易塌孔，對于通榆洮南一帶的供水井來說，鉆孔的口徑一般都應在350～500 mm 之間，首先是井管要有足夠的直徑，太小的直徑的井管滿足不了取水要求；其次，井管外要填礫，填礫的厚度要達到規范的要求，或地區經驗的要求，因此鉆孔口徑是一項不可忽視的硬指標。

2 實例

通榆縣雙崗鎮某廠擬建供水井深度為200 m，設計鉆鑿口徑為500 mm，下219 mm 鑄鐵管。搜集的地層資料如下：

其中，0.0～64 m 為第四系地層；64～195 m為第三系地層；195～210 m 為白堊系地層。

3 方法

真對鉆鑿深度越大排渣越困難，和鉆鑿深度越大井孔越易坍塌的等一系列特點，結合多年來我們在該地區的鉆鑿經驗，制定了一系列的錯施，其最主要的有如下4 項錯施：

3.1 孔口護筒的埋設

對于泵吸反循環鉆鑿200 m 深的深水井，對于設備來說屬于超深，由于回流流量大，速度快，施工時間長，極易造成井口坍塌，孔口埋設護筒，可以有效地減少孔口坍塌的可能。

護筒底部要與土層密實結合，護筒的外側，要用白土和粘性土，分層圍填并搗實，決不允許滲水。

實踐證明，一大部份塌孔是由井口最先開始的，所以埋設護筒是很關鍵的一步，一定要重視。

3.2 保持合理的孔內液柱壓力

反循環施工，我們認為200 m 以上的深井必須在孔內保持2.0 m 以上的靜水壓頭，要達到這一項要求，要采取如下的技術措施：

（1）開挖足夠容積的泥漿池，一般來說，泵吸反循環鉆進，泥漿池的容積是鉆孔容積的1.5～2.0倍。而200 m 的深水井，要大于2 倍，大多少合理，經分析，我們采用的是大于2.5 倍。理論上，200 m 深，500 mm 徑鉆孔容積為39.25 m3，實際上，由于反循環鉆進中，有很大的抽吸力，特別對上部第四系地層來說，不規責的、不可控制的超徑現象是必然存在的，因此，鉆孔容積要超出理論計算值。有鑒于此，我們挖兩個連通的泥漿池，一個是吸漿池，一個是排漿池，吸漿池略小，排漿池要很大，總容積100 m3，兩池中間連通。

（2）要準備充足的供水水源，以防孔內發生嚴重漏失時及時補水補漿，補水補漿不及就會發生鉆孔坍塌。

（3）在鉆到58～64 m 的砂礫層時，為防止2.0 m 以上的靜水壓頭不足以保持孔壁穩定時，采用了泥漿護壁，同時為防止泥漿也不能滿足護壁要求，多次把鉆具提離孔底10～15 cm，開動砂石泵吸除塌落物。塌落物吸盡后再鉆進，然后而停車繼續吸，直至鉆穿礫石層。

保持一定的壓力水頭，是防止深部塌孔最有效辦法。深部一旦塌孔，90%以上處理不了，最后重新回填，待填入物密實后在鉆進，或移動鉆機，易地重鉆，這樣，工作量就全部報廢，造成很大的損失。

3.3 沖洗液環空速流的控制

砂石泵的排量是影響鉆進效率的一個關鍵因素。即要求沖洗液在鉆桿內有足夠的流速，以便有效的攜帶鉆屑，又要求沖洗液對孔壁的沖刷破壞作用小。根據我們的施工經驗，就此孔的情況而言，鉆桿內的流速不宜低于2.4 m/s，鉆桿外的流速應控制在0.16 m/s 之內。如果遇到大粒徑的卵石，鉆桿內2.4 m/s 的流速就滿足不了攜渣的要求時，可以開大砂石泵排水閥門，大卵礫石通過后再及時關小排水閥門，恢復正常鉆進時的排量。

3.4 鉆頭的設計

我們根據地層資料，按照設計要求，自行設計了三翼鉆頭，鉆頭直徑為460 mm，根據本地區多年的泵吸反循環鉆鑿經驗，直徑460 mm 的鉆頭，在第四系地層，鉆鑿出的口徑能達到505 mm，而第三系地層，因其無膠結和弱膠結，其直徑也能達到500 mm。該鉆頭配置有魚尾型的底切片，底切片上開有主吸渣口，為了防止巖粉超過主吸渣口后停泵，鉆頭體上開有副吸渣口，同時鉆頭體上還焊有三個階梯形垂直切屑齒，對鉆進砂礫石層、粘土層等都非常有效。

4 效果

由于采取了上述4 項錯施，本工程十分順利，經兩天一夜的施工，順利完成。在180～200 m 段，采取了慢速鉆進，鉆渣全部抽吸上來。根據本地區施工經驗，成200 m 的深水井，多鉆了8 m，即實際鉆了208 m，然后進行1 h 的清孔.接著進行了下管。下管之后及時進行了換槳。成井后，實測孔深200.20 m，完全符合要求。

5 結論

用泵吸反循環鉆機鉆鑿200 m 深的供水井，只要錯施得當，是完全可能的。并仍能取得較高的效率，在第四系地層、第三系地層和白堊系地層中，采用合理的施工工藝，泵吸反循環完全可以施工200 m 以上的深孔，并且仍可保持泵吸反循環鉆進工藝的高效率，高質量、低成本。

[1] 張祖培,等.巖土鉆鑿工程新技術 [M].北京：地質出版社，2003.

[2] 鄭秀英,等.水文地質學[M].北京：地質出版社，1986.

[3] GB-50027-2001,供水水文地質勘察規范[s].