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水文孔施工

水文孔施工（共10页）

水文孔施工

闫小举

（河南省煤田地质局一队，河南新郑451150）

摘要：

介绍了水文地质孔施工工艺和注意事项，以及常见事故的预防，分析和处理方法

关键词：

水文孔抽水套管事故预防与处理

在2006年一处施工水文孔21个，抽水34次，但共发生各类事故10多起，这些事故的发生，原因是多方面的，既有客观的，但绝大多数，甚至说90%以上都是人为的，为啥会造成这么多的事故主要是对水文地质孔施工工艺不不了解，对规程不了解，质量意识不强，在施工中弄虚作假，搞假资料，现在随着煤炭开发力度的加大和建井周期的缩短，这种严重性会很快暴露出来，这些情况必须引起我们的高度重视，否责会出事，所以今天和大家共同探讨水文孔的施工，希望能对今后的工作有所帮助。

㈠施工目的：

水文地质勘探工作是资源勘探的重要组成部分，主要任务是查明勘探区水文地质条件，分析矿床充水因素，预计矿井涌水量，为矿井设计提供必要的水文地质质料，并对地下水的防治和综合利用以及矿区可能生产的环境水文地质，工程地质问题提出建议，既要研究含水层，主要含水层之间的水力联系等,又要分析研究隔水层等许多内容。

㈡施工工艺

水文孔和地质孔相比有更高的技术要求，一是口径大，二是地层比较复杂，孔位多选在断层附近或构造带上，三是钻孔结构复杂，四是钻进工艺复杂，五是劳动强度大。

为了取得各含水层的涌水量和进行抽水试验，必须在钻孔中下套管，套管中下抽水设备，抽水层段按规范要求最小直径不小于108mm,因此如果用水泵抽水，上部需下180m，Φ127mm套管，按规范要求，孔径要比套管直径大一级以上，那么钻孔180mm以上孔径应为Φ146mm，以下应为Φ127mm，在实际生产中我们一般选择Φ108mm终孔，测井取得地质资料后再进行扩孔抽水，一般都是Φ127mm扩到止水位置，上部180mm扩成Φ146mm。

1、钻孔结构：

目前施工的水文孔一般都要求单孔多次抽水，因此在设计井径时要充分考虑抽水的方式次数，止水要求、止水方法和止水部位，钻孔深度、钻进方法，岩石的可钻性和孔壁稳定程度等多种因素，在确保质量和安全的前提下，尽量简化钻孔结构，如果施工地层较完整，则选择直径Φ110mm过抽水层段，终孔后再扩孔成井。

如上部有松散易坍塌掉块地层，则建议下直径Φ168mm护壁管或用水泥封闭等措施进行隔离，如果有坚硬、耐磨、失水量大地层，如平顶山砂岩，则建议至少用Φ130mm孔径直接穿过。

在抽水顺序上要遵循抽水设计原则，⑴第三系四系水层应揭穿一层抽一层，自上而下进行。

⑵基岩风化带应揭穿后立即抽，不宜回头抽。

⑶基岩风化带以上抽完水后，如果泥浆能护壁正常钻进，则最好不下护壁管，否则应及时下入护壁管隔离上部不稳定地层，下部如果孔壁较稳定，抽水层序应设计为自下向上抽，抽一层封一层，这样集中进行抽水作业，有利于提高工效，如果下部有不稳定地层，则抽水应自上向下进行，揭穿一层抽一层，一可避免泥浆堵塞含水层，影响抽水质量又可预防孔壁坍塌影响下部抽水。

2、钻进方法：

一般常用的钻进工艺有三种，一是小径取芯大径扩孔成井。

先小径取芯，提高岩芯系采取率，然后用大径一次或逐级扩孔成井，二是大口径取芯钻进，这样方法可以一次完成孔，既能满足地质要求，又能达到试验目的，对基岩中的坚硬耐磨地层钻进较为适宜，所以在施工中如果遇见金斗山，平顶山等坚硬耐磨地层，建议至少用Φ130mm孔径一径穿过，三是大口径全面钻进，当钻孔局部层段不要求采取率时，常采用大口径全面钻进，它具有效率高，成本低，口径大一次成孔的优点，尤其是潜孔锤钻进技术突破上部坚硬地层经常采用，但在使用时要合理匹配钻具，采取防斜措施。

3、钻具组合：

水文孔孔径一般比地质孔孔径大，钻具组合应遵循刚、长、粗、重、直原则，钻铤采用Φ95、121、146mm等规格，根据孔径调整，宜大不宜小，钻具组合时，下部粗径钻具应形成多点支撑，满眼钻进，同时应特别注意检查岩芯管，扶正器及最下部一根钻铤连接起来后是否弯曲，钻进钻具组合，钻头＋岩心管＋扶正器＋钻铤单根＋扶正器＋钻铤＋钻杆。

换径钻具组合：

钻头＋小径岩芯管＋大径扶正器＋钻铤单根＋大径扶正器＋钻铤＋钻杆。

4、防斜措施，孔斜是关系钻孔工程质量指标的一项重要内容。

钻孔弯曲容易在孔内形成键槽，起下钻具时阻力增大，常造成钻具被卡，因此在施工中必须采取合理的施工工艺和有效的防斜措施，施工中严格按要求测斜发现问题及时纠正。

主要有几点第一是严把安装关，第二是采取合理的钻具组合，第三是选择合理的钻进参数，主要是压力和转数第四采用适宜的钻进工艺，坚决淘汰钢粒钻进。

5、扩孔：

扩孔时应遵循“轻压慢转大泵量和优质泥浆”的原则，轻压是因为井径大，钻头接触面积少，容易引起钻杆弯曲而发生钻杆折断，扩孔时必须使用导向钻具，钻杆直径与孔径之比应在1：

3范围内。

慢转可使井内扩孔钻进稳定，大泵量是因为环状间隙大，泵量达可加快上返泥浆流速将岩屑及时携带井外，优质泥浆是扩孔破坏原井壁后能及时护壁，保证井壁的稳定性。

三、止水

抽水试验的关键是止水，止水的目的是隔离含水层或漏失层，防止含水层之间互相干扰和串通。

止水效果如何，直接影响抽水试验成果质量，如果止水失败，则会造成套管的重复起拔。

现在采用的止水材料有海带、破布、水泥、粘土、油灰、胶囊，止水方法有止水器、水泥、粘土、油灰，常用的是粘土、油灰，但如果是同径止水，经常在用CO2洗井时止水桥被高压水流击穿而导致止水失败，另外根据水文抽水试验规范要求，止水桥厚度不小于5米，即套管最下部全部被止水材料抱死，大大增加了套管起拔时的阻力，因此建议在地层条件允许情况下应积极推广使用胶囊止水。

四、下管

1.下前准备

（1）、调浆：

在水文孔施工中，为了取得可靠的水文地质资料，防止泥浆在孔内形成泥皮堵塞孔壁，给洗孔工作造成困难，水文上往往要求采用清水钻进，但在实际生产中为保证钻孔安全，仍广泛采用泥浆作为冲洗液，尤其是在下套管前，为了保证套管的顺利下入和起拔，必须对泥浆的性能进行调整，最好使用石墨泥浆，调整后的性能指标应达到粘度：

18-22秒，比重，失水量≤10ml/30min，含砂量≤1%。

实践证明，泥浆性能的合理调整是防止发生“抱管”事故的关键，尤其是在水敏性地层或大失水量地层中，调浆则至关重要。

（2）、顺孔：

顺孔是下套管前所必须进行的一个重要环节，主要是验证孔斜对套管的影响，孔壁是否规则，止水台阶的深度等，在实际生产中因为嫌麻烦，为图省事常被忽略,为套管的顺利起下埋下事故隐患，建议下管前应用同径钻具探孔，其长度不低于10米，顺孔时在任何孔段出现遇阻都应重新下钻扫孔，直到钻孔畅通为止。

（3）、检查套管：

在起拔套管时，由于各种因素的影响，初始起拔力量会是套管本身自重的几倍，甚至达至几十倍，而套管及连接部分丝扣质量的好坏就决定着是否能将力量传递至受力部位，因此必须对套管进行逐一仔细检查，管壁凸起、凹陷、弯曲、严重磨损或丝扣不合格的一律不得使用。

（4）、丈量排序：

下管前应对所下套管进行两次以上的丈量，并作编号、排序，根据止水台阶及止水要求的孔深来调整长度，以保证套管既能下到目标层位又有高出井口板的合理高度，以便能合上主动钻杆进行冲孔、扫孔。

（5）、检查：

下管前要对所用工具，设备进行全面检查，重点是动力机工作情况、升降系统，钢丝绳、天轮、滑车、卡瓦、提引卡头等。

（6）、分工：

整个下管过程由机长统一指挥，要做到分工明确，相互配合，钻探技术人员和水文地质人员要亲临现场，对钻机进行技术指导和质量安全监督，杜绝蛮干和违章作业。

2下管

（1）、抹油：

套管的丝扣部分要抹油漆并缠棉线上紧，管外要均匀涂抹优质黄油或用黄油和机油混合加工成的润滑脂。

（2）、卡瓦：

下管时三块卡瓦一定要砸紧，防止跑管，现场一般用吊起轻蹾的办法来检查卡瓦是否卡牢，但后期套管重量大时要防止蹾脱套管。

目前也有用油田钻井用的安全卡瓦来起下套管的，效果比较理想，建议推广使用。

（3）、操作：

下管时，操作一定要轻、稳、慢，如果遇有阻力，严禁猛蹾，防止卡死套管成蹾断套管，如果轻微转动或上下活动无效，则必须起出套管检查,分析原因采取措施后重新下入。

（4）、下套管：

按照原先编好的排序依次下入，并将下入的顺序、规格、长度等数据详细记录在原始班报表中。

（5）、密封井口：

套管下到预定位置后，井口要用破布围严并用粘土球压实，一是防止洗井时岩粉沉渣掉入孔内，二是防止抽水过程中，清水流入孔内稀释泥浆，破坏孔壁稳定性，形成坍塌掉块，给套管起拨造成困难。

五洗井及抽水

1、透孔：

止水效果验收合格后，要下钻透孔并用清水换浆和CO2洗孔，此时要严防钻头挂套管底口，因此套管底口要采用马蹄形，钻具过套管底口时要轻提慢转，严禁猛拉，防止拉动套管，影响止水效果。

2、洗井：

洗井的目的是消除井内的岩粉和钻探过程中渗入井壁的泥浆，破环井壁泥皮，以清除泥浆的影响，并将含水层疏通干净，从而使含水层达到最大的水量。

洗井常用方法有活塞洗井，空气洗井，洗井刷，水泵联合洗井，压风机洗井，二氧化碳洗井。

活塞洗井效果比较好，但洗井时间较长，水质不容易达到标准，因此常和空气洗井相接合使用，洗井刷，水泵联合洗井可有效破坏井壁泥皮，压风机洗井和二氧化碳洗井原理相似，只是二氧化碳洗井时由于二氧化碳的气化膨胀而产生的气举作用，几分钟内孔内水位可降200---300米，增大含水层向井内的集水压力，从而将含水层裂隙及通道打开，也有用酸洗的，效果比较好，但腐蚀性，危险性比较大，代价高不常用。

现在常用的是二氧化碳洗井，但在使用时要注意几点：

一是气温低时严禁用明火加热气瓶，可用热水浇，二是洗井时钻杆要下到含水层中，离井底3—5米以上，三是洗井时放气量要从少到多，防止冲穿隔水桥。

三抽水：

现在常用的抽水设备是空压机和深井泵。

空压机抽水和水泵抽水比较，空压机抽水缺点是设备笨重，油耗大，成本高，噪音大，下混和器深度受水位限制，三次降深分布不太合理，抽水精度小，优点是水量大小不限，孔径小，抽降大以及不受水中含沙量，岩粉，止水材料影响等，深井泵抽水优点是，体积小，质量轻，安装拆卸方便，扬程大，出水均匀，成本低，噪音小，抽水精度高，缺点是：

水中含沙量对轮影响大，平均抽水6次就需要换叶轮，如果洗孔不彻底，止水物容易堵塞进水孔上部口径要求大，对操作技术要求较高，稍有不慎就会造成泵体损坏。

六、起管

1、检查设备：

对套管进行强力起拔时，机械设备要承受比平时大得多的负荷，因此起拔前必须对设备进行仔细检查，重点是动力机、升降系统、钢丝绳、滑轮等。

特别是钻塔，要对天梁和钻塔螺丝重新进行紧固。

2、替浆：

起套管前要用优质泥浆替换出孔内的清水，以确保起管过程中套管内外的压力平衡，维护孔壁的稳定，防止坍塌掉块，影响下一步工序。

3、封孔：

根据多年的工作实践，如果钻孔是抽完水后就可以封孔结束时，建议先封闭钻孔下部及含水层或在套管起拔超过所需封闭煤层时先进行封孔，尤其是当上部有易坍塌掉块层段或松散厚煤层时更应注意，避免出现套管起完后，钻具下不到封孔层段而影响封孔质量。

4、起管：

起管时，升降机要放在低档，要逐步增加负荷，并做间歇停顿，以保证拉力能均匀的传到受力部位，严禁猛拉蛮干，造成设备损坏，如果孔内阻力较大时，建议采用千斤顶强力起拔：

降下钻杆，连接水压捞管器，卡住套管下部，用千斤顶顶住主动钻杆进行强力起拔。

七、套管事故处理

1、原因分析：

套管事故常见的有泥皮抱管、键槽卡管、掉块卡管、套管脱节等几种，造成原因可大致归为钻孔弯曲、孔内有键槽；泥浆质量不好、失水量过大；孔壁不稳定、坍塌掉块；套管丝扣不好、强度不够；起下方法不当、套管脱节等。

2、处理方法：

（1）双力起拔：

当孔内套管较少，阻力不是太大时，可采用双重拉力起拔，力争一次起拨出来：

水压卡管器下入孔内，卡住套管的下部；用套管夹持器夹住孔口以上的套管，用千斤顶顶住夹持器；孔内水压捞管器和孔上套管夹持器同时给以拉力，进行起拔。

（2）分段割取：

如果套管被泥皮抱住或键槽卡死时，可采用水压割刀，将孔内套管割成数段，分段取出。

但在失水量大，抱管严重层段每次割取长度不宜太大，并尽量用卡管器和千斤顶进行起拔。

（3）大径套取：

如果套管位于冲积层、表土层或较软岩层时，可采取大径套取的办法，但套取孔径应比所处理套管外径大二级以上。

（4）铣切贯通：

如果某段套管卡得很牢，分段割取仍不能取出时，可用带导向铣刀将其铣掉。

但在铣切过程中，往往会产生碎铁皮、铁块，造成套管外部被卡住，给下部套管处理造成困难，因此在处理过程中应谨慎操作。

（5）公锥捞取：

当孔内残留套管数量较少时，也可下公锥打捞，但公锥上要带上安全锁接头，这样既可强拉、反卸，又不致于打捞不成时将钻具留在孔内，但公锥反卸时经常造成套管多路和节箍脱落，给下一步处理造成困难，因此在处理过程中应谨慎操作，不宜强行开车和长时间开车倒扣。

八、注意事项

1．设计孔径是要尽量简化钻孔结构。

2．开孔是关键，一定要下好井口管。

3．合理使用钻具组合，尽量做到满眼钻具。

4．架桥时严禁使用钢丝和麦秸，如果用水泥固定套管应先封水泥后下套管。

5．做好水文报表原始记录，严格按水文地质规范要求施工，抽水前后量取沉渣厚度。

6．处理套管时，设备负荷比较大，因此一定要注意安全，特别是人身安全，强力起拔时无关人员要撤到安全地带，并指定专人负责观察设备及钻塔情况，发现异常及时报警。

7．套管处理过程中，不管采用何种处理方法，都要尽量保证套管口完好，保持套管内通道畅通。

各种数据要准确及时，并详细记录。

8．发生事故后仔细分析原因，采取相应处理措施，每一项措施都要为下一步处理留下余地，杜绝冒险蛮干，造成事故复杂化。

9．现在套管多采用接箍相连，为防备发生套管事故时处理方便，建议将套管和下接箍用电焊点在一起。