水文地质钻探工艺-第八讲 成井工艺
第十六章水文成井工艺1
例如：砾料直径为3mm时，应采用3.24mm和
2.76mm两种网过筛。
2.砾料的质量
砾料应该是：干净的、滚圆的、光滑
的砾料。不应采用机械破碎的岩石颗料。
砾料应有硅质组成，其他石灰质、页 岩和石膏质的颗粒含量最多不超过15%。
在深井和热水井中的砾料如果杂质较 多，应将砾料进行酸处理再填砾。
二、滤水管的选择
在水文地质勘探孔和供水井的建造过程中，
准确地选择滤水管是取得准确的地下水资料，保
证供水井最大出水量和工作寿命的关键。
选择滤水管时依据：① 含水层的结构特征； ② 地下水的性质；
③ 过滤材料的来源和成本。
滤水管的性能是：滤水挡砂，在 不稳定的含水砂层中兼起稳定井壁的
作用。
因此，正确的选择滤水管类型，
（二）浮板安装
当井管总重量超过起重 设备的定额负荷，或者超过
井管本身的抗破坏强度时，
必须采取措施以保证安全
安装。
利用浮板塞来增加井内
液体对井管的浮力，这是一
项减轻设备负荷的有效措施。
浮板安装井管是利用浮力塞（又称浮板） 封闭井管下端，不使泥浆进入井管内，从而增大 了泥浆对井管的浮力，减轻了整个井管柱的重量， 以适应升降机的起重能力。 同时也降低了管柱本身由于自重产生的拉力。 这样，在原有设备和井管材料的基础上增 加了成井深度。产生浮力等于排出泥浆的重量。 F =πD2Lρ/4
在井管抗拉确定和钻塔负荷能力容许的范围内，如 钻机能力不够或钢丝绳拉力不足时，可增加滑车组数， 以提高升降机的能力或降低每根钢绳的拉力。
使用机械提吊安装，井管之间的连接可以是： 丝扣对接；接箍连接；焊接或螺栓连接等方法。 提吊井管的工具有：钢丝绳套、夹板或提引器 和异径接头。 每向井内下放一根井管，应用小锤锤击井管， 检查有无破裂或阻塞。丝扣拧紧可以采用链钳、 钢丝套或锚头拉麻绳办法。 当放入井管数量较多时，提升井管要谨慎， 防止将井管墩断。 采用螺栓连接的井管，如管箍与井管间是螺 栓连接，螺栓不能伸入到井管内，以免影响洗井 和水泵安装。
水文钻井的施工工艺
浅议水文钻井的施工工艺【摘要】：水文钻井的施工过程比较复杂，如果处理不当就会出现很多质量问题。
本文简要分析了水文钻井成井工艺中应注意的几个问题，对水文地质勘察中的水文钻井施工具有指导意义。
【关键词】：成井工艺；水文钻井；施工工艺中图分类号：te2水文钻井的施工过程比较复杂，包括扩孔、破壁、换浆、清孔、止水、封孔及洗井等工艺，这些工艺在施工过程中如一项做的不好，都会造成钻井水量偏小、涌砂、井水不易清、水质差及成井深度不够等质量问题。
因此，解决水文钻孔管井施工、成井工艺中出现的问题，提高钻井成井质量是当前水文地质行业中较为迫切的课题。
本文主要探讨一下水文钻孔管井施工、成井工艺中应避免出现的几个问题：1、钻孔扩孔在钻孔施工中，由于施工单位片面地追求经济效益，往往出现钻孔扩孔口径不够，成井下管后，井管下不到底等现象，造成井浅、水量偏小及涌砂等后果。
为避免上述问题出现，成井前必须进行圆孔和清孔，如确认达到质量要求后再下管成井。
2、换浆工艺在钻进过程中一定要把握好冲洗液的泥浆比重或稠度，一般基岩及破碎带必须使用清水钻进；平原钻孔泥浆稠度不得超过18s，如在钻进中漏水严重且供应不足时，一定要增加供水数量，直至满足供应为止。
在特殊地质条件的地区或地段，如岩性为砂卵石、卵砾石及砾卵石等，因地层岩性颗粒粗，在钻进中常常出现孔壁坍塌现象，为此必须采用稠泥浆或特种泥浆进行钻进。
当采用稠泥浆或特种泥浆施工时，下管前破壁、换浆等工序一定要做到位，成井后还要采用化学洗井法进行洗井，只有这样，钻井出水量方能达到预期效果。
3、破壁工艺破壁工艺是否做的彻底直接影响到水井的成井质量，即水井的出水量大小。
如破壁工作做得不彻底，只有在成井后采用化学洗井法处理，才能补救因破壁的不足而造成的井孔出水量偏小等问题。
如某工程钻井时，就出现破壁工艺问题。
该井施工是采用特种低固相稠泥浆钻进，下管前，考虑到地层岩性为颗粒粗的砾卵石，如破壁或彻底破壁，会造成孔壁坍塌或孔底沉淀物过多，而处理沉淀又担心越捞越多等等，因此机台只简单的做了一下破壁。
成井工艺_精品文档
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（二）缠丝滤水管（常用）
无缝钢管或铸铁管经过打眼、垫筋、缠丝、焊接等工艺 制成。（见图3－4） 1.适用条件：粗砂、中砂、细砂地层 2.技术参数： 垫筋：Ф6mm钢筋 缠丝：8～ 14# 钢丝
缠丝截面形状：圆形 8#－3.2mm
10#－3.0mm 12#－2.4mm 14#－2.2mm 锥形、三角形、梯形。
孔隙率：ρ＝15～20％ 3.优缺点：滤水挡砂性能较好，但不耐腐蚀。
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水文地质及工程地质钻探
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（三）包网滤水管 在圆孔或条缝滤水管的外壁缠丝或沿母线焊上
垫筋，然后包上过滤网，再适当绕上铁丝加固，即 形成网状滤水管。（见图3－5） 1.适用条件：除粉砂以外的各种含水层。 2.技术参数：网眼直径选择，能通过下列砂量，其 效果最好。
粗砂：20～30％ 中砂：30～40％ 细砂：40～60％ 3.优缺点： ①进水阻力较大，又易被杂质或粉细砂阻塞； ②不适用于粉砂的流砂层；
2.井管应该平整、圆滑、连接后应该吻合严密； 3.井管应有一定的抗压、抗拉、抗弯曲强度，以保 证承受孔壁岩层和填砾的侧向压力和井管自重及其 下管安全；
4.井管直径满足安装抽水设备的要求； 5.井管应该具有较强的抗腐蚀能力（酸碱、细菌 ），压延长其使用年限；
6.井管材质要无毒和不污染水质； 7.滤水管要具有较大的孔隙率，减少地下水，流入 管内的阻力和良好的滤水挡砂性能。
成井工艺及要求
②成井工艺及要求管井采用XY-300工程钻机成孔，成井工艺见《管井结构示意图》，机井口径不小于300mm，施工过程采用泥浆护壁，可利用地层的粘性土自造泥浆。
钻孔前要挖好泥浆池，用泵吸泥浆循环排渣。
成井时下入口径为219mm钢管至井底，作护泵管，含水层部位的护泵管加工成筛管，筛眼直径16mm，筛眼部位包钢丝网。
护泵管外用卵石回填，形成反滤层。
为了缩短工期，每天24小时作业，10天内成井完毕。
抽水采用扬程25米，出水量20t/h潜水电泵，引水管采用50mm胶管。
管井井点运转后，配专人值班，保持昼夜连续运转并定期检查水泵及管路运转情况。
2.2.5桩井开挖掘进(图2)：土层、砂卵石采用短镐、锄头类工具挖掘，遇坚硬状障碍物或岩层时，改为风镐掘进。
弃土采用吊桶装载，用人力绞架垂直提升到井口，弃土于离井口1.5米以外或指定地点。
为了保证卵石层顺利掘进，并减少流砂现象的发生，在采用井点降水的情况下，再视具体情况在场地内布置几个降水井(可先将几个桩孔快速掘进作为降水井)，降低地下水位，保证含水层开挖时无水或水量较小。
桩井开挖进入持力层，如遇坚硬的中风化灰岩（抗压强度达50MPa）或中风化石英砂岩（抗压强度达78 MPa）,用风镐极难掘进，应采用松动爆破。
成孔采用手持式风动凿岩机，钻孔前准确标定炮孔位置，并仔细检查风钻的风管及管路是否连接牢固，钻机的风眼、水眼是否畅通，钻杆有无不直、带伤以及钎孔有无堵塞现象等。
钻孔由一人操作，双手持凿岩机对正位置，使钻钎与钻孔中心在一条直线上。
钻时先开小风门，待钻入岩石，能控制方向方开大风门。
钻孔应根据岩层性质、最小抵抗线等因素合理布置并严格掌握钻眼方向、深度及间距。
采用多孔小药量松动爆破，炸药采用防水硝铵炸药，导爆管引爆。
采用松动爆破时炸药用量可用下式计算：Q＝0.33q·a·b·l式中q—炸药单位消耗量（kg/m3）a—孔距（m）b—排距（m）l—钻孔深度（m）实际工作中，可根据经验、炮孔深度和岩石坚硬情况来确定用药量。
成井工艺PPT
四、过滤器基本尺寸的确定和计算
过滤器基本尺寸有：滤水孔大小，孔隙否合理，将影响过滤器工作性能、水井
的水质与水量等。
1．滤水孔尺寸的确定 滤水孔尺寸的大小必须与含水层
粒度相适应，合理的滤水孔尺寸确定
原则是允许含水层中50～70%的细砂 粒通过，使含水层井壁的剩余粗颗粒 形式“圆形拱”。
（3）最大限度的耐腐蚀能力和不因滤水管被腐蚀而影响
水质的卫生要求。
（4）具有良好的滤水挡砂能力，滤水孔不易被地层中的 物质堵塞。 （5）具有安装方便、成本低廉以及取材容易等。
一、过滤器的类型和结构
目前，常用的过滤器按其结构可分为四种类型：
（1）骨架式过滤器 （2）缠丝过滤器 （3）网状过滤器 （4）砾石过滤器 过滤器类型的选择主要是根据含水层颗粒大小和岩 石的性质。
滤水管
滤水管是水井井管的一部分，当钻进成孔达到设计要
求时，为了将井内地下水抽取至地表，必须首先在钻孔内下 入井管。
梯形丝滤水管
桥式滤水管
设计与选择滤水管时，应满足它的基本要求。对滤水
管的要求，可概括为以下5点： （1）具有最大的进水面积，以减少地下水经过它时的 阻力。滤水管阻力越小，地下水在这里的流速变化越小， 发生结垢的可能性越小，从而可以延长滤水管使用的年限。 （2）具有足够大的机械强度，能满足安装井管时的负 荷和抵抗地层的压力。
下管的基本 步骤
下管基本方 法
了解：适用范围，基本步 骤及工具、材料
第三节 填砾
将选好的砾料投入过滤器与井壁之间的环状间隙中，这 一工序称为填砾。
填砾的目的是在滤水管与井壁之间形成人工过滤层。此
人工过滤层可以增大滤水管四周的孔隙率和透水性，减小进 水时的水头损失，以增加单井出水量。同时，可以起滤水挡 砂作用，以防止含水层中的细小砂粒涌进滤水管内。因此， 可以延长水井的使用寿命。
浅谈水文钻井成井工艺
为砂 卵石 、卵砾石 及砾卵 石等 ，因地 层岩性颗 粒粗 ，在钻进 中常常 出现孔壁 坍塌 现象 ，为
此 必须采用 稠泥浆 或特种泥浆 进行钻 进 。 当采用 稠泥浆或 特种泥 浆施工 时 ， 下管前 破壁 、 换
浆 等工序一 定要做 好 、做彻底 ，成井 后还要采 用化学 洗井法洗 井 ，只有这样 ，钻井 出水 量
譬 如 ：２ ０ ０ ０年省 地质工 程勘察 院在 四平市施 工时 ，就 出现 了这样 问题 ，当时设 计成井 ３０ｍ，设计 扩孔 口径 ４ ０ｍｍ。但 由于 机 台单方 面追求 经济效 益 ，采 用 的扩孔 钻头 口径太 ３ ８
小 再加 上磨损 等因素 ，成井下 管前 又没有探孔 ， 成井 下管下 不到位 ， 管余 出２ 这样一 井 ０ｍ
（ 吉林 省地 质 工程 勘 察 院 ．吉林 长 春 １ ０ １ ） ３ ０ ２
［ 摘 要 ］ 本 文浅 析 水 文钻 井成 井工 艺 中应 注 意 的 几 个 问题 ， 旨在 指 导 成 井 工 艺满 足 水 文 地 质 勘
察 的要 求和 市场 需 求 。
［ 键 词 ］ 成 井 工 艺 ；水 文 钻 井 关 ［ 图分 类 号 ］ Ｐ ３． ［ 中 ６４ ５ 文献 标 识 码 ］ Ａ ［ 文章 编 号 ］ １０ —４ ７ （０ ７ ３０００ ０ １２ ２ ２ ０ ）０ —７—４
水文钻 井管井 （ 水井 ）的施工是 一个复杂 的过程 ，包括扩 孔 、破 壁 、换浆 、清孔 、止
水 、封孔及 洗井等各 项工艺 ，这些工 艺每一项 都十分 重要 。在施 工程过 程 中 ，如一项 做 的 有误 或不彻底 ．都会 造成钻井 水量小 或偏小 、涌砂 、井 水不易 清 、水质 差及成 井深度 不够 等 成井质量 问题 。因此 ，解 决水文钻 孔管井施 工 、成 井工艺 中 出现 的问题 ，提 高钻井 成井 质 量是 当前 水文地 质行业 中最迫切解 决 的课题 。根据 我们从事 水文钻 井工作 多年 的经验 和 体会 ，重点 探讨一 下水文钻 孔管井施 工 、成井 工艺 中应 避免 出现 的几 个问题 ：
成井施工工艺
成井施工工艺
本文介绍了XXX施工的流程和前期准备工作。
在测放井位时，应清除地面障碍物并做好井位标记。
在埋设护口管时，要插入原状土层中并用粘性土或草辫子封严。
安装钻机时，要保证孔的垂直度。
成孔时采用反循环回转钻进泥浆护壁的成孔工艺，并选用HF-180型工程回转钻机钻进成井。
清孔时，要进行冲孔清除孔内杂物。
下井管前要检查过滤器的缝隙是否符合设计要求，并检查井管焊接。
下管时，要在滤水管上下两端各设一套直径小于孔径5cm的扶正器。
最后，要进行埋填滤料。
按照井的设计要求，填充滤料并随时测量滤料的高度，直到滤料填满预定位置为止。
进行洗井时，使用水泵抽水。
当洗井水基本不含泥砂时，持续抽水直到水清不含砂为止。
洗井完成后，试抽成功则代表成井完成。
在洗井完成后，可以进行下泵试抽。
试抽成功则代表该井成孔完毕，可以投入使用。
针对本工程降水施工过程中的特殊过程，应按照表6-1中所列的要求进行质量控制。
表6-1特殊过程质量控制要求：
序号检查项目技术要求检查数量
1 成孔直径(mm) ＞井管外径280mm 全数
2 井管沉设深度(m) 偏差±0.20m（疏干井）≥50%井数
3 井管间距（m）偏差±1.00m ≥50%井数
4 滤料规格 D50=6～12倍d50 全数
5 滤料围填高出滤管顶2m以上，滤料体积≥95% 全数
6 孔口段粘土封填不得使用粉性土，厚度≥1.5m 全数。
成井工艺
钻进方法与成井工艺
水文水井钻进方法非常多，由于地层复杂，即使在同一个钻孔中，也会遇到迥然不同的几种地层，因此就有了各种相对应的钻进方法，如冲击钻进法、回转钻进法、空气钻进法、潜孔锤钻进法等。
由此也就要求钻探设备与钻进方法相适应，水文水井钻探所用的设备类型也是非常多的。
冲击钻进法在整个钻探工程中是最古老的钻进方法。
它设备简单，重量小，钻进时水量消耗小，特别适于无水缺水地区钻进。
不足之处钻进效率低，钻进范围小只适于浅井。
回转钻进法是当前最有效、最广泛的常规钻探方法，它包括取芯钻进、全面钻进和扩孔钻进。
它适于各种地层、各种深度和各种口径的水井钻探。
空气钻进法是指以压缩空气代替冲洗液作为循环介质的一种钻进方法，它包括干空气钻进法、雾化钻进法、泡沫钻进法、泡沫泥浆钻进法等。
空气钻进法钻进效率高，对水质无污染，尤其适于缺水区或严重漏失区等地层，是较为先进的一种钻进方法。
潜孔锤钻进法是指压缩空气即作为循环介质有作为驱动能源的一种冲击回转钻进法，它钻进效率高，特别是在坚硬岩层中，钻进效率比回转钻进能提高几倍甚至几十倍。
不足之处在于功耗较大，不能取到岩芯，遇水效率会降低。
成井工艺是指钻孔完成后的主要工艺，包括冲孔换浆、刮壁探井、下井管、填砾、止水、洗井、抽水实验等项工序。
这些工序是相互衔接的，但又各有其特点。
成井工艺的目的主要有两点:一是将含水层的水经过疏通而使其能够自由的流入井内；二是封闭或隔离非含水层，以防止地下含水层的水互相串通或污染含水层。
这种有选择的封闭或疏通，就是成井工艺要解决的主要问题。
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第一节 滤水管
滤水管是水井井管的一部分，当钻进成孔达到设计要 求时，为了将井内地下水抽取至地表，必沉 淀管，过滤器（滤水管）和井壁管。
井 壁 管
缠丝滤水管
桥式滤水管
三个部分一般可通过螺纹丝扣或焊接的形成 连接成一个整体管柱。
直缝过滤器由于孔眼横向尺寸比圆孔过滤器小，过滤能 力较强，故适用于粗砂含水层，也适用于卵砾石层及易坍塌 裂隙含水层。但此种过滤器加工较困难，需要专门的铣槽设 备，因而应用较少。
3．筋条过滤器 在两节短管之间焊以直径为10～16mm的钢筋，钢筋围成
圆柱形，每根长约3～4m。其内每隔1m左右焊一支撑圈，以增 大其刚度，如图示。
（1）具有最大的进水面积，以减少地下水经过它时的 阻力。滤水管阻力越小，地下水在这里的流速变化越小， 发生结垢的可能性越小，可以延长滤水管使用的年限。
（2）具有足够大的机械强度，能满足安装井管时的负 荷和抵抗地层的压力。
（3）最大限度的耐腐蚀能力和不因滤水管被腐蚀而影响 水质的卫生要求。 （4）具有良好的滤水挡砂能力，滤水孔不易被地层中的 物质堵塞。 （5）具有安装方便、成本低廉以及取材容易等。
沉淀管：是抽取地下水时，为随地下水流入 井内的细小岩土颗粒提供沉淀空间；
滤水管：一般在井管柱的中下部，位于井内含水层位置， 主要作用是保护含水地层，起滤水挡砂作用；
井壁管：位于井管柱的中上部，其主要作用是保护含水 层以上井壁，防止塌孔，同时，为地下水分层止水及抽水设 备的下入与安装创造条件。
设计与选择滤水管时，应满足它的基本要求。对滤水 管的要求，可概括为以下5点：
钢丝网易腐蚀，铜丝网易形成电化学腐蚀，故逐渐 被非金属丝网所代替。
包网滤水管易堵塞，永久性的生产水井不宜采用。
波纹过滤网
（四）砾石滤水管
砾石滤水管是根据含水层 颗粒情况，以适合的砾石充填 于骨架管与含水层之间，形成 人工砾石过滤层。
特点：增大水井过滤半径。
滤水管形式：通常是骨架 滤水管、缠丝滤水管或特制的 筐架。
筋条过滤器的优点是孔隙率大，可达50%左右，过水 能力强，又节省金属，制造方便，成本低廉，适合于含水 层薄而涌水量大的浅井。它还常用作缠丝过滤器的骨架。
（二）缠丝过滤器
缠丝滤水管是在骨架滤水管外缠以金属丝而成。倘若骨 架管是圆孔滤水管或条缝滤水管，在管外每隔40~50mm焊上 直径6mm的垫筋，然后再缠金属丝。
D
a
d 2
4
DH
d2 0.91 a2
孔隙率与滤水管的材质有关。钢质滤水管的孔隙率一
般30%以上；铸铁滤水管约23%左右；石棉水泥滤水管则 在15～16%。
2．直缝过滤器 在管壁上开有长方形孔，或直缝。其排列方式可以是并
列式，也可以是各排交错排列，在个别情况下不但排与排之 间交错而且行与行之间也相互交错，如图示。
一、过滤器的类型和结构
目前，常用的过滤器按其结构可分为四种类型： （1）骨架式过滤器 （2）缠丝过滤器 （3）网状过滤器 （4）砾石过滤器 过滤器类型的选择主要是根据含水层颗粒大小和岩 石的性质。
（一）骨架式过滤器
骨架过滤器是一种结构最为简单的过滤器。它的基 本特征是：一节有孔隙的管子，即在各种材料的管子上， 用钻凿、模压、焊割、铣削等方法开有圆孔或直缝作为 进水的通道。
第七讲 成井工艺
第四章 成井工艺
水井钻的成井工艺（Completing Water Wells），包括 钻孔进结束后的冲孔、换浆、安装井管、填砾、止水、洗井 和试抽等工艺过程。这些工序是相互衔接的，但又各有其要 点。
成井工艺的目的概括起来为两个方面： （1）将含水地层（目的层）的水经过疏通而使其能自 由地流入井内； （2）封闭或隔离非目的层，以防止地下含水层的水相 互串通或污染含水层。 这种有选择的疏通和封闭，是成井工艺要解决的主要问 题。
圆孔过滤器结构简单，制造方便，但由于它有直径较大的 圆孔，故不适用于砂层，而只适用于坚硬不稳定的裂隙含水层 或含砂量小于10%的卵砾石含水层。
圆孔滤水管的孔隙率是滤水管上圆孔面积总和与滤水
管有效表面之比。
若滤水管外径为D，有效长度为H，则每排孔数 D
a
圆孔排数为
H a sin 60
则孔隙率为：
m
H a sin 60
直缝宽度t与含水层粒度有关。非均质砂 t = (1.5～2)d50, d50为能通过50%砂粒的网眼直径 ;均质砂 t =（1.25～1.5）dcp , dcp为砂粒平均直径。
若直缝过滤器用作其他类型过滤器的骨架，则t值可任意 选择，一般为10~20mm或更大些。直缝的长度可为任意值， 但一般为50~100mm左右。缝与缝之间的距离通常为缝宽t的 10倍。各排直缝之间的距离约为10~20mm。
（五）贴砾滤水管（贴砾管）
贴砾滤水管是在骨架管外将砾料、 粘合剂等物质，按一定比例在模具里加 压、固化而成。
特点：相对于砾石过滤器，贴砾管 直径较小，适用于直径较小的井孔中， 且成井工艺简单，但其强度较低，下入 井内时，与井壁碰撞易损坏。
玻璃钢滤水管、塑料滤水管、陶瓷滤水管等多种类型。 微 孔 陶 瓷 滤 水 管
金属丝的断面可以是梯形、圆形或三角形。以梯形为好， 窄边向内，宽边向外，滤水孔断面呈“V”形。
既可减少砂粒堵塞，又有高的过水效率。
三角形缠丝过滤器
梯形不锈钢丝过滤器
（三）包网滤水管
包网滤水管制作方法与缠丝滤水管采用的骨架管相 同，只是外表不缠丝而包以过滤网而成。
常用的过滤网有：钢丝网、铜丝网和不锈钢丝网、 聚氯乙烯塑料网、尼龙丝网和玻璃丝网等。
骨架式过滤器除既可作独立的过滤器，也可作为其 他类型过滤器的骨架。根据孔隙形式的不同，骨架式过 滤器又可分为圆孔过滤器、直缝过滤器、筋条过滤器三 种。
1．圆孔过滤器 在管壁上钻有圆孔，圆孔交错排列，各圆孔中心位
于等边三角形的顶点，如图所示。
圆孔直径d取决于过滤器的用途，若作为独立的过滤器而 直接与含水层颗粒接触，则圆孔直径d取决于含水层颗粒的大 小及其不均匀度，一般10~20毫米。若作为其它类型过滤器的 骨架，则d可取大一些。圆孔间距a的大小决定于圆孔直径d， 一般a=（2~2.5）d。