3-第三章 水文地质及水井钻

探矿工程

第三章第一节第二节

水文地质及水井钻概述水文地质和水井钻 钻孔(井)方法

第三节

成井工艺

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第一节 概述一、水文地质和水井钻的特点二、水文地质和水井钻孔(井)身

结构要素的确定三、水文地质和水井钻孔(井)身 结构2

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为满足对水资源的日益增长的需求，勘探和 开发地下水资源，合理地利用地下水资源是地质 工作的长期的重要任务。在地下水资源的普查、 勘探和开发工作中，钻探(井)工程是不可缺少 的主要手段。 为获得水文地质资料而进行的钻探工作，称 为水文地质钻探。所形成的钻孔，称为水文地质 孔，或称为水文地质勘探孔。为开发地下水而进 行的钻井工作，称为水井钻，所形成的井简称为 供水井。 3

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一、水文地质和水井钻的特点 1.口径和井深 水文地质勘探孔需要下入抽水设备，进行抽 水试验，而供水井的出水量常在一定范围内随井 径增大而增加，因此，直径都比较大。通常，勘 探孔直径为 130 ~ 250 mm ,供水井的直径小则仅 300~500 mm,大口径者可达1~2 m。 当开发浅层含水层时，水井深度一般较小， 通常为 50 ~ 200 m 。利用深部裂隙水的水井，深 度 可 达 300 ~ 500m 。 地 热 井 的 深 度 已 达 1000 ~ 2000 m。 4

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2.钻进地层 水文地质和水井钻工作一般都在第四系地 卵砾石、块石、漂石等地层，这必然给钻探工

层进行，这些地层常是各类填土、粘土、砂层、 作带来诸多的问题，如坍塌、缩径、扩径、漏失和难于采取岩心、样品等。当在基岩地层钻

进时，也较多地会遇到裂隙、断裂带、破碎带和溶洞。在这些复杂地层中钻进时，事故多、

效率低。

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3.钻孔(井)结构——由于要进行孔内试验等原 因，钻孔(井)下套管层次多，钻孔直径大，止 水工作要求高，从而使钻孔结构较复杂。 4.钻进方法——为适应地层复杂、孔(井)直径 近年来，除采用正循环回转钻进、钢丝绳冲击钻

大等特点，水文地质和水井钻钻进方法发展很快。 进外，已逐步试验和推广了各种反循环钻进、多工艺空气钻进、潜孔锤钻进，以及反循环冲击钻

进等新的钻进方法。

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5. 劳动强度——由于水文地质和水井钻的钻孔(井)直径大且全面钻进多，产生的岩粉、岩 施工周期短，搬迁频繁等，使各方面的作业劳

屑多，设备、钻具笨重，钻孔(井)相对较浅， 动强度加大。

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二、水文地质和水井钻孔(井)身结构要素确定 1.孔(井)深 水文地质和水井钻钻孔(井)的深度，是由 水文地质勘探和开发地下水的目的层的埋藏深度 来决定的。例如水文地质孔，拟查明的某含水层 埋藏深度即为钻孔的钻进深度，这

个深度是根据 理想柱状图预推的，或由附近的钻孔资料推断而 定，是概略的数值。精确的深度是通过钻进取得 的岩心和样品而最后确定的。8

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对于多层含水层，则以最底下一层含水层的 埋藏深度作为钻孔的深度。 长期观测孔、探采结合孔和供水井，需要在 过滤管以下安装沉砂管，以使随地下水进入管内 的砂子沉淀在沉砂管内。沉砂管长度视地层具体 情况而定，一般3~5 m即可；若地下水中含砂量 大可适当加长沉砂管长度。如果含水层的底板岩 层过于软弱，不能承受井管柱的压力，亦需适当 加长沉砂管长度，以使其坐落在强度较大的地层 上，若含水层较厚，也可安装在含水层中。 9

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2.孔(井)径 孔(井)直径，包括开孔直径、中间变径、 终孔直径几种。在设计孔(井)身结构时，首先 要确定终孔直径。确定终孔直径必须根据以下因 素进行。

( 1 )岩心直径——在水文地质勘探工作中， 为获得水文地质资料，需要采取岩心进行分析、 试验。为满足试验对岩心直径的要求，地质部门 规定终孔直径不小于 110mm ,特殊情况下可使用 直径91mm的钻头补采岩心。 10

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(2)过滤管直径——一般情况下，钻孔(井) 不用填砾的含水层，选用与过滤管相应的钻头直 径作为终孔直径。 ( 3 )抽水泵体的外径——需将抽水水泵下入到 井筒内进行抽水，在泵下入井段的直径一般应比 泵体外径大两级。 终孔直径确定后，根据地层情况及中间变径

的终孔直径应是过滤管的外径加上填砾层的厚度。

次数，可最后推算出开孔直径的大小。11

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三、水文地质和水井钻的孔(井)身结构 1.水文地质孔的孔身结构 由于水文地质孔的终孔直径要求不小于 110 mm (全孔取心、岩心采取率不低于 75% ),据此 向上推：用127 mm套管作为必要的护孔套管(用 l30 mm钻头钻进),孔口管用148 mm的套管(用 150 mm的钻头开孔);或选用再大级的套管作为 孔口管，即168 mm的套管作孔口管(用174 mm钻 头开孔),留一级备用孔径，遇特殊情况时，好 再下一级套管。 12

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2.水文地质勘探孔的孔身结构水文地质勘探孔除满足钻探质量要求外，还

需进行孔内试验，要求过滤管直径小于108 mm,根据不同的地层情况和对管外填砾的具体要求，

钻孔结构可参考如图 3-2 所示的几种图例进行。其中 (a) 、 (b) 为第四系地层钻孔结构， (c) 为上

部第四系、下部为基岩地层的钻孔结构， (d) 为基岩地层的钻孔结构。14

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3.探采结合井的井身结构 探采结合井常采用146 mm的过滤管，上部井

管的直径应根据下入井管内抽水的深井泵泵体外径确定。可以采用一径或两径钻到终孔，两径成

井。不同直径的井管可用异径接头连接。4.水文地质长期观测孔的孔身结构

水文地质长期观测孔需下井壁管和过滤管，一般过滤管直径为 50 ~ 110mm ,管外按成井工艺

要求进行填砾、洗井。