陳文明，徐同鵬，李曉慶

（肥城市水利局，山東 肥城 271600）

1 項目背景及地層結構

施工井位于山西省交口縣，地面標高約870～880m，地下水埋深380m左右，該項目設計井深600m，開孔直徑426mm，變徑4次，分別為426mm、377mm、325mm,終孔 295mm,下鋼制井管3套，呈4級倒塔狀。設計井孔結構與下護管情況見表1：

表1 設計井孔結構與下護管情況

由于工程地層結構復雜，單純筒狀鉆具施工工藝效率極低，在原有施工工藝的基礎上加以改進，不但加快了施工進度，對地層的掌握也更加精準。其地層結構如下：

1）第四系上部為黃土、卵礫石易坍塌，下部為青灰色灰?guī)r夾薄層白色泥灰?guī)r，厚度約100m。

2）中奧陶峰峰組一段、上馬家溝一段、下馬家溝一段巖性為灰、灰白、灰黃色含泥質灰?guī)r與角礫狀泥灰?guī)r，不具含水條件。

3）上馬家溝二段下部、下馬家溝二段與奧陶系下統(tǒng)亮甲山組，巖性為厚層青灰色灰?guī)r、白云質灰?guī)r，溶洞發(fā)育，具有含水和儲水條件，總厚度約100～120m。

4）奧陶系下統(tǒng)冶里組為白云質灰?guī)r，有石英質燧石結核巖石堅硬，其中段530～570m有洞穴發(fā)育，儲水量豐富。

針對以上地層情況，采用大直徑牙輪鉆頭與筒狀鉆具相結合的施工工藝，以解決以下3個方面的問題，保證井孔質量和施工工期：1）在含水層掌握地質構造；2）松散破碎的地層不宜提取巖心，造成費工費料，影響進尺；3）變徑下護壁管時必須將護壁管下入完整巖石，用筒狀鉆具摸清地質構造，取上完整巖心方可下入護壁管，否則會造成無法掌握地質情況、井壁管下口位置不準確，兩級井壁管脫節(jié)，影響井孔壽命。

2 單井施工工藝過程和效果

2.1 施工過程

2011-11-01鉆機進場，11月4日開工。首先采用Φ500mm刺猬鉆頭鉆進，鉆進到3.5m第四紀地層以后，進入灰?guī)r地段，巖石變硬，遂改用Φ426mm筒狀鉆具鉆進。鉆進到84.65m后，下入相同深度的Φ426mm×9mm鋼制螺旋管為一級護壁管，然后，在護壁管外用水泥進行封孔止水。

11月18日，待水泥凝固后改用Φ377mm筒狀鉆具與Φ406mm牙輪鉆頭交替鉆進，11月25日鉆到156m。11月26日改用Φ406mm牙輪鉆頭鉆進，鉆進至349m時改換Φ377mm筒狀鉆具取芯鉆進，12月21日鉆進至354.1m，取完整巖心5.1m。下入274mΦ377mm×9mm鋼制螺旋管作為二級護壁管。由于井斜及下管過程中摩擦等因素，下護壁管前必須疏孔以保證護壁管順利下入。

12月23日改換Φ345mm牙輪鉆頭鉆進10d后，鉆進至451.2m時又改換Φ325mm筒狀鉆具取芯鉆進，直到456.33m，取完整巖心5.3m。下入107mΦ325mm×9mm鋼制螺旋管作為三級護壁管。

2012-01-02改換Φ273mm筒狀鉆具取芯鉆進，因巖石松散破碎，又改換Φ295mm牙輪鉆頭擴孔鉆進，2013-01-14終孔，深度達604.41m。

2.2 施工效果

在施工過程中根據(jù)不同的孔徑和深度，及時調整鉆鋌的重量以適應鉆孔需求，達到以下目的：1）給鉆頭施加鉆壓；2）保證壓縮條件下的必要強度；3）減輕鉆頭的振動、擺動和跳動等，使鉆頭工作平穩(wěn)；4）控制井斜。

本孔在鉆進過程中，主要采用牙輪鉆頭無巖心鉆進與筒狀鉆具取芯鉆進相結合的施工工藝。在筒狀鉆具鉆進過程中嚴格控制回次進尺和洗井液濃度，使巖粉能夠順利地排出，從而減少了對巖溶裂隙的堵塞；在牙輪鉆進過程中控制回次進尺，增加撈粉次數(shù)，盡量減少巖粉對巖溶裂隙的堵塞，從而為洗井節(jié)省了工作量。終孔后洗井證明，在較短的時間內可達到水清沙凈，經過嚴格的抽水試驗，單井影響半徑均小于30m，動靜水位差保持在20cm之內，并且單井出水量都在60m3/h以上，完全達到設計要求。

3 取得的效益

3.1 傳統(tǒng)工法

以山西600m深井施工為例：采用單純筒狀鉆具的方法施工，每眼井施工工期為180d左右，平均人工費130元/臺班、每班4人，三班制，則人工費為28.08萬元。在施工研磨材料上，由于溶洞和裂隙等地層特性導致鋼粒無法使用，必須使用硬質合金。硬質合金大約300元/盒，一盒60粒，平均每粒5元，粗略計算600m井平均每天進尺3.3m，每班1m左右（由于孔徑大、井孔深，不易取巖心，為避免巖粉埋鉆事故的發(fā)生，大大增加了撈粉次數(shù)，造成費工費料影響進尺），按每個鉆頭鑲20粒合金，平均每米合金消耗100元計算，共計消耗6萬元。

3.2 牙輪鉆頭與筒狀鉆相結合

采用大直徑牙輪鉆頭與筒狀鉆具相結合的方法施工，每眼井施工工期為70d左右，平均人工費130元/臺班、每班4人，三班制，人工費為10.92萬元。大直徑牙輪鉆頭 （Φ406mm、Φ345mm、Φ295mm）單價分別為5萬元、3.6萬元、2.9萬元，正常情況下每個鉆頭可鉆進1500m左右，平均每米投入25元，共計投入1.5萬元。

3.3 效益比較

1）省料。用牙輪鉆頭無巖心鉆進與筒狀鉆具取芯鉆進相結合施工，減少了筒狀鉆具的磨損與消耗，節(jié)省了大量的研磨材料，單井節(jié)約4.5萬元左右。

2）省工省時。牙輪鉆頭無巖心鉆進進尺快，減少提下鉆的次數(shù)，大大節(jié)約勞動力，經計算，單井人工費節(jié)約17.16萬元左右。

3）綜合效益。從投資方面，大直徑牙輪鉆頭（Φ406mm、Φ345mm、Φ295mm）單價分別為 5萬元、3.6萬元、2.9萬元一次性投資，長期使用。根據(jù)以上案例計算平均每延米節(jié)約75元左右的研磨費用。從節(jié)支方面看，經計算，在深水井施工中節(jié)約打井研磨材料約4.5萬元，人工費17.16萬元，單井節(jié)支費用合計21.66萬元。而該井總造價為124萬余元，減去各項施工費用，按正常營業(yè)利潤15%計算，則該井實現(xiàn)利潤18萬余元。使用該工藝后，大大節(jié)約了人力、財力、物力，提高了工程質量，縮短了施工工期，其利潤達到了35%，實現(xiàn)利潤43萬余元。

實踐證明，在粗略掌握地質條件的基礎上，在非含水層段，大膽摒棄單純用筒狀鉆具取芯鉆進這種傳統(tǒng)鉆進方法，采取了用牙輪鉆頭無巖心鉆進與筒狀鉆具取芯鉆進相結合的施工工藝，大大提高了鉆進速度，縮短了施工工期，節(jié)約了研磨材料，效益顯著，在深水井施工中具有較高的推廣價值和廣闊的發(fā)展前景。