王公遠(yuǎn) ，王念理 ，王成貴

（1.青州市抗旱服務(wù)站，山東 青州 262500；2.青州市水利局，山東 青州 262500）

青州市總面積1 569 km2，其西南部為石灰?guī)r山區(qū)，面積占青州市總面積的52%，人口近30萬。為解決青州市山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人畜吃水問題，多年來，先后打基巖深水井400多眼，根據(jù)多年鉆井施工經(jīng)驗，總結(jié)了幾套不同地質(zhì)條件下、基巖深水井施工的鉆井和成井工藝。本文以青州市南閆村520 m吃水井為例，僅就地下水位深、石灰?guī)r含水層埋深大的地質(zhì)條件下，深水井施工工藝進(jìn)行論述。

1　地層及水文地質(zhì)特征

1.1　地層情況

自上而下鉆孔穿透的地層：第四系褐色黏土和殘坡積碎石層；奧陶系下統(tǒng)厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r和白云巖；寒武系上統(tǒng)、鳳山組中厚層微晶灰?guī)r、薄層灰?guī)r；寒武系上統(tǒng)、長山組薄層灰?guī)r、薄板狀灰?guī)r和灰綠色頁巖互層、竹葉狀灰?guī)r和黃綠色頁巖；寒武系上統(tǒng)、崮山組薄板狀灰?guī)r、灰綠色頁巖，中薄層玉白色石灰?guī)r和少量紫色頁巖；寒武系中統(tǒng)、張夏組鮞狀灰?guī)r、含生物化石碎屑的石灰?guī)r；寒武系中統(tǒng)、徐莊組含云母紫色頁巖。

1.2　水文地質(zhì)特征

奧陶系下統(tǒng)中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖和寒武系上統(tǒng)鳳山組中厚層狀微晶灰?guī)r和薄層灰?guī)r，巖溶裂隙發(fā)育，巖石結(jié)構(gòu)破碎，分布在鉆孔的上部地段，大部分在靜水位以上，循環(huán)水嚴(yán)重漏失，造成鉆井液無法形成正常循環(huán)。

寒武系上統(tǒng)崮山組中下段的玉白色石灰?guī)r，地層厚度約55 m，寒武系中統(tǒng)張夏組鮞狀灰?guī)r，地層厚度約50 m，是本鉆孔的兩個目的含水層。這兩個含水層分別埋深在360～415 m和450～500 m，由于埋深大，巖溶裂隙發(fā)育程度相對較差。其余地層為寒武系薄板狀灰?guī)r、灰綠色和黃綠色頁巖及紫色頁巖，是相對隔水地層。

2　供水井設(shè)計和鉆井要求

2.1　供水井設(shè)計

根據(jù)本地區(qū)地層情況和水文地質(zhì)特征，設(shè)計孔深520 m，第四系覆蓋層鉆孔直徑500 mm，鋼管護(hù)壁直徑325 mm。覆蓋層以下至250 m，鉆孔直徑273 mm，250～520 m鉆孔直徑219 mm。

2.2　鉆井要求

表層套管進(jìn)入完整巖石不少于1m，下入表層套管后用水泥固井，以防地表水滲人；下部地層裸眼成井，為了避免過多的巖粉堵塞目的含水層的巖溶裂隙，采用巖芯管鉆具清水正循環(huán)鉆進(jìn)成孔。

2.3　施工設(shè)備

為了滿足施工工期和鑿井深度的要求，鉆機(jī)選用STJ-1000型水源鉆機(jī)，配套BW-850泥漿泵，φ89 mm 鉆桿，φ500 mm 刮刀鉆頭，φ325 mm、φ273 mm和φ219 mm巖芯管鉆具及相應(yīng)規(guī)格的取粉管，200QJ25-195/25和200QJ32-195/30抽水試驗潛水電泵，JGS-1B測井儀及自然電位、電阻率和自然γ探頭等相應(yīng)的配套設(shè)備。

3　鉆進(jìn)工藝

3.1　鉆具組合結(jié)構(gòu)

從下至上，巖芯管鉆頭（鉆具）+取粉管+φ89mm鉆桿+方鉆桿。為了保障鉆孔的垂直度，巖芯管鉆具的長度選在6～8 m，選用和巖芯管同徑的取粉管。

3.2　鉆進(jìn)參數(shù)

采用清水正循環(huán)取芯鉆進(jìn)。上部白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖和石灰?guī)r地層，巖溶發(fā)育，巖石結(jié)構(gòu)破碎，采用巖芯管合金鉆頭鉆進(jìn)；下部薄層灰?guī)r、薄板狀灰?guī)r、頁巖地層及目的含水層的石灰?guī)r地層，采用巖芯管鋼粒鉆進(jìn)。鉆壓選擇在30～40 kN，轉(zhuǎn)速69～110 r/min。正常鉆進(jìn)時，送水量的大小按照不同的巖性、不同的巖芯管鉆頭類型、投鋼粒的多少進(jìn)行相應(yīng)的選擇。

3.3　清水鉆進(jìn)

因為鉆孔上部、靜水位（85 m）以上段碳酸鹽巖石地層，巖溶發(fā)育，巖石結(jié)構(gòu)破碎，鉆井液嚴(yán)重漏失，造成整個鉆孔無法形成鉆井液的正常循環(huán)，所以，采用了限泵量供清水鉆進(jìn)工藝，即限泵量清水鉆進(jìn)一段時間（或巖石段），再全泵量供水將巖粉沖入取粉管，如此循環(huán)鉆進(jìn)，這樣既節(jié)約了用水量，又可以保持孔底干凈。提鉆取芯時，同時把取粉管中的巖粉沖洗干凈。取出的巖芯按順序排列整齊，標(biāo)注好巖芯的取出深度，并及時記錄并描述巖芯的巖性和水文地質(zhì)特征。

4　成井工藝

4.1　物探測井

鉆穿目的含水層，并加深鉆進(jìn)5%左右的沉淀孔后終孔，終孔后進(jìn)行物探測井，測量自然電位和視電阻率兩個指標(biāo)，目的是為了更準(zhǔn)確的判斷目的含水層上下底板的深度，同時結(jié)合取出的巖芯情況，發(fā)現(xiàn)或驗證其他遠(yuǎn)景含水層的厚度及位置信息等。

4.2　混凝土護(hù)壁工藝的應(yīng)用

在鉆鑿上部奧陶系和寒武系碳酸鹽地層時，由于巖溶發(fā)育，巖石結(jié)構(gòu)破碎，47～86 m段掉塊、坍塌嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了正常的鉆井施工，采用混凝土護(hù)壁方法，成功解決了此難題。混凝土護(hù)壁指在基巖深水井鉆井施工中，遇到嚴(yán)重掉塊或坍塌時，采用直接投料法或?qū)Ч芡读戏?，將一定?qiáng)度等級的速凝混凝土灌注到掉塊或坍塌段的空間內(nèi)，待混凝土初凝后透孔鉆進(jìn)，在原掉塊或坍塌段形成完整混凝土井壁。

4.3　鹽酸洗井法

由于本次鉆井采用了清水鉆進(jìn)工藝，無需再用常規(guī)辦法進(jìn)行洗井。考慮到目的含水層埋深大、巖溶裂隙發(fā)育程度相對較差，加之鉆井過程中碳酸鹽巖粉對含水層裂隙可能造成部分堵塞的情況，在第一次抽水試驗后又進(jìn)行了鹽酸洗井。通過鉆桿向鉆孔內(nèi)的目的含水層和兩處巖心結(jié)構(gòu)破碎的遠(yuǎn)景含水層，分別注入30%的稀鹽酸溶液，為了防止稀鹽酸與輸液管、鉆桿等的化學(xué)反應(yīng)，在30%稀鹽酸中事先摻入福爾馬林溶液保護(hù)劑。稀鹽酸與該孔段裸露的石灰?guī)r及其滲入石灰?guī)r裂隙中的細(xì)小石灰?guī)r顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成易溶的CaCl2和CO2，清除石灰?guī)r裂隙中的充填物。在第一次抽水試驗后使用30%鹽酸5 t，靜止20 h后再進(jìn)行第二次抽水，出水量由原來的20 m3/h增加到了25 m3/h。

5　結(jié)論

1）在泥頁巖和石灰?guī)r地層為主的山區(qū)，石灰?guī)r含水層埋深較大時，溶孔、溶洞或巖溶裂隙發(fā)育程度相對較差，出水量較小。在這類地層中鑿井時，采用清水正循環(huán)巖芯管取芯鉆進(jìn)工藝施工，可以有效地控制含水層的巖溶裂隙被堵塞的程度，能夠最大限度地保障含水層的出水量。

2）鉆具組合采用巖芯管+取粉管的形式，鉆進(jìn)過程中采用限泵量清水鉆進(jìn)，全泵量沖孔取粉的方法，有效地節(jié)約了施工用水，同時保障了孔底的干凈，減少了事故發(fā)生率，提高了鉆進(jìn)效率。

3）在鉆孔的嚴(yán)重掉塊或坍塌地段采用混凝土護(hù)壁工藝，解決了因嚴(yán)重掉塊或坍塌地層無法正常鉆進(jìn)施工的難題，防止了施工中卡鉆、埋鉆事故的發(fā)生，保障了成孔質(zhì)量。同時減少了（和鋼管護(hù)壁相比）護(hù)壁費用，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

4）采用鹽酸洗井工藝，有效地清除了含水層和遠(yuǎn)景含水層裂隙中的充填物，同時使石灰?guī)r含水層中的導(dǎo)水裂隙和孔隙被溶蝕擴(kuò)張，含水層中的水路變得更加暢通，有效地增加了出水量，提高了成井率。