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[摘 要]通过在卵砾石层及灰岩地层成井施工中的工艺及操作要点的总结，浅析牙轮钻头的使用情况及效果。
[关键词]牙轮钻头；卵砾石层；灰岩层；成井
中图分类号：TG209 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0034-01
随着国民经济的快速发展，城市用水、工业用水及农田灌溉用水需求量的日益增加，水文水井深度也由浅部取水向中深部取水发展。深度增加也带来了水井施工的难度加大。笔者通过大连开发区金广海湾城绿化水井在卵砾石层及灰岩地层中采用牙轮钻头钻进成孔的应用情况浅谈以下体会，以便对今后类似地层的水文水井施工起到借鉴作用。
一、主要地层分布
1、 第四纪冲积层，上部为腐殖土，厚度为1.0-4.0米，下部为冲积卵砾石层45-120m，呈黄褐色、密实，充填少量粘性土。卵砾石粒径2-25cm，成分为石英岩，磨圆度好，卵砾石含量大于70%。
2、 基岩为灰岩，岩石可钻性级别为5-6级，岩石呈中-厚层状构造，倾角为35-40°，岩石基本质量等级为Ⅳ级，破碎岩溶现象中等发育，溶洞溶蚀严重，岩体溶洞多为黏土充填。
二、供水井参数要求
1、 出水量50m3/h；
2、 井深240m；
3、 开孔直径Φ550mm，终孔直径216mm；
4、 井管直径Φ325mm螺旋焊接管，井管连接方式为焊接；
三、施工技术
1、主要设备施工机具
主要使用SPJ-300型水文水井钻机及配套设施，设备情况见表
2、钻具结构（从下至上）：牙轮钻头—变径接手—取粉管—扶正器—钻铤—钻杆—机上钻杆
3、牙轮钻头的选择及加工
钻进卵砾石层及灰岩地层采用牙齿低、齿形较大的镶齿的牙轮钻头，现今市场经济竞争激烈，工程造价较低，由于出厂的新牙轮钻头价格高，因此我公司为降低钻井成本，专门收集从盘锦石油钻井队退役下的硬度较高的牙轮钻头，尤其是扩孔钻头是由我们用圆钢自行加工而成的钻头体，将Φ216mm牙轮钻头分割成单独的三个轮臂，共六个将其焊接在钻头体中部，形状呈阶梯式，其外径控制在550mm，切割及焊接Φ216mm牙轮臂时，应将其放置在冷却槽降温，以免因切割、焊接时的高温将牙轮臂中的润滑油烧化溢出，提高使用寿命，极大的降低了水井钻头成本，下井前检查牙轮钻头的磨损情况转动是否灵活及焊接质量并应做好牙轮钻头的日常维护保养。
4、水井钻进工艺技术
砂卵石层其特点是粘结力差，卵石硬而表面光滑，易发生井斜和泥浆大量漏失，使用管状钻头或翼片钻头，钻进中阻力太大，易孔壁坍塌、卡钻，易损坏钻机，或钻具折断，造成孔内事故或机械事故，而使用牙轮钻头钻进，由于三牙轮钻头牙轮可压住大卵石，并在其上滚动、碾捣，所以只要合理钻压能加上去，卵石就会很快被碾压成表面破碎和疲勞破碎，从而提高班钻进效率。
（1）开孔钻进：开孔选用Φ346mm牙轮钻头开孔，开孔时要轻压、慢转，以防止钻孔偏斜，开孔时操作人员要适当拉紧卷扬机，使钢丝绳始终处于胀紧状态，适当进行减压钻进。
卵砾石层中钻进，应使用良好的泥浆，为了悬浮砂粒，泥浆密度应为1.1—1.2；表观粘度7—15mPa.s，在泥浆管理上要严格保持泥浆中含砂量不超标，若泥浆中含砂量超标，应全部将孔内劣质泥浆用重新搅拌好的优质泥浆顶出，始终保持泥浆良好的粘度。
（2）在正常钻进过程中采取随钻随扩的技术方法，钻进上部第四纪冲击层用Φ346牙轮钻头钻进8-10m，即提钻换用Φ550阶梯式牙轮钻头扩孔，这样随钻随扩，下Φ540mm*6mm焊接护臂套筒至卵砾石层500mm，可防止孔内事故的发生。然后换Φ346mm钻头钻进卵砾石层，下Φ325mm*5mm螺旋焊接管至灰岩500mm，灰岩层采用Φ216牙轮钻头钻进裸眼至终孔。
（3）保证井筒垂直度的措施。
钻凿供水井，必须保证井筒的垂直，如果井筒中有探头石或将井筒打成螺旋状，这样下管时就会因井筒不直而井管下不到位，造成返工，所以在第一径Φ346mm钻进时，应将加压钻铤逐根加入，一是保证了牙轮钻头有足够的钻压，另一方面改善钻头的受力情况，能最大限度地保证井筒的垂直度。
扩孔成井是水井中的关键环节，为了保证水井的垂直度，我们特别加工了一根粗径导向钻具，粗径导向钻具为Φ426mm无缝地质管材，长度为8m，外加肋骨片至Φ530mm，扩孔时加入，该粗径导向钻具保证了钻头的稳定性；在扩孔过程中应勤提钻，检查牙轮钻头及粗径导向钻具的使用情况，发现异常情况及时处理。
（4）扩孔钻进时保证泥浆性能的措施。
扩孔钻进时由于孔径扩大，岩粉排出量大，泥浆性能随之变差，主要为含砂量大，粘度小，所以要求施工机组在扩孔过程中严禁直接往泥浆池中放清水，随时测定泥浆性能，如泥浆含砂量大于8%时，应用预先搅好的优质泥浆将井筒内劣质泥浆全部顶出替换，保持良好的泥浆性能。
5、钻进技术参数选择
（1）钻压：采用钻具自重和钻铤加压，钻进过程中钻头钻压越大，钻进效率越高，钻压小钻具上小跳动严重，进尺慢，反之进尺快。
（2）转数：牙轮钻进成井转数不宜过快，转数越高钻具稳定性越差，钻头磨损严重降低寿命。
（3）泵量：牙轮钻进成井应尽量选用大排量水泵，以有效的将孔内岩屑及时排出孔外，减少重复破碎，提高钻进效率。
结束语
通过几年来应用牙轮钻头钻进卵砾石层及灰岩地层水井的施工钻井成本大幅度降低，其经济效果显著，优点如下：
1、 牙轮钻头成井属无岩芯钻探，钻铤加压，成井质量好，满眼钻进不用敲打岩心管，孔壁稳定完整，不容易孔斜，下井管及上下井泵十分方便，孔内事故少
2、 钻速快，省劳动力，每回次进尺可达数十米，效率高，一个钻头可钻进卵砾石层50m，可钻进灰岩层70m，提下钻次数大幅度减少，钻速时间长台月效率明显提高，泥浆作冲洗液井段，增加回次进尺长度，清水作冲洗液井段控制回次进尺在15-20m，提钻捞粉，减少重复破碎。
3、 成本低投资少旧物利用，大大节省钻井成本，经济效果显著，比以往硬质合金钻进、钢粒钻进成本节省30%。
4、 溶洞灰岩地层可顶漏钻进，洗井后出水量容易保证。
参考文献
【1】屠洪泽，钻探工程学，中国地质大学出版社；
【2】钻探工艺，地质出版社；
【3】杨树槐，牙轮钻头钻水井[J].探矿工程，1990年1期；
【4】刘瑞琪，张长舟.水文地质钻探—钻井工程实用手册[M].中国工程勘察协会，1999；
[关键词]牙轮钻头；卵砾石层；灰岩层；成井
中图分类号：TG209 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0034-01
随着国民经济的快速发展，城市用水、工业用水及农田灌溉用水需求量的日益增加，水文水井深度也由浅部取水向中深部取水发展。深度增加也带来了水井施工的难度加大。笔者通过大连开发区金广海湾城绿化水井在卵砾石层及灰岩地层中采用牙轮钻头钻进成孔的应用情况浅谈以下体会，以便对今后类似地层的水文水井施工起到借鉴作用。
一、主要地层分布
1、 第四纪冲积层，上部为腐殖土，厚度为1.0-4.0米，下部为冲积卵砾石层45-120m，呈黄褐色、密实，充填少量粘性土。卵砾石粒径2-25cm，成分为石英岩，磨圆度好，卵砾石含量大于70%。
2、 基岩为灰岩，岩石可钻性级别为5-6级，岩石呈中-厚层状构造，倾角为35-40°，岩石基本质量等级为Ⅳ级，破碎岩溶现象中等发育，溶洞溶蚀严重，岩体溶洞多为黏土充填。
二、供水井参数要求
1、 出水量50m3/h；
2、 井深240m；
3、 开孔直径Φ550mm，终孔直径216mm；
4、 井管直径Φ325mm螺旋焊接管，井管连接方式为焊接；
三、施工技术
1、主要设备施工机具
主要使用SPJ-300型水文水井钻机及配套设施，设备情况见表
2、钻具结构（从下至上）：牙轮钻头—变径接手—取粉管—扶正器—钻铤—钻杆—机上钻杆
3、牙轮钻头的选择及加工
钻进卵砾石层及灰岩地层采用牙齿低、齿形较大的镶齿的牙轮钻头，现今市场经济竞争激烈，工程造价较低，由于出厂的新牙轮钻头价格高，因此我公司为降低钻井成本，专门收集从盘锦石油钻井队退役下的硬度较高的牙轮钻头，尤其是扩孔钻头是由我们用圆钢自行加工而成的钻头体，将Φ216mm牙轮钻头分割成单独的三个轮臂，共六个将其焊接在钻头体中部，形状呈阶梯式，其外径控制在550mm，切割及焊接Φ216mm牙轮臂时，应将其放置在冷却槽降温，以免因切割、焊接时的高温将牙轮臂中的润滑油烧化溢出，提高使用寿命，极大的降低了水井钻头成本，下井前检查牙轮钻头的磨损情况转动是否灵活及焊接质量并应做好牙轮钻头的日常维护保养。
4、水井钻进工艺技术
砂卵石层其特点是粘结力差，卵石硬而表面光滑，易发生井斜和泥浆大量漏失，使用管状钻头或翼片钻头，钻进中阻力太大，易孔壁坍塌、卡钻，易损坏钻机，或钻具折断，造成孔内事故或机械事故，而使用牙轮钻头钻进，由于三牙轮钻头牙轮可压住大卵石，并在其上滚动、碾捣，所以只要合理钻压能加上去，卵石就会很快被碾压成表面破碎和疲勞破碎，从而提高班钻进效率。
（1）开孔钻进：开孔选用Φ346mm牙轮钻头开孔，开孔时要轻压、慢转，以防止钻孔偏斜，开孔时操作人员要适当拉紧卷扬机，使钢丝绳始终处于胀紧状态，适当进行减压钻进。
卵砾石层中钻进，应使用良好的泥浆，为了悬浮砂粒，泥浆密度应为1.1—1.2；表观粘度7—15mPa.s，在泥浆管理上要严格保持泥浆中含砂量不超标，若泥浆中含砂量超标，应全部将孔内劣质泥浆用重新搅拌好的优质泥浆顶出，始终保持泥浆良好的粘度。
（2）在正常钻进过程中采取随钻随扩的技术方法，钻进上部第四纪冲击层用Φ346牙轮钻头钻进8-10m，即提钻换用Φ550阶梯式牙轮钻头扩孔，这样随钻随扩，下Φ540mm*6mm焊接护臂套筒至卵砾石层500mm，可防止孔内事故的发生。然后换Φ346mm钻头钻进卵砾石层，下Φ325mm*5mm螺旋焊接管至灰岩500mm，灰岩层采用Φ216牙轮钻头钻进裸眼至终孔。
（3）保证井筒垂直度的措施。
钻凿供水井，必须保证井筒的垂直，如果井筒中有探头石或将井筒打成螺旋状，这样下管时就会因井筒不直而井管下不到位，造成返工，所以在第一径Φ346mm钻进时，应将加压钻铤逐根加入，一是保证了牙轮钻头有足够的钻压，另一方面改善钻头的受力情况，能最大限度地保证井筒的垂直度。
扩孔成井是水井中的关键环节，为了保证水井的垂直度，我们特别加工了一根粗径导向钻具，粗径导向钻具为Φ426mm无缝地质管材，长度为8m，外加肋骨片至Φ530mm，扩孔时加入，该粗径导向钻具保证了钻头的稳定性；在扩孔过程中应勤提钻，检查牙轮钻头及粗径导向钻具的使用情况，发现异常情况及时处理。
（4）扩孔钻进时保证泥浆性能的措施。
扩孔钻进时由于孔径扩大，岩粉排出量大，泥浆性能随之变差，主要为含砂量大，粘度小，所以要求施工机组在扩孔过程中严禁直接往泥浆池中放清水，随时测定泥浆性能，如泥浆含砂量大于8%时，应用预先搅好的优质泥浆将井筒内劣质泥浆全部顶出替换，保持良好的泥浆性能。
5、钻进技术参数选择
（1）钻压：采用钻具自重和钻铤加压，钻进过程中钻头钻压越大，钻进效率越高，钻压小钻具上小跳动严重，进尺慢，反之进尺快。
（2）转数：牙轮钻进成井转数不宜过快，转数越高钻具稳定性越差，钻头磨损严重降低寿命。
（3）泵量：牙轮钻进成井应尽量选用大排量水泵，以有效的将孔内岩屑及时排出孔外，减少重复破碎，提高钻进效率。
结束语
通过几年来应用牙轮钻头钻进卵砾石层及灰岩地层水井的施工钻井成本大幅度降低，其经济效果显著，优点如下：
1、 牙轮钻头成井属无岩芯钻探，钻铤加压，成井质量好，满眼钻进不用敲打岩心管，孔壁稳定完整，不容易孔斜，下井管及上下井泵十分方便，孔内事故少
2、 钻速快，省劳动力，每回次进尺可达数十米，效率高，一个钻头可钻进卵砾石层50m，可钻进灰岩层70m，提下钻次数大幅度减少，钻速时间长台月效率明显提高，泥浆作冲洗液井段，增加回次进尺长度，清水作冲洗液井段控制回次进尺在15-20m，提钻捞粉，减少重复破碎。
3、 成本低投资少旧物利用，大大节省钻井成本，经济效果显著，比以往硬质合金钻进、钢粒钻进成本节省30%。
4、 溶洞灰岩地层可顶漏钻进，洗井后出水量容易保证。
参考文献
【1】屠洪泽，钻探工程学，中国地质大学出版社；
【2】钻探工艺，地质出版社；
【3】杨树槐，牙轮钻头钻水井[J].探矿工程，1990年1期；
【4】刘瑞琪，张长舟.水文地质钻探—钻井工程实用手册[M].中国工程勘察协会，1999；