钻探机井的基本知识和操作工序

钻探机井的基本知识和操作工序、基本技能打机井可以有效地开采地下水，满足干旱缺水地区，人畜饮用、农业生产用水，以解燃眉之急。打机井与地下含水构造密切相关，要想打好一口机井，就要对地下含水层进行定位，从而准确选择井址。我们知道地下水的形成，一是靠降水补充，二是地表水的渗透。一般来讲，地表下的最上面是粘土层，粘土层的厚度在不同的地域是不尽相同的，一般平原地区的粘土层厚度，在几十米至几百米，山区的粘土层更薄一些，有的山体直接裸露出岩石层。粘土层以下为基岩层，基岩层主要由：火成岩、沉积岩、变质岩等不同的岩石层构成。在基岩层内部，由于地壳运动的挤压、拉伸形成断裂带。断裂带为含水层的形成创造了条件。成功的打出一口机井，首先要进行申报并得到相关部门的审批，还要请相关技术部门帮助您确定井址。我们就可以避免盲目的打井，造成不必要的损失。井址的选择地质专业人员用物探法，来获得地下含水带分布的信息。物探法是通过一公里的导线，分设两个放电地点，对打井地层下面发射电流，以发射装置为中心，在半径7--8公里的范围内，使用多功能电法仪接收反馈信号，接收信号地点一般10个左右。接收点的距离间隔：30米、50米、100米不等，设置距离越短，探测数据越准确，利用价值越高，当然成本也越高。通过对数据进行综合分析找到含水层，就可以对机井井址进行准确定位。为确保钻井工作顺利进行，打井前的准备工作显得尤为重要。打井前的准备大型的机械设备需要运输，启动钻机需要电力，泥浆池需要水源，打井前，做到，通水、通电、通路及场地平整，这是做好打井工作的前提条件。接下来我们介绍钻井机具的准备。1、钻井机具的准备打井之前应准备好与钻机相配套的钻头、钻杆、套管等设备。1)、钻头--目前打井常用的钻头是圆口钻，也叫管钻。管钻的直径大小由168毫米到426毫米不等，比较常用的有219毫米、273毫米、325毫米的几种。在钻头底部有一个近似长方形的豁口，叫做水口，长度一般在12厘米左右，宽为5厘米左右。主要起回流泥浆的作用。管钻的长度一般是8米左右。管钻内还有一个用来连接钻杆的卡口。使圆口钻成本较低、可以取到完整的岩芯，可以直观的对岩石进行分析。但工作起来比较费时费力。还有一种钻头叫牙轮钻。也是有多种规格。您看他这样子，浑身布满了钢钉，像一颗颗坚硬的牙齿，靠它磨碎地下的岩石，故叫它牙轮钻。使用牙轮钻成本较高、比较省时省力。但不能取到完整的岩芯。2)、钻杆---是配合钻头使用的，是一种两端带有螺纹的钢管。长度是9.65米。钻杆接钻头，钻杆与钻杆衔接，是打井操作一项重要的基本功。将钻杆一节一节的接上，就可使钻头不断向地下掘进上千米不在话下。3)、套管---分为无缝套管和滤网管两种。无缝套管一般是用来保护井壁的。而滤网管则是打到取水层才需使用。主要起过滤石块的作用。此外，还要准备一个重要的设施，这就是泥浆系统。2、泥浆系统的准备在打井过程中，泥浆不断的在井内循环，泥浆既可以用来保护井壁，同时可以有效的降低钻头的热量，起到保护钻头的作用，又可以把钻进过程中产生的岩屑带出。泥浆系统包括：泥浆池、搅拌机、泥浆泵、振动筛等设备。泥浆池在打井之前就应开挖好。它的容积大小由专业人员计算后加以确定。在池底铺一层塑料布，以防止池内水分渗漏。一般在冬季施工泥浆池还是用砖砌上为好。1)、泥浆泥浆的原料一般使用粘土，粘土，应使用含沙量少、致密细腻、可塑性强、遇水易散、吸水膨胀的材料。开动搅拌机，注入清水，将粘土放入搅拌机内。粘土与清水按照1比2.5比例配制混合。10分钟后，就可以注入泥浆池备用。2)、泥浆泵泥浆泵是向井内输送泥浆的动力设备。它的安装位置要距离钻机5米左右。这里顺便说一句，泥浆和套管都有保护井壁的作用，泥浆是暂时的保护，是边掘进边进行保护的。而套管则是永久的保护。接下来的准备工作就是搭建平台。3、搭建钻井平台钻塔和钻机都要固定在这个平台上，这个平台也是由钢梁搭建成的。钢梁一般有两层，搭建钢梁时，将钢梁放在事先固定好的方木上，钢梁之间的钉孔必须对齐，用螺栓固定住，一定要保证钢梁水平、周正、稳固。之后在钢梁上就可以固定钻机，吊装钻塔了。4、安装钻机、电机和钻塔一般应先将钻机、电动机吊装在平台上。固定钻机时，让钻机的钻孔与井口对齐，固定电动机时，需使用螺帽拧紧以防松动。安装好的电动机要和配电箱输电线路相连。之后就可以吊装钻井机械中的“大块头”——钻塔啦。钻塔也被称为井架。下面看一下井架的搭建。井架是用于安放提升设备的立体工作平台。它需要在地面进行焊接组装。主要是将天车焊接在井架上，之后就可以整体吊装了。吊装时，吊车应保持低速运转，确保平稳。当井架接近垂直时，操作须缓慢、准确，防止井架倾倒。当井架与平台连接好之后，应立即用支撑杆加固，同时用钢丝绳对井架进行固定，固定的方法是将几根钢丝绳的一端，分别绑在井架工作平台附近的立柱上，捆绑的位置要对称。另一端固定在地面的钢钎上，与地面形成45度的夹角。务必使井架天车的中心、钻机转盘中心与井口保持在一条直线上。由于钻井为室外作业，常会遇到雷暴天气，要在井架上安装避雷针。钻机的结构与操作目前一般常用回转式钻机，作为主要的钻井机械。它的特点是设备成本低、适用范围广、使用操作方便。它是利用转盘带动钻杆及钻头向下掘进的。我们先看看钻机的部件组成。1、钻机的部件组成钻机是由：提引水龙头、主动钻杆、转盘、电动机、控制台、卷扬机、提引器等部件组成。1)、主动钻杆：也叫方钻杆，是钻机上的一个主要工具。它利用转盘的转动，带动井下钻杆和钻头向下掘进。2)、提引水龙头：是承受全部钻具的重量，并与泥浆输送管路相连的关键部件。3)、卷扬机—起到提升和牵引钻具的作用，一般靠钢丝绳传递动力。4)、电动机：分别向钻机提供动力的设备。5)、控制台—有控制钻头上升、下降、停车和启动的各种功能手柄的控制平台。6)、转盘—是配置在井口上，与方钻杆配合并带动方钻杆进行正向和反向旋转的设备。7)、提引器—专门用于卡挂钻具的用具。换钻具时装上，换完后卸掉。2、钻机的操作接下来向您介绍下钻机的操作方法。这个是转盘，合上以后钻盘就开始转了。这个是住刹车手柄，把它推上去以后，钻具就可以下降。上面提到的卷扬手柄和主刹车是配合使用的，它可以控制钻具的升降。前面是钻机的操作方法，在实际操作中，各型号钻机的操作手柄功能大同小异。其他设备天车和游车天车和游车，共同组成提升系统;天车是改变力的方向的定滑轮;游车是起省力作用，减轻绞车负荷的动滑轮。还有一个无名英雄，就是配电箱。配电箱输出功率的大小要与打井的用电量相匹配。上面为您介绍了钻机的结构和操作方法，以及钻井平台上的常用设备。接下来就可以进行打井操作了。打机井的操作进入打井现场，为确保施工人员的安全。操作人员一定要带好安全帽和手套，一定要事先制定好安全规章及各类应急预案，并严格执行。使打井工作安全有序的进行。下面我们将以圆口钻为例，介绍打井的工序。钻井时，首先要把钻头安装在方钻杆上，这样才可以向地下钻进。1、安装钻头与钻杆装好提引器，套住钻头上部带有凹槽的螺纹接头，卡紧。装好钻头后，扳动提升手柄，控制提引器向上，将管钻吊到井口以上，把钻头对准井口下降，管钻下到井里以后，用电叉夹住卡口，卸掉提引器。加装钻杆，一般由三人进行操作，一人操作提升机手柄，控制提引器上升，一人在天车平台上负责提引器与新钻杆的连接，卡住，另外一人在井口处，两根钻杆连接时，要在螺纹处，涂抹机油，以保证润滑，防止生锈。并与新钻杆的螺纹连接，用管钳拧紧，之后扳动下降手柄，将钻具下降至井底。使方钻杆进入转盘中心，扳动转盘手柄，开动转盘，通过方钻杆带动钻头向下钻进。与此同时，将泥浆池内备好的泥浆，通过泥浆泵注入井内。泥浆不断地在井内循环，并贯穿着打井的整个过程。随着钻头向下的钻进，井的深度不断增加。当钻入基岩层时，每隔一段距离就需要将管钻内的岩芯取出，带至地面，为了可以有效地提取岩芯、防止脱落，就需要加装内肋骨。2、焊接内肋骨随着钻进的不断进行，当钻头钻入基岩层时。为了使钻头卡住岩芯，并带到井外，就需要在钻头内壁，焊接几块钢板，称为内肋骨。内肋骨的长度10-12厘米，宽为3-4厘米，厚度为1厘米。焊接时，需将钻头提至井外，工人用绳索，将钻头牵引至滑车上，拉动滑车沿轨道，向远离井口的方向，将钻头放倒。卸掉钻头上部的钻杆提引器，脱离方钻杆。确保安全。一般焊接4-6个就够了。焊接好内肋骨继续钻进，下面我们就来看看如何提取岩芯的。3、提取岩芯在钻进过程中，每隔一段时间就需要提取岩芯。一般来讲，岩芯以一米左右的长度为好，过长极易卡在钻头内出不来，过短则增加提钻次数，浪费人力、物力。那么怎么才能准确的估算岩芯的长度呢?通过测量方钻杆下降深度，可以估算岩芯的长度了。岩芯达到规定长度后，需要及时提钻取芯。将钻头提升至井口外，操作人员用锤子用力敲击管钻下部，使岩芯脱落。这里要注意不要让岩芯伤着人。取出的岩芯应按取出的顺序码放，标注深度，并请专业人员进行岩性分析，判断地下基岩结构，从而对打井工艺进行调整。例如掘进至较为坚硬的安山岩、石英岩时，就应投放钻粒。4、投放钻粒当发现钻进速度变慢时，掘进至较坚硬岩石时，就可考虑投放钻粒。目的是增加钻头对岩石层的钻进力度。钻粒：分为钢粒和铁砂两种。本片中，我们使用为钢粒投放。投放时，钻机要停机，避免发生事故。操作人员系好保险绳，爬上天车，拧开提引水龙头顶端的金属盖，便可把钢粒倒进去，钢粒的投放量一般每8个小时投入4公斤。之后盖好金属盖。5、焊接外肋骨在钻进过程中，钻头与岩层的不断摩擦，导致钻头变形，钻头外壁磨薄使井孔直径逐渐变小，使钻进阻力加大。此时就需要在钻头底部的外壁，焊接四至六块钢板，俗称焊接外肋骨。钢板长为10厘米，宽为3至4厘米，厚度为1厘米。目的是增大井径，提高掘进效率。在打井过程中，如果遇到地下裂隙，就需要及时采取措施堵住。6、堵塞漏洞钻进时，泥浆充满井内空间，在正常的钻进过程中，泥浆使用量的变化，是缓慢而平稳的。当泥浆的使用量突然加大，没有到达设计的深度，经验表明这是遇到地下岩石裂缝了。要保护井壁，因此必须及时修补漏洞，常用的方法是：关掉钻机，停止掘进。立即向井下灌注大量泥浆。并在泥浆池内加入锯末和水泥。锯末添加前需要过筛，以便和泥浆充分混合效果更好，泥浆、锯末、水泥按照1比1比1的比例混合。泥浆用量平稳后，停止锯末、水泥的投入，可以判断裂隙修补完成。堵住裂缝后要停止施工2-4天的时间，待填充物固定后才可以继续钻进。在钻进过程中，有一个重要的环节就是套管护井。7、下套管应根据地层探测结果，按照不同地层下入套管。例如，设计井深为2300米，一般来讲，从开孔之后掘进至300米时下入套管保护井壁，再向下是每隔1000米下一次套管，但遇到特殊的岩层，就需要请专业人员进行判断何时下套管，既有效保护井壁又避免因频繁下管增大成本。可以这样说只要没有到达取水层，就要用无缝钢管护井，到了取水层就要下滤网管取水。当达到设计深度的含水层时，就需要测试出水啦。8、测试出水当泥浆的使用量突然加大，而且已经达到井的设计深度时，就要判断是否达到地下含水层。使用一根绳尺，一般来讲绳尺的长度不短于井的深度，在绳尺一端系水泥或金属铸件投入井内，听到拍击水面的回声后，可以判断达到含水层。达到含水层后，还有一系列的工作要做。9、洗井判断出水后，为了清除井内沉淀的泥沙和井壁上的泥浆皮，因此就要进行洗井。洗井一般采用清水冲洗的方法，要在停止泥浆循环一天之后，向井内不断泵入清水，以此来洗净井壁上的泥浆皮，从而起到清洗水井，净化水质的作用。洗井之后，还有一项重要的工作，就是抽水试验。10、水试验它的作用就是测试实际出水量。方法是：向井内下入抽水试验用潜水泵，向外抽水，连续抽水时间不得小于12小时，通过观测水表上的读数，测算实际出水量。一般来讲，出水量应达到或超过设计出水量。当出水量达到设计要求时，就可以进行化验。11、质分析打出的井水要送到相关检验部门进行化验，常规检验指标为酸碱度测定及大肠杆菌测定，如果不达标就要请相关技术部门采取措施。直到达标方可使用。12、入潜水泵将泵下入含水层内，为的是将水抽取至地面。下潜水泵应由专业