水文地质钻探大多是在第四纪松散的卵石层、砾石层以及砂、粘土、砂土等地层中进行。这类地层的特点是胶结差,易坍塌、漏失,取心困难。部分钻探是在基岩中进行,含水岩层多有裂隙、溶洞。不同地层采用不同钻进方法。常用的钻探方法按钻进方式分为冲击钻进法、回转钻进法、冲击回转钻进法。
又分为钻杆冲击钻进和钢丝绳冲击钻进。常用的钢丝绳冲击钻进是借助于一定重量的钻头,在一定的高度内周期地冲击井底,使地层破碎而得进尺。在每次冲击之后,钻头或抽筒在钢丝绳带动下回转一定的角度,从而使钻孔得到规则的圆形断面。用该法钻进卵石、砾石层,致密的基岩层效果较好。在第四纪地层中钻进,多使用工字形钻头和抽筒式钻头,在基岩层中多使用十字形钻头和圆形钻头。
又分为正循环钻进法和反循环钻进法。正循环钻进法是由转盘或动力头驱动钻杆回转,钻头切削地层而获得进尺。冲洗液由泥浆泵送出,经过提引水龙头和钻杆流至孔底冷却钻头后、经由钻杆与孔壁之间的环状间隙返出井口,同时将孔底的岩屑带出,用这种方法钻进砂土、粘土、砂等地层时效率较高。在第四纪地层中全面钻进,多使用鱼尾钻头、三翼刮刀钻头和牙轮钻头。在基岩层取心钻进,多使用岩心管取心合金钻头和钢粒钻头,全面钻进多使用牙轮钻头。反循环钻进法适于在卵石、砾石、砂、土等地层钻进大直径钻孔,具有钻进效率高,成本低等优点。有三种反循环方式:①泵吸反循环,利用离心泵(砂石泵)的抽吸作用,井孔内的冲洗液自上向下流动,经过井底与被切削扰动的岩屑一起进入钻杆,再经吸水软管进入离心泵而排入沉淀池,沉淀后的冲洗液再流回井孔,形成循环。离心泵的抽吸效率,在孔深50米以内效率较高,随着孔深的增加其效率逐渐降低。②喷射反循环,利用水泵或空气压缩机所产生的高压流,经装在喷射腔内的喷嘴将水或空气高速喷射出去,在喷嘴外部形成负压区,其负压可达0.08~0.09兆帕,此负压区可使钻杆内的冲洗液流动,并排出孔外,以此造成冲洗液不断循环。喷射反循环,功率损失较大,利用率低,并随着孔深的加深,效率迅速下降,一般在50米以内孔段使用,在深孔常和气举反循环钻进法配合使用。③气举反循环(压气反循环),利用压缩空气与钻杆内的冲洗液混合后形成低比重的混合物,以高速向上流动,从而将孔底岩屑带出孔外。其效率主要取决于压缩空气的压力和排量,以及输气管沉没在水中的深度和混合室的结构等。此法不能用于10米以内的孔段。在孔深50米以内效率低于泵吸反循环和喷射反循环,但随着钻孔的加深,其效率逐渐提高。这种方法常与泵吸反循环或喷射反循环配合使用,以便充分发挥各自的特点,取得更加经济合理的效果。
分为液动冲击回转钻进法和气动冲击回转钻进法(即潜孔锤钻进法)。常用的潜孔锤钻进法是以转盘或动力头驱动钻杆和潜孔锤回转,并以高压大风量的压缩空气驱动潜孔锤的活塞,以高频率冲击钻头破碎岩石,通过钻头排出的压缩空气将岩屑带出孔外。其效率约为空气冲洗牙轮钻头回转钻进效率的数倍,钻进坚硬岩层效果更为显著。这种钻进方法是以压缩空气为冲洗介质,因受空气压缩机压力限制,在水位高、富水性强的岩层中使用,其钻进深度不能很大。 2100433B