在水文水井钻探施工中,为获得分层水文地质资料,钻进探采结合孔或因设备能力有限,无法一次成井时,可采用小直径取心钻进后再扩大孔径的钻进方法,称为扩孔钻进。根据设备能力、成井口径的大小和岩层的性质,可采用一次扩孔成井或多次扩孔成井。扩孔次数称扩孔级数。每次扩孔所加大的钻孔直径差值称扩孔级差。为减少施工程序,应尽量减少扩孔级数,增大扩孔级差。使用转盘式钻机,多采用一次扩孔成井。在卵砾石层中成井时,应尽量避免使用扩孔钻进方法。如遇有少量的卵砾石或厚度不大时,可采用强度大的扩孔钻头,配合中等压力、慢转速和中等泵量的钻进参数,扩孔钻进成井。因此,扩孔钻进主要适用于黏土质地层、砂层等硬度不大的地层。
(一)扩孔钻头
扩孔钻头形式主要有三种:螺旋翼片式扩孔钻头、直焊翼片式扩孔钻头、多级翼片式扩孔钻头。三种扩孔钻头结构如图4-15所示。
图4-15 扩孔钻头
a—螺旋翼片式扩孔钻头:1—钻头体;2—护板;3—翼片;4—硬质合金;5—肋骨钻头b—四级翼片钻头:1—钻头体;2—翼片;3—肋骨片;4—硬质合金;5—肋骨钻头c—多级翼片式扩孔钻头:1—φ89mm钻杆;2—导正圈;3—翼片
(二)扩孔钻具及其连接
扩孔钻进时,提钻间隔时间长,扩孔阻力大,以防止钻具脱落和折断,常采用厚壁管做钻具,并以长丝扣、焊接或法兰盘等方式连接。由于扩孔钻进速度快,易出现螺旋形井壁,故常在钻头上和离钻头5～6m处的钻杆上加焊导正圈。导正圈外径比钻头直径小4～10mm,并镶焊硬质合金以增加修刮井壁的能力。又因扩孔是在原钻孔基础上扩大井径的,为防止钻孔偏离原孔轴线,还应在扩孔钻头底部连接一段原孔直径的钻具,起导向作用。导向钻具长0.5m左右即可。
扩孔钻具的连接形式如图4-16所示。
图4-16 扩孔钻具结构示意图
1—导向钻具;2—翼片;3—法兰盘;4—导正圈;5—导向;6—φ89mm钻杆;7—变径接手;8—小径钻杆
(三)扩孔钻进规程参数
大口径扩孔钻进参数,应根据钻头类型、钻具强度、岩层性质,扩孔级差及设备能力综合考虑。一般说来,对黏土类地层宜用中压、中转速、较大泵量;对砂类地层宜用低压、慢转速、大泵量的钻进规程参数。其具体参数可为:
1)钻头总压力。3～8kN。
2)转速。0.4～11m/s。
3)泵量。600～800L/min。
扩孔钻进,除正确掌握好钻进参数外,其操作方法也十分重要。这主要是:扩孔钻进时压力要均匀,要保证泥浆泵正常运转,泥浆性能要稳定;导向钻具必须牢靠;充分作好扩孔时的物资和技术准备。