水文水井鉆機常用的鉆進方法

農田水利的發展，城市供水和工礦用水量的日益增大，要求探明并開發更多的地下水源。今天，在全世界淡水的總量中，地下水占95%以上，與許多地表水正被污染的情況相比，地下水污染較少或基本上未被污染。七十年代以來，由于對地下水的進一步需求，水井的深度和數量自然也隨之增長。300-500米深的水井，日益增多。

水文水井鉆進工藝根據自己的需要，大量引用石油工業和采礦工業的若干技術。據74年1月統計，美國制造水文水井鉆機的企業有31家(不包括制造鉆具、井管、動力機及配套的企業)。據1968年2月統計，全美共有水井1500萬口。每年供水系統安裝設備不斷增加。1966和1967年兩年，平均安裝875000套供水設備；從1963年至1967年，平均每年增長供水設備5%。

水文水井鉆機從過去單一方式的鋼繩沖擊鉆機和立軸、轉盤回轉鉆機、向一機多用方向發展。

現在水文水井鉆機常用的鉆進方法有:

一、鋼繩沖擊鉆進法

我國是使用沖擊法最早的國家。古書上曾有“鑿井為泉”的記載。早在公元前200多年，我國就以沖擊法鉆進了1000米以上的深井，為世界所推崇。因此，鋼繩沖擊法是最老、使用最多的鉆進法，直到二十世紀初，鋼繩沖擊鉆機一直是主要的鉆進設備。國外鋼繩沖擊鉆機和鉆具，均是從我國古代沖擊鉆探設備，逐漸演進而來的。

鋼繩沖擊式鉆機具有較好的技術性能，其特點是結構簡單，鉆進成本較低，鉆進礫石層的效果較好。沖擊式鉆機的主要缺點是鉆進速度較低和鉆進深度有限。

二、回轉鉆進法

常用的回轉鉆進法是由采礦工業推廣，后來為石油工業采用，在所有的鉆進系統中是最有效、應用最廣的鉆進方法。根據回轉鉆進法的主要特點，可稱為流體(泥漿、空氣)洗井強力鉆進工藝。用這種方法打井、是文水文井技術的自然發展。在美國，回轉法的早期應用就是打水井。今天，在石油、天然氣和其它礦物以及地下水工程中，回轉法鉆進約占90%，由此又逐漸產生多種形式的演變。

一般認為正循環回轉鉆機的鉆進速度較快，鉆深較大，今天鉆進技術和設備的大多數改進都與回轉鉆進有關，如空氣回轉鉆進，泥漿/空氣回轉鉆進，泥漿/空氣回轉一沖擊鉆進以及反循環鉆進，等等，都是常用的回轉鉆進的改進和發展。

國外在用泥漿回轉鉆進法鉆進中多用牙輪鉆頭以高壓力大泵量取得較高的鉆進效率。通常的鉆進壓力接近10噸，給進行程長度為6-8米左右，泥漿泵的排量為800升/分左右。

空氣回轉鉆進法也是用鉆頭破碎巖石，但清洗井底的循環介質是空氣而不是泥漿。這種鉆進法比泥漿回轉法的鉆進效率高，適用于缺水地區和漏水地區，但壓縮空氣的消耗量較大，因而需用較大排量的空壓機。

三、反循環鉆進法

反循環鉆進法最先出現在西德，在礦物勘探和地下水鉆進中獲得了相當的成功。反循環回轉鉆進與常用的正鉆環回轉鉆進.區別在于反向的循環流體，在壓力作用下，流體通過環狀間隙向下流到井底，巖屑在負壓的狀態下波吸入鉆桿內，徑由水龍頭向外排出。

用反循環鉆進法可鉆1500毫米以上的井徑，下流速度一般是每秒0.3米，鉆頭的回轉速度為10-40轉/分。

在軟質或非固結巖層中，反鉆環鉆進法是一種行之有效的大口徑鉆進法。900-1000毫米井徑的鉆進成本僅略高于600毫米井徑的鉆進成本。這種鉆進法大多用于1600毫米以上井徑，要求填礫完井。

反循環回轉水井鉆機在地層情況良好的地區可用來鉆400毫米左右的試驗孔；在設備和方法適當時，提供良好的巖樣。

在下述條件下，反循環鉆進法受到限制:

(1)靜態水位太高；

(2)缺少適當水源補拾鉆進沖洗液；

(3)鉆土成頁巖層；

(4)相當數量的中等大小的礫石或卵石。

為采用雙層鉆管柱（反循環流體從雙管之間的環狀間隙中壓入)并對鉆柱伏以沖擊、振動，有可能順利鉆穿復雜地層，在靜態水位太高的情況下，可采用氣舉法。

四、空氣鉆進法

輸入壓縮空氣作為一種循環介質，早在18世紀末期就開始了。五十年代期間，由于鈾礦開采事業的興起，推動了空氣的應用。大多數壓縮空氣主要被用作采礦機械和建筑機械的沖擊能源。經過許多研究和改進，克服了排量、壓力不足的缺陷之后，為以空氣作為循環介質找到了一條合理，經濟的途經，給鉆進應用奠定了基礎。

用密度比水小的循環介質如干空氣、霧化物、飽沫、粘泡沫以及充氣泥漿等作為鉆進流體的主要目的是降低井內壓力，提高鉆速。這就是國外所稱的“減壓鉆進”。低比重的流體可以克服嚴重的循環漏失。泡沫或粘泡沫有可能從井底實際上以低于空氣的速度和小于水的環狀間隙壓力從井中排出巖屑。

國外介紹泡沫鉆進的優點是:(1)可以很小的壓力從井中排出濕巖屑；(2)壓力穩定，減少剝落；(3)壓力低且穩定，提高了鉆速并延長了鉆頭的使用壽命。

粘泡沫技術是用一種低粘度流體鉆進非固結巖層的鉆進法。在使用粘飽沫時，在環狀間隙中所需的流速介于30-60米/分之間，可采用較小型的空壓機。