《水文地质钻探》PPT课件.ppt

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1、1 水文地质钻探的重要性和基本任务2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计3 钻进过程中的水文地质观测工作 4 水文地质勘探钻孔的布置原则,第三章 水文地质钻探,2023/7/19,1 水文地质钻探的重要性和基本任务,一、水文地质调查中采用的勘探工程,钻探：借助机械或化学方式（爆破能）破碎岩土层，在地下形成规 格和质量符合设计要求的钻孔，以达到寻找和开采矿产（固、液、气态）及其他工程建设目的。回转钻进、冲击钻进、冲击回转钻进。坑探：坑探是地质勘探工作的一种技术手段，是为了揭露地质及矿产现象而在地表或地下挖掘不同类型坑道的工作。探槽、浅井、平巷、斜井和坚井等。物探：用物理的原理研究地质构造和解决找矿勘探

2、中问题的方法。重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、放射性勘探等。,2023/7/19,二、水文地质钻探工作的重要性,水文地质钻探（按国家标准，水文地质钻探称为水文钻探）是直接探明地下水的一种最重要、最可靠的勘探手段。水文地质钻探是进行各种水文地质试验的必备工程，是对水文地质测绘、水文地质物探成果所作地质结论的检验方法。随着水文地质调查阶段的深入（区域性水文地质调查、专门性水文地质调查），水文地质钻探工作量在整个勘查工作中占有越来越重要的地位。水文地质钻探，设备复杂沉重、成本昂贵、施工技术复杂且工期长，对整个勘查的完成、勘查项目的投资起决定作用。,1 水文地质钻探的重要性和基本任务,2023

3、/7/19,三、水文地质钻探的基本任务,总体上讲：在水文地质测绘、水文地质物探的基础上，进一步查明含水层的岩性、层次、构造、厚度、埋深分布及水量、水质、水温等水文地质条件、特征和参数，解决和验证水文地质测绘和物探遥感工作中难以解决的水文地质问题，为评价和合理开发利用地下水资源提供可靠的水文地质资料和依据。同时，在“以探为主、探采结合”成井或专门打井后开采地下水，为工农业生产、国防建设和城镇居民及干旱地区人民提供生产生活用水或矿泉水饮料，直接为国民经济建设和人民生活服务。,1 水文地质钻探的重要性和基本任务,2023/7/19,具体来讲：,1揭露含水层，探明含水层的埋藏深度、厚度、岩性和水头 压

4、力；查明含水层之间的水力联系。2借助钻孔进行各种水文地质试验，以确定含水层富水性和各种水文地质参数，如：渗透系数(K)、导水系数(T)等。3通过钻孔（或在钻进过程中）采集水样、岩土样，以确定含水层的水质、水温和测定岩土的物理力学和水理性质。4利用钻孔监测地下水动态或将钻孔作为供水井。,1 水文地质钻探的重要性和基本任务,2023/7/19,四、钻探工作必须遵循的准则,1水文地质钻探工作必须贯彻执行先水文地质测绘与物探，后钻探施工以 及坚持“先踏勘、后设计”和“先设计、后施工”的工作程序，即必须在水文地质测绘和物探工作的基础上布置水文地质钻孔，以及坚持没有地质、施工设计，不准施工开钻的原则。2对

5、于探采结合钻孔，应本着“以探为主，探采结合”的原则进行，即应满足“探”为主，在获取准确可靠的水文地质资料的同时结合成井。3水井钻探工程应在有充分水文地质资料的地区进行，并在钻探中采取必要措施收集和论证水文地质资料，严格按照成井工艺规程要求成井。,1 水文地质钻探的重要性和基本任务,2023/7/19,五、钻探工作的基本要求,1水文地质钻探是以获取准确可靠的水文地质资料，满足地质设计要求，达到地质设计目的进行的，因此，要本着需要与可能的精神，在进行钻探设计和施工中采取切实可行的最优方法与工艺，满足地质设计要求。同时，要努力提高地质、施工设计的准确程度，以便最大限度地减少因设计不当而造成的损失。2

6、在钻探工程施工的全过程中，都要始终贯彻“优质、高效、低耗、安全”和“质量第一”的原则，推广应用钻探新设备、新方法、新工艺，提高经济效益。同时，在加强全面质量管理的活动中，既要反对单纯追求进尺，忽视工程质量的倾向，也要反对忽视安全和不注重经济效益，片面追求脱离实际可能或超越规程规范的技术要求。,1 水文地质钻探的重要性和基本任务,2023/7/19,3要搞好钻孔各项原始资料的记录与整理工作。提交的资料必须真实、准确、可靠，对伪造钻孔原始资料数据者，必须严肃处理。4从事水文地质及水井钻探的全体人员，必须认真学习和严格遵守水文地质钻探规程。但本规程中有些条款只是一般性和原则性的规定要求，在贯彻执行时

7、允许施工单位依据具体情况制订实施细则或补充规定。此外，有关现场管理制度，可参照工程地质钻探规程和岩心钻探规程有关规定要求，结合各自的实际情况制订实施细则或补充规定。,1 水文地质钻探的重要性和基本任务,2023/7/19,一、钻进方法,正循环回转钻进 反循环回转钻进冲击回转钻进 机械冲击钻进 特殊钻进技术与特种工艺,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,钻孔冲洗作用：冷却钻头，清除孔底岩屑，加固井壁。冲洗液：清水、泥浆、压缩空气、乳化液。套管：水泥套管、钢管、铸铁管、玻璃钢、塑料管等。,2023/7/19,常用的钻进方法及选用原则：软岩和中硬岩层，用硬质合金回转钻头钻进；中硬及部分中硬以上岩层，用

8、铣齿牙轮钻头钻进；中硬以上岩层及硬岩，用金刚石钻头钻进；硬脆岩层，用液动（气动）孔内冲击器钻进或镶齿牙轮钻进更有效；,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,2023/7/19,二、钻孔类型,1.地质孔 通常只在小、中比例尺的区域水文地质普查中布置，一般要通过钻探取心进行地层描述和进行简易水文地质观测，但不进行抽水试验。2.水文地质孔 在各种比例尺的水文地质普查与勘探中布置，一般要进行单孔稳定流抽水试验，必要时要进行多(群)孔非稳定流抽水试验，以获取不同要求的水文地质参数，评价与计算地下水资源。3.探采结合孔 在各种比例尺的水文地质普查与勘探中均会遇到。4.观测孔 有抽水试验观测孔和长期观测孔(简称

9、长观孔)两种，通常只在大、中比例尺的水文地质勘探中布置。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,2023/7/19,三、水文地质钻孔结构及钻进方法的特点,结构特点：水文钻孔的结构比一般地质钻孔要复杂得多。原因：水文钻探的任务不仅是取出岩芯，探明地层剖面，还 必须取得许多水文地质数据，或将井孔保留下来，作为供水 井或地下水动态观测井长期使用。要求：为了实现上述多种功用，对水文钻孔的结构和钻进方 法就必然有多方面的要求。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,2023/7/19,1.钻孔(井)结构包括孔径、孔段和孔深，除地质孔外，井身结构应包括：a.井管：包括井壁管、过滤管、沉淀管的直径、孔段和深度。b.

10、填砾、止水与固井位置及深度。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,2023/7/19,井壁管：支撑和封闭井壁的无孔管。内径应满足抽水设备的安装和正常抽水要求，若采用深井泵抽水时，安装泵管的井管内径应大于泵管外径约50mm。过滤管：一般与含水层厚度大体一致，厚度超过30m时，可选用20-30m安装在主要含水层处；若含水层透水性很差时，可适当加长。沉淀管：底部用以沉积井内砂粒和沉淀物的无孔管。应与相连的过滤管同径，安装长度一般为46m，底部应封闭，顶部在0.5m范围内应加工成过滤管结构。井管采用丝扣或电焊连接，若使用其他方法连接时，应保证接头不错动或渗漏。井管连接成管柱后，轴心线应一致。管柱底端和过

11、滤管部位应装设扶正器，确保管柱处在井孔中心位置。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,（1）井管结构 由井壁管、过滤管和沉淀管等三部分组成，相互相合和要求应符合以下各条规定。,2023/7/19,a.具有良好的强度，能承受地层和静水侧压力以及管柱自重产生的拉压力。b.能抵抗井水腐蚀，有较好的防腐蚀性能。c.无毒、无味，对井水不污染，能溶于水中的有害物质含量低于国家规定指标。d.管身圆直，端口平整，连接牢固，密封良好，无渗漏、无残缺、无裂纹。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,（2）井管性能基本要求,2023/7/19,（3）井壁管类型选择,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,2023/7/19,（

12、1）钻孔的直径（口径）较大。一般地质勘探孔的主要任务是取岩芯，故口径较小（直径一般小于150mm）。水文钻孔，除取岩芯外，还必须满足抽水试验或作为生产井取水的要求。为保证抽出更多的水量和便于下入水泵，当前水文地质钻孔或水井的直径一般均在300一500mm，最大孔径可达1000mm或更大。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,2.水文地质钻孔结构特点,2023/7/19,（2）钻孔的结构复杂 水文钻孔，为了分层取得不同深度含水层的水质、水量及动态资料，或为阻止非开采层以外含水层中的劣质地下水进入水井之中，常需对揭露的各个含水层采取分层止水的隔离措施。变径下管止水则是最有效的隔离方法（图3一1）。有

13、时，为减轻随钻进深度增加而加大的钻机荷载或为节省井壁管材，也需变径。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,2023/7/19,（3）为了保证地下水顺利地进入钻孔（水井），同时又能阻止含水层中的细颗粒物质进入钻孔或防止塌孔，在钻孔揭露的含水层段，常需下入复杂的滤水装置，即过滤器；而对井壁与井管之间的非含水层段，则需用粘土、水泥等止水材料进行封堵，以阻止地表污水或开采含水层以外的劣质地下水沿孔壁和井管之间的空隙流入开采含水层中。因此，水文钻孔的结构是较复杂的（图3l）。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,2023/7/19,（4）为了防止钻进时所用的泥浆（即冲洗液）堵塞含水层，影响水井的出水量，对水

14、文孔钻进时所用的冲洗液质量（密度、稠度等）有严格要求。一般要求尽量用清水钻进；在砂砾石含水层钻进时，泥浆粘度要求在1825秒之间。在钻进结束后，必须认真地进行洗井工作。对城市生活和工业用水井，正常运行时的井水含砂量要求小于百万分之一；农业灌溉水井，应小于五十万分之一。（5）为保证水泵顺利下入井中，并长期安全地工作，对水文钻孔，特别是将用于供水的井，对其孔身斜度（孔斜）应有严格要求，一般要求孔身斜度每100m小于1度。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,2023/7/19,3.典型钻孔(井)结构型式,（1）一径成孔(井)除孔口管外，一径到底的钻孔，即一种口径、一道管柱的钻孔。这类钻孔通常是较稳定

15、的第四纪松散地层或基岩为主的水文地质钻孔、探采结合孔或观测孔。有井管、过滤管（填砾或不填砾）。没有井管、过滤管的基岩裸孔。下井管、过滤管并填砾孔之孔径一般应比管直径大150-200mm。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,2023/7/19,（2）多径成孔(井)具有两个或两个以上变径孔段的钻孔，即多次变径，并用一套或多套管柱的钻孔。通常是上部为第四纪松散层、下部为基岩或具有两个以上主要含水层的水文地质钻孔、探采结合孔及地质孔。通常只在第四纪地层中下井管、过滤管并填砾或不填砾。基岩除破碎带、强烈风化带需下管外，一般为裸孔。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,2023/7/19,4.钻孔结构的确定

16、,根据钻孔类型、水文地质条件、终孔直径及深度、钻进工艺方法、抽 水方法及钻探设备等因素综合确定。进行抽水试验的钻孔，其松散地层的钻孔直径要能满足根据预计出水量选用的过滤管直径和填砾间隙的要求。基岩钻孔直径则一般以满足根据预计出水量能下入之抽水设备口径要求或过滤管直径要求为依据确定。在条件具备与可能时，要采用一径成井工艺；在松散、破碎、严重漏失等复杂地层应采用既护壁性能好又易于破壁解淤的优质泥浆钻进，争取少下或不下套管，以简化钻孔结构。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,2023/7/19,四、水文地质钻探的设计,在钻探任务确定之后，水文地质技术人员的重要任务之一，便是编制水文钻孔的设计书，它是

17、钻孔施工的依据。1.编制依据 水文地质钻探施工设计的编制是根据项目的水文地质设计书或项目委托计划任务书或合同的要求.在现场踏勘的基础上，按照现有的生产定额、材料消耗定额、人员和设备配备与费用定额等资料为依据进行编制.根据需要与可能，选用设备和选择最优施工方法与工艺，以确保工程质量和获取量佳的技术经济效益。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,2023/7/19,2.主要内容,（1）施工项目的基本情况和设计依据 工区的地理位置、交通条件、地形地貌、气候和生活条件。地质条件：包括地层划分和岩石可钻性级别、地质构造和水文地质条件，着重说明影响钻探施工的主要地质因素。施工目的与要求：包括钻孔布置与工作量

18、、工程质量指标、水文地质试验与观测要求等。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,2023/7/19,（2）供水、供电设计 根据现场踏勘了解的当地水源条件，选择供水方法和设备；采用电力驱动时提出供电方法与要求。（3）施工期限与费用预算 根据项目要求，编制施工进度计划。包括选择设备，确定 施工组织形式、开动钻机台数、钻孔施工顺序调度安排及工期要求，进行技术经济指标测算并编制项目费用预算等。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,2023/7/19,（4）钻探技术设计 包括钻孔结构、冲洗介质、成井工艺及保证质量与安全的技术措施，并附典型钻孔结构设计图。,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,孔深 水文钻孔的深

19、度，应根据钻探任务来确定，一般要求达到揭露 或打穿主要含水层。开孔、终孔的直径及孔身变径位置 开孔直径，在松散岩层中，一般应大于480mm；在坚硬岩石中，应大于290mm。为简化水井结构，应尽可能采用“一径到底”。当不得不变径时，在松散岩层中的终孔直径不得小于290mm；在坚硬岩石中，不得小于180mm。变径的位置，多在含水层下部的隔水层顶部。,2023/7/19,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,不同口径井管的下置深度及所选用的井管材料。钻孔中止水段的位置和止水方法。过滤器的类型和过滤器下置深度。对水井中的非开采含水层段，提出井壁与井管之间隙的回填封堵段的位置、使用材料及要求。钻进方法及技术

20、要求，包括对冲洗液质量、岩芯采取率、岩土水样采集、洗孔及孔斜等的要求，以及对观测和编录方面的技术要求。设计书应附设计钻孔的地层岩性剖面、井孔结构剖面和钻孔平面位置图。,2023/7/19,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,根据设计要求，在施工单位总工程师的主持下，由地质、钻探技术人员共同编制。根据地质项目管理权限上报审批，即局(或下达任务的主管单位)管地质项目的施工设计，由施工单位审查后报上级审批；施工单位自管地质项目或承包工程项目的施工设计，由施工单位审批后报上级备案。在钻探施工中，如发现设计与实际情况不符时，应及时进行修订或补充，部局管项目凡关系到工作量与经费数量较大的修订要报上级批准。,

21、3.编制与审批,2023/7/19,3 钻进过程中的水文地质观测工作,在钻进过程中水文地质观测的主要项目（1）观测冲洗液的消耗量及其颜色、稠度等特性的变化，记录其增减变化量及位置。（2）钻孔中水位的变化。当发现含水层时，要测定初见水位和天然稳定水位。,为获得各种水文地质资料，除在终孔后进行物探测井和抽水试验外，核心的工作就是在钻进过程中进行水文地质观测。,2023/7/19,（3）及时描述岩芯，统计岩芯采取率；测量其裂隙率或岩溶 率。（4）测量钻孔的水温变化值及其位置。（5）观测和记录钻孔的涌水、涌砂、涌气现象、及其起止深度及数量。（6）观测和记录钻进速度、孔底压力及钻具突然下落（掉钻）、孔壁

22、坍塌、缩径等现象和其深度。（7）按钻孔设计书的要求及时采集水、气、岩、土样品。（8）在钻进工作结束后，按要求进行综合性的水文地质物探测井工作。,3 钻进过程中的水文地质观测工作,2023/7/19,4 水文地质勘探钻孔的布置原则,水文地质钻探是一项费用昂贵、技术复杂的工作。因此，水文地质人员在布置水文钻探时，必须持严肃、认真的态度，力求以最小的钻探工作量，取得最多和更好的地质、水文地质成果，就是说钻孔的布置必须有明确的目的性。,2023/7/19,4 水文地质勘探钻孔的布置原则,一、布置钻孔时要考虑水文钻探的主要任务，应明确是查明区域水文地质条件，还是确定含水层水文地质参数、寻找基岩富水带、评

23、价地下水资源或进行地下水动态观测；主要任务不同，钻孔布置方案必然有所区别。二、布置钻孔时要考虑“一孔多用”，如：既是水文地质勘探孔，又可保留作为地下水动态观测孔；或者既是勘探孔，又可留用为开采井。三、无论是查明水文地质条件、求取水文地质参数，还是进行地下水动态观测，在确定其钻孔位置时，均应考虑其代表性和控制意义。,2023/7/19,4 水文地质勘探钻孔的布置原则,四、为分析、认识区域水文地质条件的变化规律，水文地质钻孔应布置成勘探线的形式。,1.查明区域水文地质条件布置的钻孔，一般都布置成勘探线的形式。主要勘探线应沿着区域水文地质条件（含水层类型、岩性结构、埋藏条件、富水性、水化学特征等）变

24、化最大的方向布置。,在山前冲洪积平原地区，主要的勘探线应沿着冲洪积扇的主轴方向布置；而辅助勘探线则垂直于冲洪扇的主轴方向布置；在河谷地区和山间盆地，主要勘探线应垂直河谷和山间盆地布置；在裂隙岩溶地区，主要勘探线应穿过裂隙岩溶水的补给、径流、排泄区和主要的富水带。,2023/7/19,4 水文地质勘探钻孔的布置原则,2.地下水资源评价的勘探孔，其布置方案必须考虑拟采用的地下水资源评价方法。勘探孔所提供资料应满足建立正确的水文地质概念模型、进行含水层水文地质参数分区和控制地下水流场变化特征的要求。当水源地主要依靠地下水的侧向径流补给时，主要勘探线必须沿着流量计算断面布置。对于傍河取水水源地，为计算

25、河流侧向补给量，必须布置平行与垂直河流的勘探线。当采用数值模拟方法评价地下水资源时，为正确地进行水文地质参数分区，正确给出预报时段的边界水位或流量值，勘探孔布置一般呈网状形式并能控制住边界上的水位或流量变化。,2023/7/19,4 水文地质勘探钻孔的布置原则,3.以供水勘查为目的的勘探孔，按总原则布置钻孔时，应考虑勘探开采结合，钻孔一般应布置在含水层（带）富水性最好、成井把握性最大的地段。,2023/7/19,思考题,水文地质调查中采用的勘探工程，包括、。其中最主要的是水文地质。水文地质钻探的基本任务？水文地质钻孔结构及钻进方法的特点?水文地质钻孔设计书的内容主要包括哪些？,2023/7/19,在钻进过程中水文地质观测的主要项目？水文地质勘探钻孔的布置原则？为查明区域水文地质条件布置的钻孔，一般主要勘探线应沿着区域水文地质条件变化最 的方向布置。在山前冲洪积平原地区，主要勘探线应沿着冲洪积扇的 方向布置；在河谷地区，主要勘探线应 河谷布置。以供水勘查为目的的探采结合孔，钻孔一般应布置在含水层富水性、成井把握性最大的地段。对于傍河取水水源地，为计算河流侧向补给量，必须布置 河流的勘探线。,思考题,2023/7/19,各种类型钻头,2023/7/19,2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计,各种类型钻头,2023/7/19,牙轮钻头,