鉆探機井的基本知識和操作工序、基本技能打機井可以有效地開采地下水，滿足干旱缺水地區(qū)，人畜飲用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水，以解燃眉之急。打機井與地下含水構(gòu)造密切相關，要想打好一口機井，就要對地下含水層進行定位，從而準確選擇井址。我們知道地下水的形成，一是靠降水補充，二是地表水的滲透。一般來講，地表下的最上面是粘土層，粘土層的厚度在不同的地域是不盡相同的，一般平原地區(qū)的粘土層厚度，在幾十米至幾百米，山區(qū)的粘土層更薄一些，有的山體直接裸露出巖石層。粘土層以下為基巖層，基巖層主要由：火成巖、沉積巖、變質(zhì)巖等不同的巖石層構(gòu)成。在基巖層內(nèi)部，由于地殼運動的擠壓、拉伸形成斷裂帶。斷裂帶為含水層的形成創(chuàng)造了條件。成功的打出一口機井，首先要進行申報并得到相關部門的審批，還要請相關技術部門幫助您確定井址。我們就可以避免盲目的打井，造成不必要的損失。井址的選擇地質(zhì)專業(yè)人員用物探法，來獲得地下含水帶分布的信息。物探法是通過一公里的導線，分設兩個放電地點，對打井地層下面發(fā)射電流，以發(fā)射裝置為中心，在半徑7-8公里的范圍內(nèi)，使用多功能電法儀接收反饋信號，接收信號地點一般10個左右。接收點的距離間隔：30米 、50米、100米不等，設置距離越短，探測數(shù)據(jù)越準確，利用價值越高，當然成本也越高。通過對數(shù)據(jù)進行綜合分析找到含水層，就可以對機井井址進行準確定位。為確保鉆井工作順利進行，打井前的準備工作顯得尤為重要。打井前的準備大型的機械設備需要運輸，啟動鉆機需要電力，泥漿池需要水源，打井前，做到，通水、通電、通路及場地平整，這是做好打井工作的前提條件。接下來我們介紹鉆井機具的準備。1、鉆井機具的準備打井之前應準備好與鉆機相配套的鉆頭、鉆桿、套管等設備。1)、鉆頭-目前打井常用的鉆頭是圓口鉆，也叫管鉆。管鉆的直徑大小由168毫米到426毫米不等，比較常用的有219毫米、273毫米、325毫米的幾種。在鉆頭底部有一個近似長方形的豁口，叫做水口，長度一般在12厘米左右，寬為5厘米左右。主要起回流泥漿的作用。管鉆的長度一般是8米左右。管鉆內(nèi)還有一個用來連接鉆桿的卡口。使圓口鉆成本較低、可以取到完整的巖芯，可以直觀的對巖石進行分析。但工作起來比較費時費力。還有一種鉆頭叫牙輪鉆。也是有多種規(guī)格。您看他這樣子，渾身布滿了鋼釘，像一顆顆堅硬的牙齒，靠它磨碎地下的巖石，故叫它牙輪鉆。使用牙輪鉆成本較高、比較省時省力。但不能取到完整的巖芯。2)、鉆桿-是配合鉆頭使用的，是一種兩端帶有螺紋的鋼管。長度是9.65米。鉆桿接鉆頭，鉆桿與鉆桿銜接，是打井操作一項重要的基本功。將鉆桿一節(jié)一節(jié)的接上，就可使鉆頭不斷向地下掘進上千米不在話下。3)、套管-分為無縫套管和濾網(wǎng)管兩種。無縫套管一般是用來保護井壁的。而濾網(wǎng)管則是打到取水層才需使用。主要起過濾石塊的作用。此外，還要準備一個重要的設施，這就是泥漿系統(tǒng)。2、泥漿系統(tǒng)的準備在打井過程中，泥漿不斷的在井內(nèi)循環(huán)，泥漿既可以用來保護井壁，同時可以有效的降低鉆頭的熱量，起到保護鉆頭的作用，又可以把鉆進過程中產(chǎn)生的巖屑帶出。泥漿系統(tǒng)包括：泥漿池、攪拌機、泥漿泵、振動篩等設備。泥漿池在打井之前就應開挖好。它的容積大小由專業(yè)人員計算后加以確定。在池底鋪一層塑料布，以防止池內(nèi)水分滲漏。一般在冬季施工泥漿池還是用磚砌上為好。1)、泥漿泥漿的原料一般使用粘土，粘土，應使用含沙量少、致密細膩、可塑性強、遇水易散、吸水膨脹的材料。開動攪拌機，注入清水，將粘土放入攪拌機內(nèi)。粘土與清水按照1比2.5比例配制混合。 10分鐘后，就可以注入泥漿池備用。2)、泥漿泵泥漿泵是向井內(nèi)輸送泥漿的動力設備。它的安裝位置要距離鉆機5米左右。這里順便說一句，泥漿和套管都有保護井壁的作用，泥漿是暫時的保護，是邊掘進邊進行保護的。而套管則是永久的保護。接下來的準備工作就是搭建平臺。3、搭建鉆井平臺鉆塔和鉆機都要固定在這個平臺上，這個平臺也是由鋼梁搭建成的。鋼梁一般有兩層，搭建鋼梁時，將鋼梁放在事先固定好的方木上，鋼梁之間的釘孔必須對齊，用螺栓固定住，一定要保證鋼梁水平、周正、穩(wěn)固。之后在鋼梁上就可以固定鉆機，吊裝鉆塔了。4、安裝鉆機、電機和鉆塔一般應先將鉆機、電動機吊裝在平臺上。固定鉆機時，讓鉆機的鉆孔與井口對齊，固定電動機時，需使用螺帽擰緊以防松動。安裝好的電動機要和配電箱輸電線路相連。之后就可以吊裝鉆井機械中的“大塊頭”鉆塔啦。鉆塔也被稱為井架。下面看一下井架的搭建。井架是用于安放提升設備的立體工作平臺。它需要在地面進行焊接組裝。主要是將天車焊接在井架上，之后就可以整體吊裝了。吊裝時，吊車應保持低速運轉(zhuǎn)，確保平穩(wěn)。當井架接近垂直時，操作須緩慢、準確，防止井架傾倒。當井架與平臺連接好之后，應立即用支撐桿加固，同時用鋼絲繩對井架進行固定，固定的方法是將幾根鋼絲繩的一端，分別綁在井架工作平臺附近的立柱上，捆綁的位置要對稱。另一端固定在地面的鋼釬上，與地面形成45度的夾角。務必使井架天車的中心、鉆機轉(zhuǎn)盤中心與井口保持在一條直線上。由于鉆井為室外作業(yè)，常會遇到雷暴天氣，要在井架上安裝避雷針。鉆機的結(jié)構(gòu)與操作目前一般常用回轉(zhuǎn)式鉆機，作為主要的鉆井機械。它的特點是設備成本低、適用范圍廣、使用操作方便。它是利用轉(zhuǎn)盤帶動鉆桿及鉆頭向下掘進的。我們先看看鉆機的部件組成。1、鉆機的部件組成鉆機是由：提引水龍頭、主動鉆桿、轉(zhuǎn)盤、電動機、控制臺、卷揚機、提引器等部件組成。1)、主動鉆桿：也叫方鉆桿，是鉆機上的一個主要工具。它利用轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，帶動井下鉆桿和鉆頭向下掘進。2)、提引水龍頭：是承受全部鉆具的重量，并與泥漿輸送管路相連的關鍵部件。3)、卷揚機起到提升和牽引鉆具的作用，一般靠鋼絲繩傳遞動力。4)、電動機：分別向鉆機提供動力的設備。5)、控制臺有控制鉆頭上升、下降、停車和啟動的各種功能手柄的控制平臺。6)、轉(zhuǎn)盤是配置在井口上，與方鉆桿配合并帶動方鉆桿進行正向和反向旋轉(zhuǎn)的設備。7)、提引器專門用于卡掛鉆具的用具。換鉆具時裝上，換完后卸掉。2、鉆機的操作接下來向您介紹下鉆機的操作方法。這個是轉(zhuǎn)盤，合上以后鉆盤就開始轉(zhuǎn)了。這個是住剎車手柄，把它推上去以后，鉆具就可以下降。上面提到的卷揚手柄和主剎車是配合使用的，它可以控制鉆具的升降。前面是鉆機的操作方法，在實際操作中，各型號鉆機的操作手柄功能大同小異。其他設備天車和游車天車和游車，共同組成提升系統(tǒng);天車是改變力的方向的定滑輪;游車是起省力作用，減輕絞車負荷的動滑輪。還有一個無名英雄，就是配電箱。配電箱輸出功率的大小要與打井的用電量相匹配。上面為您介紹了鉆機的結(jié)構(gòu)和操作方法，以及鉆井平臺上的常用設備。接下來就可以進行打井操作了。打機井的操作進入打井現(xiàn)場，為確保施工人員的安全。操作人員一定要帶好安全帽和手套，一定要事先制定好安全規(guī)章及各類應急預案，并嚴格執(zhí)行。使打井工作安全有序的進行。下面我們將以圓口鉆為例，介紹打井的工序。鉆井時，首先要把鉆頭安裝在方鉆桿上，這樣才可以向地下鉆進。1、安裝鉆頭與鉆桿裝好提引器，套住鉆頭上部帶有凹槽的螺紋接頭，卡緊。裝好鉆頭后，扳動提升手柄，控制提引器向上，將管鉆吊到井口以上，把鉆頭對準井口下降，管鉆下到井里以后，用電叉夾住卡口，卸掉提引器。加裝鉆桿，一般由三人進行操作，一人操作提升機手柄，控制提引器上升，一人在天車平臺上負責提引器與新鉆桿的連接，卡住，另外一人在井口處，兩根鉆桿連接時，要在螺紋處，涂抹機油，以保證潤滑，防止生銹。并與新鉆桿的螺紋連接，用管鉗擰緊，之后扳動下降手柄，將鉆具下降至井底。使方鉆桿進入轉(zhuǎn)盤中心，扳動轉(zhuǎn)盤手柄，開動轉(zhuǎn)盤，通過方鉆桿帶動鉆頭向下鉆進。與此同時，將泥漿池內(nèi)備好的泥漿，通過泥漿泵注入井內(nèi)。泥漿不斷地在井內(nèi)循環(huán)，并貫穿著打井的整個過程。隨著鉆頭向下的鉆進，井的深度不斷增加。當鉆入基巖層時，每隔一段距離就需要將管鉆內(nèi)的巖芯取出，帶至地面，為了可以有效地提取巖芯、防止脫落，就需要加裝內(nèi)肋骨。2、焊接內(nèi)肋骨隨著鉆進的不斷進行，當鉆頭鉆入基巖層時。為了使鉆頭卡住巖芯，并帶到井外，就需要在鉆頭內(nèi)壁，焊接幾塊鋼板，稱為內(nèi)肋骨。內(nèi)肋骨的長度10-12厘米，寬為3-4厘米，厚度為1厘米。焊接時，需將鉆頭提至井外，工人用繩索，將鉆頭牽引至滑車上，拉動滑車沿軌道，向遠離井口的方向，將鉆頭放倒。卸掉鉆頭上部的鉆桿提引器，脫離方鉆桿。確保安全。一般焊接4-6個就夠了。焊接好內(nèi)肋骨繼續(xù)鉆進，下面我們就來看看如何提取巖芯的。3、提取巖芯在鉆進過程中，每隔一段時間就需要提取巖芯。一般來講，巖芯以一米左右的長度為好，過長極易卡在鉆頭內(nèi)出不來，過短則增加提鉆次數(shù)，浪費人力、物力。那么怎么才能準確的估算巖芯的長度呢?通過測量方鉆桿下降深度，可以估算巖芯的長度了。巖芯達到規(guī)定長度后，需要及時提鉆取芯。將鉆頭提升至井口外，操作人員用錘子用力敲擊管鉆下部，使巖芯脫落。這里要注意不要讓巖芯傷著人。取出的巖芯應按取出的順序碼放，標注深度，并請專業(yè)人員進行巖性分析，判斷地下基巖結(jié)構(gòu)，從而對打井工藝進行調(diào)整。例如掘進至較為堅硬的安山巖、石英巖時，就應投放鉆粒。4、投放鉆粒當發(fā)現(xiàn)鉆進速度變慢時，掘進至較堅硬巖石時，就可考慮投放鉆粒。目的是增加鉆頭對巖石層的鉆進力度。鉆粒：分為鋼粒和鐵砂兩種。本片中，我們使用為鋼粒投放。投放時，鉆機要停機，避免發(fā)生事故。操作人員系好保險繩，爬上天車，擰開提引水龍頭頂端的金屬蓋，便可把鋼粒倒進去，鋼粒的投放量一般每8個小時投入4公斤。之后蓋好金屬蓋。5、焊接外肋骨在鉆進過程中，鉆頭與巖層的不斷摩擦，導致鉆頭變形，鉆頭外壁磨薄使井孔直徑逐漸變小，使鉆進阻力加大。此時就需要在鉆頭底部的外壁，焊接四至六塊鋼板，俗稱焊接外肋骨。鋼板長為10厘米，寬為3至4厘米，厚度為1厘米。目的是增大井徑，提高掘進效率。在打井過程中，如果遇到地下裂隙，就需要及時采取措施堵住。6、堵塞漏洞鉆進時，泥漿充滿井內(nèi)空間，在正常的鉆進過程中，泥漿使用量的變化，是緩慢而平穩(wěn)的。當泥漿的使用量突然加大，沒有到達設計的深度，經(jīng)驗表明這是遇到地下巖石裂縫了。要保護井壁，因此必須及時修補漏洞，常用的方法是：關掉鉆機，停止掘進。立即向井下灌注大量泥漿。并在泥漿池內(nèi)加入鋸末和水泥。鋸末添加前需要過篩，以便和泥漿充分混合效果更好，泥漿、鋸末、水泥按照1比1比1的比例混合。泥漿用量平穩(wěn)后，停止鋸末、水泥的投入，可以判斷裂隙修補完成。堵住裂縫后要停止施工2-4天的時間 ，待填充物固定后才可以繼續(xù)鉆進。在鉆進過程中，有一個重要的環(huán)節(jié)就是套管護井。7、下套管應根據(jù)地層探測結(jié)果，按照不同地層下入套管。例如，設計井深為2300米，一般來講，從開孔之后掘進至300米時下入套管保護井壁，再向下是每隔1000米下一次套管，但遇到特殊的巖層，就需要請專業(yè)人員進行判斷何時下套管，既有效保護井壁又避免因頻繁下管增大成本?？梢赃@樣說只要沒有到達取水層，就要用無縫鋼管護井，到了取水層就要下濾網(wǎng)管取水。當達到設計深度的含水層時，就需要測試出水啦。8、測試出水當泥漿的使用量突然加大，而且已經(jīng)達到井的設計深度時，就要判斷是否達到地下含水層。使用一根繩尺，一般來講繩尺的長度不短于井的深度，在繩尺一端系水泥或金屬鑄件投入井內(nèi)，聽到拍擊水面的回聲后，可以判斷達到含水層。達到含水層后，還有一系列的工作要做。9、洗井判斷出水后，為了清除井內(nèi)沉淀的泥沙和井壁上的泥漿皮，因此就要進行洗井。洗井一般采用清水沖洗的方法，要在停止泥漿循環(huán)一天之后，向井內(nèi)不斷泵入清水，以此來洗凈井壁上的泥漿皮，從而起到清洗水井，凈化水質(zhì)的作用。洗井之后，還有一項重要的工作，就是抽水試驗。10、水試驗它的作用就是測試實際出水量。方法是：向井內(nèi)下入抽水試驗用潛水泵，向外抽水，連續(xù)抽水時間不得小于12小時，通過觀測水表上的讀數(shù)，測算實際出水量。一般來講，出水量應達到或超過設計出水量。當出水量達到設計要求時，就可以進行化驗。11、質(zhì)分析打出的井水要送到相關檢驗部門進行化驗，常規(guī)檢驗指標為酸堿度測定及大腸桿菌