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我国抗旱打井若干技术问题

发布时间:2013年05月21日
来源:探矿工程在线

 

我国抗旱打井若干技术问题

 

许刘万

(中国地质科学院勘探技术研究所,河北廊坊 065000

 

摘要:近几年来我国干旱灾害呈现频次增加、范围扩大的趋势,使得抗旱打井任务更加艰巨。本文根据历年来在这方面工作的开展,从抗旱打井的形势分析,就水资源的管理以及施工过程中采用的设备和工艺方法,进行了全面论述。对今后抗旱打井任务的实施提供参考。

关键词:干旱灾害;抗旱打井;技术问题

 

1  前言

干旱是我国的主要自然灾害之一。国家对水利建设的高度重视及投资力度的加大,对旱灾的抵御能力有了进一步的提升,但总体来看抗旱能力仍然偏低。近年来,受全球气候变化和经济社会对用水量增加的影响,我国的干旱灾害范围也在扩大。从地下水开发利用反映的问题来看,由于大量集中开采浅层地下水资源,造成一系列生态环境问题,其表现为地下水污染,河道常年断流,城市地面沉降,沿海海水入侵,地下水碱化,农田盐碱化,洼地干枯萎缩。另外造成中国城市水资源缺乏原因是大中城市流动人口剧增,生活污水也相应增多,供需矛盾突出。水资源时空分布极不平衡,每年夏季因天气酷热,自然会造成用水高峰期,一旦久旱无雨,使得可供水资源进一步减少。供水设施建设与经济发展不成比例,导致用水紧张。缺水不仅严重影响人民群众的基本生存,而且是造成长期贫困的主要原因。

为解决全国抗旱问题,国务院总理温家宝2011112日主持召开国务院常务会议讨论通过了《全国抗旱规划》;为解决好我国严重缺水问题,许多专家积极献计献策,共同为开采地下水“把脉会诊”,提高全社会对地下水循环规律的认识,遵循地表水与地下水多次相互转化、相互调剂的关系,提高水资源总利用率;始终贯彻“节约资源,保护环境”的基本国策,坚持在保护中开发,在开发中保护的总原则坚持“开源和节流并举、节约优先、治污为本、高效利用”的总方针,加强用水的统筹规划与管理。为搞好抗旱打井,我们从事钻探技术研究的单位,就应该积极参与,促进科研成果转化,包括研制不同类型的水井钻机和配套新技术工艺方法,加强已有成果的综合深入研究,坚持科研与生产之间的密切结合,优质高效的为施工单位服务,这对促进干旱缺水地区经济社会发展具有十分重要的意义。

 

2  如何开展抗旱打井工作

把抗旱作为水利工作的重中之重,把城乡居民饮水安全作为抗旱救灾工作的重中之重,抗旱打井工作就要冲在前头。从2006年四川、重庆的特大干旱,2010年的云南、贵州、广西、四川和重庆的干旱,到2011年的云南、广西、山东、河北的干旱,又到今年云南和部分省的干旱。这些时刻牵动着党和国家对受灾地区人民的关怀,每年抗旱都充分体现了全国水利一家亲,一方大旱,八方支援。开辟水源,打井调水。在每年抗旱保民生的关键时刻,中国地质调查局始终走在前边,为抗旱打井提供技术支持和资料服务。全面整理、分析和利用已有地质、水文地质资料,迅速提供或编制受旱地区打井水文地质图,圈定打井范围和层位,为抗旱打井提供技术指导。要想有把握的打井取水,首先就应利用水文地质资料,采用物探等途径进一步查清水文地质条件和地下水资源确定好井位,方能要求打井队伍严格把好钻孔、下管、填砾、洗井、安装五道关,保证成井质量,力求打一眼,成一眼,搞好配套,发挥作用。

抗旱打井就是为干旱地区提供应急的补充和调节水源。要建立完善的水井运行管理制度,应急抗旱打井就是要突击一个“快”,快速找到地下水、快速地最大限度地将地下水开采出来。

另外,要加大抗旱宣传,提高群众对旱情严峻性的认识,提高群众抗旱的紧迫性和主动性,推广节水抗旱种植技术,努力减少水资源消耗,加大防治水污染力度。加强城乡生活用水管理,有效利用雨洪资源,扩大利用再生水。认真贯彻好全国抗旱规划,树立全民节水意识,科学配置水资源,我们相信一定会取得抗旱减灾的伟大胜利。

 

3  抗旱打井钻机的选择

目前国内水井钻机生产厂家较多,而且与小口径地质勘探钻机从性能上比较还有明显区别。首先要根据施工环境条件、施工方案来确定,选择质量可靠、性能稳定、信誉好、售后服务快捷的品牌。从抗旱打井具体情况来说,一般孔深多在150~500m之间,孔径450mm以内,同时还要考虑下井管,安装抽水设备的需要,能适合采用多种钻进工艺,回转扭矩大,提升能力大,搬迁、移动性能好。从钻机行业的分类来说比较明确,切记不要“一机多用”,如果超出钻机自身的工作优势,去做不适应的工作,只能损坏设备增加不安全因素。

从近年来抗旱的地区来说,边远山区较多,交通不太方便,散装的转盘钻机比较适合,部分地区也可适用车装式、拖车式、履带式的,这主要依据实际情况来定。对于有些机械式散装钻机,操作简单,可经过简单培训就可使用,但对于一些结构复杂或者全液压动力头钻机,就需要进行专门培训,否则工作不便,甚至损坏设备以及造成安全隐患。再是选择钻机还要考虑配件能否方便更换,价格的合理性、通用性、可替代性。如果配件很难更换,尤其易损件,造成的不便,耽误生产,那就不合算了。当然对于一个企业来说设计产品就应全面考虑,对于用户来讲钻机选购要事先了解清楚。这里还要说明的一个问题,对于有些单位或个人积极参加抗旱打井,也曾利用小口径岩心钻机去干,忽视了抗旱打井快速成井的要求,使得高效钻进工艺实现困难。可见抗旱打井除对水井钻机选择有一个全面了解外,施工工艺配套技术也需知道,这样才能很好的投入到抗旱打井工作中去。

 

4  抗旱打井主要采用的钻进技术

    水作为人类赖以生存和发展的重要资源,生态环境的重要因素。每年的旱灾导致灾区许多人畜饮水困难,粮食减产。所以统筹抗旱,水源和用水需求是抗旱救灾的关键,抗旱打井是解决这一问题最有效的途径。传统的水文水井钻探技术以水或泥浆作为携带岩屑冷却钻头和保护孔壁的钻进循环介质,不仅钻进效率低、成本高、易堵塞含水层,影响出水量。加之旱区本身就受到缺水的困扰,如若再用水钻进无形中增加了旱区人民的困难。因此,提高钻进效率、降低施工成本、增加出水量,只有采用气动潜孔锤高效钻进技术、复杂地层气动潜孔锤跟管钻进技术以及基岩水井压裂增水新技术。这些“节水型”钻探技术确实在抗旱打井中发挥了极其重要的作用,深受旱区人民的欢迎。

近年来,抗旱实践证明从部队给水团到相关单位等参加抗旱打井,基本上都是以多工艺空气钻进技术为主进行施工,而且该工艺特别适合于干旱缺水地区。其优越性为:提高了钻进效率,降低了钻探成本,钻进中不会因缺水而停钻,增加了纯钻进时间,缩短了施工周期,见图123456

 

            图1  SPC-600车装转盘钻机           图2  履带式全液压动力头钻机

 

           图3  SPJ-400散装转盘钻机            图4  SPC-300车装转盘钻机

 

            图5  SPJ-300散装转盘钻机            图6  小口径水井施工

把空气作为钻孔冲洗介质使用,现在已成为钻探施工应用的热门技术,不光在抗旱打井中取得了很好的效果,而且应用领域不断扩大,得到了大家认可。

在抗旱打井中,大部分单位使用了多工艺空气钻进技术,但也有些单位因为一次性投资大,未用此种技术。通过生产实际对比,用于不用差别很大。例如:2008年贵州省抗旱扶贫打井项目,为有把握的开展这一项目,还特意请勘探技术研究所作为钻探技术支撑。针对本地区地层特点,首先确定了以气动潜孔锤钻进为主,气举反循环钻进为辅的施工方法。共开动钻机12台,克服了孔内裂隙、溶洞发育、坍塌、掉块、埋钻、卡钻事故频现,以及山区搬迁不便等诸多困难,总共完成了130多眼打井任务,孔深范围150~200m,单孔最大出水量4000m3 /d,平均出水量1280m3/d,钻进效率比正循环泥浆钻进提高7~10倍。大大解决了毕节、铜仁等地区人畜吃水难问题。同时勘探技术研究所还为北京军区给水工程团赴云南抗旱打井,在应用正循环气动潜孔锤复杂地层施工困难的情况下,特意配套了反循环气动潜孔锤钻进工艺,解决了施工过程中遇到的技术难题,具体配套见图78。还为兰州军区给水工程团在河南洛阳、三门峡抗旱打井现场技术服务。为更好地发挥空气钻进技术在抗旱打井中的优势,勘探技术研究所还承办了水文水井及多工艺空气钻进技术培训交流会,见图9。这一切都充分体现了勘探技术研究所领导的高度重视,及作为抗旱打井技术支撑的重大作用。

7  为贵州省抗旱打井项目配套反循环钻探器具

8  为北京军区给水团云南抗旱打井配套反循环钻探器具

 

  图9  水文水井及多工艺空气钻探技术培训交流会  图10  多工艺空气钻探技术观摩现场

各地抗旱打井所采用工艺方法有力的说明,在硬岩和砾岩中使用空气钻进最好使用气动潜孔锤钻进。

 

5  结语

搞好抗旱打井,除要求各级政府和有关部门加强组织领导,完善投入机制,认真落实各项政策措施外,还要充分挖掘现有各类水利工程的抗旱功能,强化应急联合调度,提高调控水平和整体抗旱能力。在打井方面具体体现在钻探工艺和钻探设备的合理配套。所以,开采地下水是解决旱情的重要应急措施,打井找水由此成为抗旱大战中重要的一项,许多单位纷纷组织打井队伍赴旱灾地区承担任务。汇聚起迎战旱魔的力量,树立起夺取抗旱最后胜利的信心。

从抗旱打井施工反映的问题看,一是交通条件恶劣;二是施工用水奇缺;三是大部分钻机由于超负荷运转,急需维修保养,加上任务偏僻,钻机零配件购置困难,影响正常施工;四是当地生活条件艰苦异常,条件差;五是必须重视安全。这些问题各施工单位在组织上做到了协调管理,分工明确;在技术上,优先采用了气动潜孔锤钻进技术,成井速度快,出水量大。在整个抗旱斗争中,由于工作成果突出,良好的团队精神,均得到了当地政府和老百姓的高度评价和肯定。

 

作者简介:许刘万(1954-),男(汉族),中国地质科学院勘探技术研究所教授级高级工程师(二级),全国水井钻机情报网首席顾问,解放军68612部队、66259部队水井钻探技术顾问,深圳国炬煤层气技术公司钻探顾问, 邯郸伟业地热开发有限公司钻探技术顾问,河北省科技厅评审专家库专家,中国地质科学院创新基地首批成员,探矿工程专业,从事水文水井、工程钻探设备、各类钻具及钻探工艺的研究、推广工作及进口全液压动力头钻机、国产各类钻机、机具的配套研究,近年来在水井、地热井、煤层气井、瓦斯排放井、矿山抢险救援井、砂金勘探、热源泵井、太阳能井、锚固桩施工、非开挖钻进工艺以及特殊施工工艺研究方面有突破性的进展,并为许多单位解决钻探技术难题,咨询、讲课。例如:气举反循环钻进工艺、正、反循环气动潜孔锤钻进工艺的应用等,河北省廊坊市金光道77号,13903168519xuliuwan@126.com

[责任编辑:邓伟伟]

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