水文水井的全面钻进,是不取心钻进一次成井的钻进方法。适用于水文地质情况已经清楚的不需要取心或某些井段不必要取心的水井、探采结合孔或水文地质钻孔。有些大卵砾石层、漂石层用取心钻进有困难时,也可采用全面钻进。
进行全面钻进时,在需要间隔取样的区段,可采用冲击取样器取样。
(一)全面钻进的钻具
全面钻进的钻具主要是全面钻进钻头、钻铤和钻杆。这里只介绍牙轮钻头。
牙轮钻头钻进从软地层到硬基岩均可采用,在水文水井钻探中,尤其在深水井的钻探中取得了较为显著的效果。
目前水文水井钻探中采用的牙轮钻头,均为石油钻井系列,使用广泛的是三牙轮钻头。
牙轮钻头可分为无体式和有体式两种结构形式。直径小于φ295mm的三牙轮钻头一般为无体式,它是以装有牙轮的3个轮掌对焊成一体的牙轮钻头;大直径的牙轮钻头采用有体式结构,它的钻头体和轮掌分别制造,再将轮掌焊接在钻头体上而成。三牙轮钻头结构如图4-17所示。
图4-17 三牙轮钻头
1—钻头体;2—牙爪;3—牙轮;4—水眼板;5—塞销;6—滚柱;7—滚珠;8—定位销
牙轮钻头上牙轮的布置方案根据地层而异。如组成牙轮的锥体至少有1个锥体的锥顶不在钻头轴线上,称为超顶;如3个牙轮的锥体均不与钻头轴线相交,则称为移轴。这样牙轮的布置有以下3种方案,如图4-18所示。
图4-18 牙轮布置方案
非自洁式牙轮的轴线均交于钻头中心线,锥体的顶部不超顶,属纯滚动,牙轮齿圈不与相邻牙轮齿圈啮合。这种布置形式适于坚硬地层钻进。
自洁不移轴牙轮的轴线交于钻头中心线,但有1个牙轮的锥体顶部超顶,各牙轮的齿圈与相邻齿圈啮合,可以剔出齿圈上的积泥,故称为自洁式,但无轴向滑动。这种布置形式适于自洁移轴式牙轮的轴线偏移。牙轮自洁,并有轴向移动,故适于软岩层钻进。
为适应不同地层钻进,钻头牙轮上的轮齿,有钢齿和球齿之分。钢齿钻头上的牙齿是在牙轮体上直接铣制而成,并在牙齿的表面堆焊碳化钨粉,以提高其耐磨程度。球齿钻头的牙齿是在牙轮体的表面镶嵌球形或截锥形硬质合金齿。一般适用于软地层的牙轮钻头上的齿高而尖,分布较稀;适用于硬地层的牙轮钻头的齿低矮,分布较密。钢齿或球齿式钻头又分为普通式、密封式和喷射式3种类型。水文地质钻探多采用普通钢齿或球齿式牙轮钻头。表4-12所列为国产普通三牙轮钻头规格,可供选用。
表4-12 普通钢齿三牙轮钻头产品规格表
表4-12中钻头代号“Y”表示普通钢齿钻头,字母后面数字为钻头的形式代号,由1～7,分别适应地层为极软、软、中软、中、中硬、硬、坚硬,如Y4表示普通钢齿钻头,适用于硬页岩、石灰岩等中等岩层。
(二)全面钻进技术参数
为提高水文水井钻进速度和成井质量,在选择全面钻进技术参数时应重视以下两点:
1.采用大钻压
水文水井钻探应逐步采用φ73,φ89,φ114钻杆,并配合相应的钻铤加压。
2.配备大排量泥浆泵
目前水文水井钻探设备中,泥浆泵排量已从200L/min提高到600～1200L/min。这对于加快钻进速度,防止糊钻,提高排粉能力都有显著效果。