科技信息 ０科教前沿０ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１０年第２７期 淮南矿区水文勘探钻孔施工技术及关键 （１．淮南矿业集团地质勘探工程处【摘安徽张星星’陶二永 淮南２３２０５２；２．山东煤田地质局第四勘探队 山东潍坊２６１０１１） 要】针对水文钻孔情况，从钻孔井身设计原则、钻进方法、下套管固井、洗井等方面对水文钻孔施工Ｊ－艺、技术进行概述，总结了影响 水文资料真实性的关键环节。 【关键词】水文勘探钻孔；施工技术；关键环节 一个地区水文地质资料的获得，必须靠水文地质勘探工作，而通 过水文地质钻井施一ｒ：．并对水文孔进行抽水试验是目前水文地质勘探 的最主要手段之一。水文地质勘探钻孔施工工序较多，每道工序都需 认真对待，以保证最终抽水资料的真实性。 １ 水文地质钻子Ｌ井身结构设计 水文地质钻孔的孔身结构包括孔深、 Ｌ径（开孔与终 Ｌ）、井管直 径，设计钻孔结构时，还要考虑钻孔类型、预计出水量、井管与过滤器 的类型和材料等。根据淮南矿区施工水文勘探钻孔类型，一般可分为 水文地质勘探孔和水文地质勘探长期观测孔，为保证井壁安全均要下 技术套管。 水文勘探钻孔的设计原则 能有效保护含水层，使之不受污染，避免钻孔复杂情况产生，为顺 利钻进创造条件，使施工周期最短，从下往上设计孔径和深度，满足地 质和生产要求．井身结构力求最简单。 １．１孔深的确定 根据钻孔的目的要求、地质条件、结合钻探技术条件来确定，同时还 应考虑沉淀管的长度，保证钻孔工作段不被瘀塞。 １．２孔径的确定 孔径的大小取决于钻孔的类型、钻孔的结构、抽水设备及对钻孔 出水量大小的要求。对于结构比较复杂的钻孔，设计孔径时应首先确 定终孔直径．再根据变径次数和变径尺寸，由下而上逐步推定钻孔的 开孔直径。终孔直径的大小，主要取决于预计钻孔的出水量、过滤器的 尺寸和抽水设备的类型 ２水文子Ｌ钻进施工工艺 ２．１钻进工艺特点 根据地下水的要求和含水层特点，水文孔钻探工艺有以下特点 ２．１．１使用套管直径大． Ｌ径也相应的大。针对不同钻 Ｌ类型，所选定 套管壁厚要求不同，一般长观 Ｌ套管壁厚大。 ２．１．２钻头结构上采用水口大，切削具少、较多片状合金。为使冲洗液 流通效果更好，钻头多为外肋骨钻头。 ２．１．３钻头直径一般采用１１０ｍｍ外径的，增大扭矩，减少冲洗液在钻 杆中流动的阻力。 ２．１．４在钻进工艺上采用“轻压、慢转、大泵量”的规程。 ２＿２根据地质技术要求钻孔分为取芯钻进和不取芯钻进 取芯钻进新地层一般采用外肋骨取芯钻头（‘ｐｌ１Ｏｍｍ），不取芯钻进 时一般采用六翼扩孔钻头或三翼钻头钻进，基岩取芯段采用环状取芯 钻头（‘ｐ９１ｎｌｍ）进行钻进基岩不取芯段一般采用牙轮钻头钻进。 ２．３扩孔钻进 扩 Ｌ钻进成井，先用小直径取芯钻进，然后用大直径扩 Ｌ成井，扩 孔成井主要用于以下儿种情况。 ２．３．１受设计能力限制，不能一径成井，可以逐级扩成井。钻机功率小 不能适应大的岩石破碎量．或因泵量小而 能排除较多岩屑量时可逐 级扩孔。 ２．３．２含水层较多。需分层观测时，常用扩孔钻进来满足水文地质需 要。 ２＿３－３地层不允许一次性成孔，施工时只有先打小眼，然后逐级扩孔。 根据经验．扩 Ｌ钻进应注意两方面：一、根据没备能力和井径要 求，合理确定扩孔级差；二、根据地层特点使用合理钻头类型。 １）粘土层扩孔 在粘土扩 Ｌ时，由于回转阻力大，可以采用分级扩孔的方法成井。 粘土层扩孔时造浆率高，应经常调浆，遇到缩径地层时，应当采用优质 泥浆。所用钻头多为六翼肋骨钻头或多级肋骨钻头。 孔时压力不能 过大，否则阻力太大，易蹩泵或泥包钻头 ２）砂层扩孔 在砂层扩孔钻进中，阻力较小，进尺快，适当加稠泥浆。在钻进时 少提动钻具，保持井壁稳定。除使用六翼肋骨钻头外，还要经常使用多 级肋骨钻头。 ３）下护壁管及固井 钻孔扩孔结束后，按设计要求，下入无缝钢管进行止水，下套管 前，必须综合确定含水层及止水封闭的位置。准确丈量套管长度，采用 吊卡及翻板法下人套管。套管下人到设计位置后，下钻透开浮力板，合 车开泵上水正常后，开始采用水泥浆替入法封闭套管与孔壁间的环状 间隙，水泥浆为速凝水泥浆。 ４）滤水管下置 滤水管一般是针对新生界含水层下置，基岩段含水层一般为裸 孔．滤水管一般采用包网滤水管，包网滤水管是在骨架滤水管表面焊 上垫筋，然后包上滤网而成，常用过滤网一般为聚氯乙烯 料网、尼龙 丝网和玻璃丝网。 ３洗井 洗井的基本原理，是利用水在滤水管通向含水层部位产生反复流 动，达到清洗含水层的目的。 ３．１化学剂洗井 一般利用化学溶液破坏泥浆粘结性及其对井壁岩石的吸附能力。 常用的化学剂为礁磷酸钠，将化学剂通过钻杆下入井内，并循环均匀， 静闷２４小时后．再用其它方法进行洗井。 ３．２活塞洗井 将活塞安装在钻杆上．下入一定的深度后，利用升降机上下活动 钻具，钻杆活塞在套管内上下往复运动，产生一定的负压，破坏含水层 外泥皮，疏通含水层，从而达到洗井目的。活塞洗井适用于各类含水 层，不论含水层水量大小，均能取得较好的洗井效果。 对于有过滤管的流砂层含水层或井壁以灰岩或砂岩为主的含水 层采取活塞洗井是最简便有效的方法。 ３＿３高压射流洗井 采用喷嘴向井壁喷水的方法进行洗井，高压水能使滤水管外的砂 层颗粒发生漩涡移动．从而达到洗井的目的，高压射流洗井一般仅作 为其它洗井之前的一种辅助洗井方法，如作为一种号门洗井方法，效 果较差。 ３．４液态二氧化碳洗井 在地面将数瓶液态ＣＯ 利用高压软管并联起来，孔内下人钻杆至 井深部或中下部，孔口钻杆与液态ＣＯ 管相连接，打开阀门将液态 ＣＯ，压人井下．并迅速气化形成井喷，将井中大量泥砂喷出井外，同时 井内形成瞬时真空将井壁壁周围含水层中的堵塞物随水流带入井内。 由于液态ＣＯ 压力为７ＭＰａ，故钻杆下人井内深度不能超过７（）（】ｍ深， 否则无法产生井喷，也不能达到洗井效果，对含水层深度在７００ｍ以 下钻井，一般不必采用此方法洗井。 ３．５空气压缩机洗井 正常的水文钻孔施工，其它的洗井方法结束后，最后都要采用空 气压缩机进行试抽洗井，压缩空气以很高的速度喷出，借水气混合物 的冲力在滤水管外形成涡流，破坏泥皮，使水向含水层进进出出，携带 含水层细砂，从而达到洗井的目的。 ４钻孔施工中的几个关键环节 （下转第７３页） 科技信息 Ｏ ＩＴ论坛０ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１０年第２７期 念生成的行为集合进行筛选，选择可以实现预期目标Ｇｏａｌ的行为子 集：Ａｅｆ（Ｇ（Ａ，Ａ））一（ ，，Ａ ）。当Ａｇｅｎｔ认为自己的行为集中没有能实 现预期目标的行为，或者觉得和其他Ａｇｅｎｔ合作可以更好的完成事件 Ｐ，它就会向其他Ａｇｅｎｔ发出合作请求，等待回应。更新当前信念．生成 愿望 Ｂｒｆ（Ｂｅｌｉｅｆ Ｒｅｖｉｓｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）信念修正函数。 Ｄｒｆ（Ｄｅｓｉｒｅ Ｒｅｖｉｓｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）愿望修正函数。 Ｉｒｆ（Ｉｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｒｅｖｉｓｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）意图修正函数。 下面给出能动型Ａ异ｅｎｔ的行为模型，如图２所示： 一有了上述的结构模型，下面就可以对Ａｇｅｎｔ的意向和行为进行讨 论。拥有意向的Ａｇｅｎｔ主要有感知层、合作层、规划层、行为层和评估 Ｉ（Ｉｎｔｅｎｔｉｏｎ）：意图。意图是指Ａｇｅｎｔ参与处理事件Ｐ的行为安排。 层组成。Ａｇｅｎｔ行为的产生和选择都由意向决定。具体原理介绍如下： 方面，若Ａｇｅｎｔ在进行到行为（Ａ ，Ａ．）后，接下来有若于个可执行行 （１）当Ａｇｅｎｔ接受到事件Ｐ后，通过收集外部环境信息形成外部 一 一 为作为预先行为，则 （（Ａ ，Ａ ），（ ， ））表示Ａｇｅｎｔ对下个行为（Ａ ， 一 一环境的认识，传递到感知层。 （２）感知层再结合Ａｇｅｎｔ自身能力情况，形成对事件Ｐ所有可能 ）选择的意图为（ ．， ．），通过这种方式Ａｇｅｎｔ对未来行为做出安 实现的行为集合．并将结果传递给合作层，同时更薪原来的信念。（３）合作层接收到可能的行为集后，若Ａｇｅｎｔ有合作愿望，则向其 排。另一方面，如果Ａｇｅｎｔ需要和其他Ａｇｅｎｔ进行合作才能完成事件 他Ａｇｅｎｔ发出合作请求等待回应：若Ａｇｅｎｔ无需合作就有能力完成事 Ｐ，那么意图（，，，）还表示该Ａｇｅｎｔ一定会参加到该事件的处理中，为 件Ｐ，则对行为集进行筛选后传递到规划层进行行为规划；若Ａｇｅｎｔ表 Ａｇｅｎｔ之间的合作提供了一个保证。 示不参加事件Ｐ的处理，则任务失败。最后更新愿望。 Ｃ（Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）：能力。能力是Ａｇｅｎｔ曾经处理过的事件积累的经 （４）规划层根据合作层传递来的合作请求，制定出合理的处理事 Ａ．Ｊ 一』 验。ｃ（ｅ（ｘ ，］（ｉ））表示Ａｇｅｎｔ处理事件 的能力为（Ｘ ，）（ｊ），能力Ｃ可以 件Ｐ的行为安排。意图一方面对行为规划做出安排，另一方面表明合 作的动机，增强合作的成果。最后规划层将最终行为传递给行为层，同 表示为：（Ｃ，Ｃ）＝（Ｃ（Ｐ （ｘ ，ｘ ）），Ｃ（ （Ｘ ，ｘ ）），…Ｃ（ （ｘ ，Ｘ ）））。 时更新意图。 Ｇ（Ｇｏａ１）：目标。Ａｇｅｎｔ处理事件Ｐ的预期目标。Ａｇｅｎｔ具有自主决 （５）行为层执行相应的行为，处理事件Ｐ。最后将处理结果传递给 策能力，可以采纳自己决定的目标；作为一个社会成员．可以采纳社会 评估层。 的系统目标；参与合作的一员，它可以采纳团队的目标。 （６）评估层对行为结果进行评估，看是否符合预期目标。若符合则 由于多Ａｇｅｎｔ社会是一个动态变化的社会，Ａｇｅｎｔ在形成信念、愿 处理事件Ｐ成功，将此次成果处理的经验存储到能力库中。同时将结 望、和目标的时候也是随环境的影响动态变化的，从而影响行为的产 果反馈到多Ａｇｅｎｔ系统中，更新环境信息同时对其他Ａｇｅｎｔ产生一定 生和选择上也存在动态变化。所以定义四个修正函数体现动态模糊变 的影响。 化性： （７）未来与展望 Ａｃｆ（Ａｃｔｉｏｎ Ｃｈｏｉｃｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）行为选择函数。 随着多Ａｇｅｎｔ系统越来越复杂，对Ａｇｅｎｔ的行为建模也越来越成 为热点受到关注。具有意向性的Ａｇｅｎｔ行为建模把Ａｇｅｎｔ描述为具有 人的信念、愿望、意图等精神状态的能力，可以能动的思考和选择行为 的执行，具有智能实体的特征。 目前，对Ａｇｅｎｔ的行为建模还处于发展阶段，其理论和方法还不 够成熟，仍停留在探索阶段，其研究具有广阔的前景，以后在模型构建 方面将朝着如何构建更加智能、更能反应复杂真实行为的Ａｇｅｎｔ行为 模型方向迈进。 【参考文献】 ［１］Ｄｅｎｎｅｔｔ Ｄ Ｃ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｎｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｃｅ［Ｍ］．Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ：Ｔｈｅ ＭＩＰ Ｐｒｅｓｓ，１９８７ ［２］洪炳镕，蔡则苏，唐好选 虚拟现实及其应用［Ｍ】．北京：国防工业出版社， ２００５，５． ［３］Ｂａｎａｎｔｈｙｂ Ｂ．Ａ．Ａｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｙｐｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ Ｓｏｃｉａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆＪ】．Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｂｅｈａｖｉｏｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ．１９９９，１６ ［４］李凡长，刘贯全，余玉梅．动态模糊逻辑引论【Ｍ】．昆明：云南科技出版社，２００５ ［５］苏绍勇，陈继明，徐丹，潘金贵．基于Ａｇｅｎｔ的行为建模在虚拟环境中的应用【Ｊ１ ．系统仿真学报，２００６年８月，第１８卷增刊１． 作者简介：丁家振，苏州市职业大学教师．苏州大学计算机科学与技术学院 研究生。 ［责任编辑：王静］ 图２ Ａｇｅｎｔ构造 （上接第６５页）钻孔在施工中的有几个关键环节对抽水试验成果 即使采用清水钻进，冲洗液中含有大量钻进岩粉及泥岩层的自造浆， 这些岩粉和泥浆除了能在井壁形成泥皮外，还能通过冲洗液的漏失深 的真实性起到非常重要的影响。 ４．】 下护壁管时，丝扣必须缠棉线，抹铅油。下滤水管的钻孔，在下置 入含水层，从而形成从几米到十几米半径的堵塞圈，被堵塞的含水层 时需确定准确的下置位置，准确丈量滤水管及钻具的长度，确保下置 的渗透性能大大减小，甚至完全失去透水性。故进行抽水试验前，必须 位置准确。 对钻孔进行洗井，而洗井工作的好坏是抽水试验质量好坏的关键，如 ４．２固井＿１ 作是施工中的一个关键环节，水泥浆将地层与护壁管之 果没洗好井，即使再严格按抽水试验规程抽水，也无法保证抽水试验 间凝固成整体．能有效地防止地表水、新生界非目的含水层的水源涌 成果的真实性。所以采用正确有效的洗井工作是水文地质钻探中的最 入孔内。施工中严格按照设计要求进行固井工作，保证固井质量。一定 重要工序。 要进行止水质量检查，检查套管封闭质量，以确保水文资料的准确性。 ４、３ 下置滤水管的钻孔．在下置滤水管时，一定要做好跟管换浆工 作者简介：张星星（１９８２ ６一），毕业于淮南职业技术学院，２００４年７月参加 Ｊ－作，现Ｊ－作于淮南矿业集团地质勘探Ｉ程处一Ｉ区。 作．将孔内的泥浆换成稀泥浆，以便于提高洗井质量。 ４，４由于钻进过程中含水层都将不断吸收钻进时冲洗液，直至终孔。 ［责任编辑：曹明明］ ７３