6.3.1 管井的施工方法
管井施工是用专门钻凿工具在地层中钻孔，然后安装滤水器和井管。一般在松散岩层、深度在30 m以内。规模较小的浅井工程中，可以采用人力钻孔。深井通常采用机械钻孔。机械钻孔方法根据破碎岩石的方式不同有冲击钻进、回转钻进、锅锥钻进等；根据护壁或冲洗的介质与方法不同，分为泥浆钻进、套管钻进、清水水压钻进等。近年来随着科学技术的发展和建设的需要，涌现出许多新的钻进方法和钻进设备，如反循环钻进、空气钻进、潜孔锤钻进等，已逐步推广应用在管井施工中，并取得了较好的效果。在不同地层中施工应选用适合的钻进方法和钻具。管井施工的程序包括施工准备、钻孔、安装井管、填砾、洗井与抽水试验等。
1.施工前的准备工作
施工前，应查清钻井场地及附近地下与地上障碍物的确切位置，选择井位和施工时应避开或采取适当保护措施。施工前，应做好临时水、电、路、通信等准备工作，并按设备要求范围平整场地。场地地基应平整坚实、软硬均匀。对软土地基应加固处理；当井位为充水的淤泥、细砂、流沙或地层软硬不均，容易下沉时，应于安装钻机基础方木前横铺方木、长杉杆或铁轨，以防钻进时不均匀下沉。在地势低洼，易受河水、雨水冲灌地区施工时，还应修筑特殊凿井基台。安装钻塔时，应将塔腿固定于基台上或用垫块垫牢，以保持稳定。绷绳安设应位置合理，地锚牢固，并用紧绳器绷紧。施工方法和机具确定后，还应根据设计文件准备黏土、砾石和管材等，并在使用前运至现场。
泥浆作业时应在开钻前挖掘泥浆循环系统，其规格根据泥浆泵排水量的大小、井孔的口径及深度、施工地区的泥浆漏失情况而定。一般沉淀池的规格为1 m×1 m×1 m，设一个或两个。循环槽的规格为0.3 m×0.4 m，长度不小于15 m。贮浆池的规格为3 m×3 m×2 m。遇土质松软，其四壁应以木板等支撑。开钻前，还应安装好钻具，检查各项安全设施。井口表土为松散土层时还应安装护口管。
2.护壁与冲洗
（1）泥浆护壁作业。
泥浆是黏土和水组成的胶体混合物，它在凿井施工中起着固壁、携砂、冷却和润滑等作用。凿井施工中使用的泥浆，一般需要控制比重、黏度、含砂量、失水量、胶体率等几项指标。泥浆的比重越大、黏度越高，固壁效果越好，但对将来的洗井会带来困难。泥浆的含砂量越小越好。在冲击钻进中，含砂量大，会严重影响泥浆泵的寿命。泥浆的失水量越大，形成泥皮越厚，使钻孔直径变小。在膨胀的地层中如果失水量大，就会使地层吸水膨胀造成钻孔掉块、坍塌。胶体率表示泥浆悬浮性程度。胶体率大，可以减少泥浆在孔内的沉淀，并且可以减少井孔坍塌及井孔缩径现象。对制备泥浆用黏土的一般要求是：在较低的比重下，能有较大的黏度、较低的含砂量和较高的胶体率。将黏土制成1∶1比重的泥浆，如其黏度为16～18 S，含砂量不超过6%，胶体率在80%以上，这种黏土即可作为凿井工程配制泥浆的黏土。配制泥浆用的水，凡自来水、河水、湖水、井水等淡水均可。配制泥浆时，先将大块状黏土捣碎，用水浸泡1 h左右，再置入泥浆搅拌机中，加水搅拌。在正式大量配制泥浆之前，应先根据井孔岩层情况，配制几种不同比重的泥浆，进行黏度、含砂量、胶体率试验。根据试验结果和钻进岩层的泥浆指标要求，决定泥浆配方，泥浆配方应包括钻进几种岩层达到要求黏度时的泥浆比重、含砂量、胶体率值和每立方米泥浆所需黏土量。
表6.5 钻井不同岩层适用的泥浆性能指标
续表
当地黏土配制的泥浆如达不到要求，可在搅拌时加碱（Na2CO3）处理。一般黏土加碱后，可提高泥浆的黏度、胶体率，降低含砂量：通常加碱量为泥浆内黏土量的0.596%～1.0%，过多反而有害。
在高压含水层或极易坍塌的岩层钻进时，必须使用比重很大的泥浆。为提高泥浆的比重，可投加重晶石粉（CaSO4）等加重剂。该粉末比重不小于4.0，一般可使泥浆比重提高1.4～1.8。在钻进中要经常测量、记录泥浆的漏失数量，并取样测定泥浆的各项指标。如不符合要求，应随时调整。遇特殊岩层需要变换泥浆指标时，应在贮浆池内加入新泥楽进行调整，不能在贮浆池内直接加水或黏土来调整指标。但由于调整相当费事故在泥浆指标相差不大时，可不予调整。钻进中，井孔泥浆必须经常注满，泥浆面不能低于地面0.5 m。一般地区，每停工4～8 h，必须将井孔内上下部的泥浆充分搅匀，并杯充新泥浆。泥浆既为护壁材料，又为冲洗介成，适用于基岩破碎层及水敏性地层的施工。泥浆作业具有节省施工用水、钻进效率高，便于砾石滤层回填等优点，但是含水层苛能被泥壁封死，所以成井后必须尽快洗井。
（2）套管护壁作业。
套管护壁作业是甩无缝钢管作套管，下入凿成的井孔内，形成稳固的护壁。井孔应垂直并呈圆形，否则套管不能顺利下降，也难保证凿弁的质量。
套管下沉有三种方法：
①靠自重下沉。此法较简便，仅在钻进浅井或较松散岩层时才适用。
②采用人力、机械旋转或吊锤冲打等外力，迫使套管下沉。
③在靠自重和外力都不能下沉时，可用千斤顶将套管顶起1.0 m左右，然后松开下沉（有时配合旋转法同时进行）。
同一直径的套管，在松散和软质岩层中的长度，视地层情况决定，通常为30～70 m，太长则拔除困难。变换套管直径时，第一组套管的管靴，应下至稳定岩层，才不致发生危险；如下降至砂层就变换另一组套管，砂子容易漏至第一、二组套管间的环状间隙内，以致卡住套管，使之起拔和下降困难。除流沙层外，一般套管直径较钻头尺寸大50 mm左右。
套管应固定于地面，管身中心与钻具垂节中心一致，套管外壁与井壁之间应填实。套管护壁适用于泥浆护壁无效的松散地层，特别适用于深度较小、半机械化钻进及缺水地区施工时采用。在松散层覆盖的基岩中钻进时，上部覆盖层应下套管，对下部基岩层可采用套管或泥浆护壁，覆盖层的套管应在钻穿覆盖层进入完整基岩0.5～2 m，并取得完整岩心后下入。套管护壁作业具有无需水源、护壁效果好、保证含水层透水性、可以分层抽水等优点，但是需用大量的套管、技术要求高，下降起拔困难，费用较高。
3.清水水压护壁作业
清水水压钻井是近年来在总结套管护壁和泥浆护壁的基础上发展起来的一种方法。清水在井孔中相当于一种液体支撑，其静压力除平衡土压力及地下水压力外，还给井壁一种向外的作用力，此力有助于孔壁稳定。同时，由于井孔的自然造苹，加大了水柱的静压力，在此压力下，部分泥浆渗入孔壁，失去结合水，形成一层很薄的泥皮，它密实柔韧，具有较高的黏聚力，对保护井壁起很大作用。清水水压护壁适用于结构稳定的黏性土及非大量露水的松散地层，且具有充足水源的凿井施工。此法施工简单，钻井和洗井效率高，成本高，但护壁效果不长久。