陈 莹

(1.中国地质大学(武汉) 工程学院，湖北 武汉 430074；2.河南省深部探矿工程技术研究中心，河南 郑州 450053)

提高水文水井钻进技术经济指标对策研究

陈 莹1，2*

(1.中国地质大学(武汉) 工程学院，湖北 武汉 430074；2.河南省深部探矿工程技术研究中心，河南 郑州 450053)

通过分析百余项河南省水文水井工程案例中的钻进工艺应用、钻进效率、工期、施工成本、成井质量等技术经济参数，归纳了水文水井钻进成本的特点，总结了不同钻进工艺的钻进效率，结合案例进行了水文水井工期盈亏平衡的研究.分析了部分案例钻进经济指标低的原因，并在工艺选择、施工管理等方面提出了提高水文水井钻进技术经济指标的对策.

水文水井；钻进工艺；技术经济；盈亏平衡

水文水井应用领域广泛，其共性是通过钻进等手段对地下水资源进行监测、开发利用等.按照水文水井应用领域可将其划分为：水文地质普查孔、水文地质勘探孔、探采结合孔、供水井(城镇生活供水井、工业用水供水井、农田灌溉井等)、地下水监测井、水源热泵水源井和回灌井、地热井等[1-2].近年来，随着我国社会发展的需要，工业、农业、城镇饮水、地下水监测、新能源开发利用等领域中的水井建设需求量逐渐增多.根据2013年3月公布的全国第一次水利普查公报内容,截至2012年年底，我国共有地下取水井9 749万眼，平均13个人就拥有一口水井.

1 常用钻进工艺技术经济指标

1.1 泥浆正循环回转钻进工艺

泥浆正循环回转钻进工艺是近年来水文水井普遍采用的钻进工艺，特别是在第四系松散地层中，以河南省某水文水井(含地热井)施工企业为例，2000年至2009年间，仅有个别地温空调井因深度浅、地层条件限制采用了冲击钻进工艺，其余均采用泥浆正循环钻进工艺施工.本文对2000年至2009年之间施工地点为河南省、采用泥浆正循环回转钻进工艺施工的129眼水文水井的施工数据进行了统计，包括供水井、地温空调井(地源热泵系统水源井)、地热井等类型.根据其钻进深度和钻进成井时间的统计，得出钻进效率为2.19～34.56 m/d，平均钻进效率(总钻进深度/总钻进成井时间)为14.91 m/d.统计的水井钻进及成井效率见图1.

由图1可以看出，2000年至2009年间，采用泥浆正循环回转钻进时，水文水井成井效率呈离散分布状态，最高值不超过35 m/d.

在技术经济中，盈亏平衡分析是在一定的市场、生产能力的条件下，研究成本与收益的平衡关系的方法.一个项目的盈利与亏损之间一般至少有一个转折点，即盈亏平衡点[3].以图1中钻进效率较低的一眼水井为例，其固定成本包括：钻机及配套设备搬迁、安装费，井管材料费用，泥浆材料费用，测井费用，抽水试验费用，工地临时建筑费用，经核算为4.35万元.可变成本包括：钻机及配套设备折旧，人员工资，施工水电费，设备折旧按7 000元/月、人员工资按28 000元/月，施工期间水电费平均按3 000元/月计.根据以上成本数据绘制了本案例中工期的盈亏平衡点，如图2.

经计算该项目工期的盈亏平衡点为81天，即当工期小于81天时，该项工程盈利，且工期越短盈利越多，当工期超过81天时，该项工程亏损.由于该项工程施工时，钻进效率较低，且终孔成井后至抽水试验前有15天的停待时间，现场钻机施工人员、相关技术人员都处于停待状态，导致该项目工期过长(长达88天)，略有亏损.

1.2 泥浆反循环回转钻进工艺

根据反循环形成的方式，泥浆反循环钻进工艺主要分为三种类型：泵吸反循环、射流反循环和气举反循环.

(1) 泵吸反循环钻进. 以郑州市北郊11眼供水井施工为例，采用CBF-150型钻机及其配套设备施工，钻具组合为：三翼钻头+Φ159 mm钻杆.经统计，采用泵吸反循环钻进工艺施工的这11眼水井，其钻进效率为18～54 m/d.表1为该类地层条件下，泵吸反循环钻进工艺钻进深度与钻进效率情况.

表1 郑州北郊11眼水井泵吸反循环钻进工艺效率情况

(2) 射流反循环钻进. 通过查阅国内文献，1993年时广西水文地质工程地质勘察公司在施工桩径为1 500 mm的钻孔灌注桩时部分孔段(中砂、圆砾石层及第三系粘土层)使用了射流反循环钻进工艺，平均钻进效率为72 m/d[4].

(3) 气举反循环钻进. 水文水井钻进领域，气举反循环钻进主要用于成井较深的地热井钻进中.气举反循环钻进工艺在地热井施工中可完成3 512 m的深度.根据文献资料，在砂岩、页岩、白云岩等地层钻进时，气举反循环钻进深度的平均时效为0.78～1.8 m，最高时效为3.12～4 m[5-8].

1.3 空气钻进工艺

从目前水文水井工程实例来看，当采用空气潜孔锤钻进时，特别是基岩地层，其钻进效率明显高于泥浆正循环回转钻进工艺.以云南红层基岩地区抗旱井为例，钻进口径150 mm，钻进深度60～70 m，平均钻进效率为65 m/d，钻进过程较为理想时最高钻进效率可达23.67 m/h，即3 h左右就可完成一眼70 m深度水井的钻进.以郑州荥阳基岩地区钻进地热井为例，在50～282 m孔段采用了空气潜孔锤钻进工艺，其钻进效率为54～140 m/h.2015年在松散地层进行了空气潜孔锤钻进试验研究，不同地层条件下钻进效率分别为：155 mm口径时，粘土或夹砾石87 m/h，潮湿粘土、砂土72 m/h，泥岩21.6 m/h，砂岩42.6 m/h；205 m m口径时，粘土或夹砾石57 m/h，潮湿粘土、砂土43 m/h，泥岩13.4 m/h，砂岩32 m/h[9].

2 钻进成本特点分析

水文水井钻进的目的是获取开采地下水资源通道或获取需要了解的水文地质特征.在钻进过程中，由于地质构造、钻进工艺适应性、现场人员操作、项目管理过程等因素的共同作用，任何一眼水井的钻进成本及钻进效果都具有唯一性，这也是预测水文水井钻进成本的难点所在.结合水文水井钻进工程实例，钻进成本具有如下特点：

(1) 钻进成本受客观、主观各类因素影响.从水文水井钻进特点分析，可能影响水文水井钻进成本的客观因素有地质条件、钻进深度、钻进口径、设备及工具能力等；主观因素包括现场工人操作水平、钻进工艺选择、钻遇复杂地层时能否快速有效处理等.

(2) 钻进成本具有离散性. 水文水井钻进过程不确定性因素多，且有些无法提前预知或预防.当钻进深度和井身结构确定后，一方面,地层因素和钻头碎岩将影响钻进效率，从而带来可变成本的变化，造成钻进成本的变化;另一方面,受人为因素影响，如意外造成孔内事故、操作规程不合乎规范等，将有可能同时影响水文水井钻进的固定成本和可变成本.

(3) 钻进风险高.受各类不确定性因素影响，钻进工作具有高风险性，且钻进深度越深，其孔内不可预测的情况越多，越有可能发生意想不到的孔内复杂情况.若想保证任何情况下钻进工作都能顺利进行，必须具有较强的水文水井钻进理论基础和实践经验，二者缺一不可.

(4) 工期对水文水井的经济性影响大.通过对采用不同钻进工艺施工的水文水井进行的影响钻进经济效益的敏感性分析，可知除了合同额外，在工期、固定成本、人工成本、设备使用费等指标中，工期对整项水文水井工程的经济效益影响最为敏感，即工期对其经济性影响程度最大.

3 提高技术经济指标的对策研究

(1) 合理选择钻进工艺. 虽然现阶段水文水井钻进工艺有多种，但在实际工程中，一般企业仍然以泥浆正循环钻进工艺为主流钻进工艺.此种钻进工艺虽然适用地层条件、井身结构较广，但一旦钻遇基岩地层,其钻进效率极低，由此带来的超长工期也将严重影响整个项目的经济性.以郑州西部基岩地层两眼300 m左右井深的水井为例，两家单位负责施工：一家采用空气潜孔锤钻进工艺，从设备组织到成井，仅用了10余天时间，虽然施工期间燃料费高，但由于工期短、人工成本低，最终经济性仍然良好.另一家单位采用泥浆正循环回转钻进工艺，由于该地区属于缺水地区，无形中增加了泥浆配置等额外的水费；由于钻进工艺不适用，施工工期长达3个月；由于长期泥浆护壁作用，导致地下水资源并不丰富的地区其含水层严重堵塞；由于钻进时间长，导致人工成本、施工过程中的燃料费高，成井质量差、经济效果也不理想.

建议水文水井企业在钻进工艺选择时，结合项目用途、所在地地质条件选择钻进效率高的钻进工艺.水文水井施工中，一旦钻遇困难地层，应及时变换钻进工艺，特别是井深较深的地热井项目，能有效避免因钻进工艺不适应钻遇地层造成的钻进效率低、工期长的现象.

(2) 加强施工成本与工期的盈亏平衡研究.在市场行为中，若企业在施工中仍然以泥浆正循环回转钻进为主，导致钻进工艺单一，只能承接钻进难度低、经济性差的项目，将可能导致企业发展乏力.建议水文水井施工企业，多了解除泥浆正循环回转钻进工艺以外的其他钻进工艺的特点、适用地层、实际应用的钻进效率等，通过技术经济指标评价，核算水井项目的成本、工期盈亏平衡点，在企业经济条件允许下实现多种钻进工艺并存，以便在水文水井项目中能够快速完工，实现企业的长期良性发展.

(3) 工期管理中，实现科学统筹管理. 在水文水井工程案例分析中，存在着多种非生产性停工的情况，如孔内事故处理工具不全、钻机及泥浆泵主要设备维修时间过长、施工材料未准备齐全出现的停工待料等.建议在工期管理中，提前做好预案，加强现场施工人员和技术人员的技术培训，及时发现可能存在的问题，避免施工中的长时间停待.

(4) 应急性公益水文水井项目须以高效为首要目标.在应急性水文水井项目实施时，应提前做好技术储备工作，一旦紧急情况出现，及时拿出合理的水文水井钻进和施工管理方案，及时调配设备和人员，此时应根据情况紧急程度，将提高钻进效率放在首位，其次适度考虑设备、人员的成本投入，高效完成应急水文水井建设任务.

4 结 论

(1) 以河南省水文水井工程项目案例为基础，分析了目前常用的水文水井钻进工艺应用情况以及工程应用中的实际效率，总结归纳了水文水井钻进成本的特点.

(2) 从技术经济的角度出发，明确了工期对水文水井项目的经济性指标中的重要性，在合理钻进工艺选择、施工成本核算、水文水井项目工期管理等方面提出了提高钻进技术经济指标的对策.

(3) 将技术经济评价中的盈亏平衡、敏感性分析等方法应用于水文水井项目技术选择和工程管理中，使水文水井领域中的经济性评价更为科学、合理，并为企业长期良性发展提出了新工艺、新设备、新技术引进的建议.

[1] 国土资源部人力资源开发中心,国土资源部职业技能鉴定指导中心.水文水井钻探工[M] .北京:地质出版社, 1999: 41-42.

[2] 地质矿产部水文地质工程地质司.水文地质钻探：工艺部分[M] .北京:地质出版社, 1983: 37-47.

[3] 杨玉胜. 公路建设项目财务分析的盈亏平衡分析法[J]. 工业技术经济, 2008,27(2): 132-134.

[4] 韦兴标. 桥基钻孔灌注桩射流反循环钻进工艺[J] . 探矿工程,1994(6)：56.

[5] 王玉国,肖海龙,谢连生. 气举反循环钻进工艺在3 512 m深的京热164号井中的应用[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程),2009,36(2): 9-11.

[6] 刘戈,刘广辉,李凤茹. 地热井气举反循环钻进与成井技术探讨[J]. 吉林地质,2006,25(4): 39-42.

[7] 王建平,巩建雨. 气举反循环钻进工艺在水井施工中的应用[J]. 西部探矿工程,2013(5): 55-57.

[8] 顾孝同. 沿黄地下水凿井工程气举反循环钻进技术应用[J]. 人民黄河,2006,28(8): 70-71.

[9] 卢予北,王建华,陈莹,等.空气潜孔锤在松散地层中的钻进试验[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2014,41(7):9-11,27.

责任编辑：龙顺潮

Strategy Research on Improving Technical Economical Indices of Water Well Drilling

CHENYing1，2*

(1. Faculty of Engineering, China University of Geosciences, Wuhan 430074； 2.Henan Engineering Research Center of Deep Exploration, Zhengzhou 450053 China)

This paper analyzed technical economical indices of drill efficiency, construction period, construct cost, well quanty from more than 100 cases of water well drilling project in Henan province. Summarized the characteristics of drilling cost of water well, drilling efficiency of different drilling technologies, and conducted the time and profit balance of water well with a case. Research for the reasons of part of the economic indicators which are lower, and from the point of drilling technology chooses and management in construction, give the suggestions on how to improve the technical economical indices in water well drilling.

water well; drilling technology; technical economical; break even

2016-05-27

河南省地质科研项目(2011-622-11)；河南省国土资源科技项目(2013-88)

陈 莹(1981—)，女，河北 唐山人，博士生，工程师.E-mail:chenying-1001@163.com

P641.7，F062.4

A

1000-5900(2016)04-0108-04