鄂爾多斯盆地西南緣供水井質(zhì)量惡化原因分析及對(duì)策

陶天才

(甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,甘肅天水 741020）

鄂爾多斯盆地西南緣供水井質(zhì)量惡化原因分析及對(duì)策

陶天才

(甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,甘肅天水 741020）

作為極度缺水的鄂爾多斯盆地西南緣地區(qū),針對(duì)白堊系含水地層采水的供水井很多,但供水井水質(zhì)惡化和水量減小的現(xiàn)象較為普遍,其原因主要是井身結(jié)構(gòu)嚴(yán)重不合理所致。通過(guò)對(duì)造成供水井質(zhì)量惡化的原因分析,找出了止水方法的不合理性與泥巖縮徑造成井身變形而致水量減小的問(wèn)題實(shí)質(zhì),提出了科學(xué)合理的成井方案,從而有效地解決了供水井質(zhì)量惡化問(wèn)題,提高了供水井使用壽命。

供水井;水質(zhì)惡化;水量減小;縮徑;水泥固井;骨架管;成井結(jié)構(gòu);鄂爾多斯盆地

鄂爾多斯盆地是一個(gè)大型的沉積型盆地,橫跨蒙、寧、甘、陜、晉等五省區(qū),地貌上以黃土高原為主,是我國(guó)極度缺水地區(qū)之一,同時(shí)該區(qū)因地下蘊(yùn)藏有豐富的石油、天然氣、煤等礦藏,所以也是國(guó)家極其重要的能源基地。自1999年以來(lái),由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局組織實(shí)施的鄂爾多斯盆地地下水勘察項(xiàng)目,針對(duì)盆地內(nèi)白堊系沉積巖層找水取得了豐碩的成果,10余年來(lái),施工水井?dāng)?shù)百眼,累計(jì)出水量達(dá)30萬(wàn)m3/ d,為能源基地的發(fā)展建設(shè)和當(dāng)?shù)鼐用裉峁┝酥匾乃幢ＷC。筆者曾長(zhǎng)期參與盆地西南部地區(qū)的水井設(shè)計(jì)、施工等工作,長(zhǎng)期跟蹤供水井質(zhì)量,在出水量、水質(zhì)及區(qū)域水位變化等方面尤為關(guān)注,從中發(fā)現(xiàn)部分水井質(zhì)量惡化嚴(yán)重。

1 水井質(zhì)量惡化原因分析

水井質(zhì)量方面,主要是水質(zhì)、水量變化較大,其中水量的變化從大到小一般有一個(gè)漸變過(guò)程,而水質(zhì)的變化部分有漸變過(guò)程,部分井則顯示出突變性。

1.1 水質(zhì)惡化原因分析

鄂爾多斯盆地西南緣,白堊系含水巖組以志丹群為主,巖性為砂巖、泥巖、泥質(zhì)砂巖互層。志丹群自上而下分為涇川組(）、羅漢洞組(）、環(huán)河組(）、華池組(）、宜君組(）、洛河組(。各層之間分層極不明顯,而各層均含有承壓水、靜止水位不等,水質(zhì)差異較大。在6個(gè)巖組中,羅漢洞組水質(zhì)較好,礦化度在1000 mg/L以下,除個(gè)別項(xiàng)超標(biāo)外基本能達(dá)到生活飲用水標(biāo)準(zhǔn),而其他巖組所含承壓水,礦化度均在2000～5500 mg/L,所以,羅漢洞組一般被作為開(kāi)采目的含水層。然而,羅漢洞組上有涇川組、下有環(huán)河組,又沒(méi)有明顯的分層標(biāo)志,這對(duì)成井工作造成一定難度。一般來(lái)說(shuō),涇川組采用套管止水法封隔,下管口外采用麻刀等物做適當(dāng)處理,然后回填。這種止水方法簡(jiǎn)單易行,但實(shí)際上卻埋下了水質(zhì)惡化的質(zhì)量隱患。原因是涇川組承壓水基本上直接接觸到止水套管,而止水套管一般采用直縫或螺旋焊管,焊接法連接,連接焊縫難免有砂眼存在,涇川組承壓水會(huì)自砂眼流入井內(nèi),且砂眼會(huì)越來(lái)越大,另外,涇川組承壓水一般礦化度在2.5 mg/L以上,水中Cl-、SO42-、HCO3

-等離子嚴(yán)重超標(biāo),對(duì)鋼質(zhì)井管有腐蝕作用,根據(jù)調(diào)查,大部分水井在5年之內(nèi)水質(zhì)變差,也就是說(shuō),井管在5年左右即被腐蝕穿洞,大量的涇川組承壓水進(jìn)入井內(nèi),引起水質(zhì)惡化(見(jiàn)表1）。根據(jù)分析,砂眼涌水是井水水質(zhì)漸變的原因,而腐蝕穿洞則是水質(zhì)突變的原因。

表1 原成井方法水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果(礦化度）

1.2 水量變小原因分析

10 余年來(lái),受氣候變化及地表水減弱的影響,白堊系各含水巖組的承壓水頭和涌水量出現(xiàn)了不同程度的衰減,尤其是羅漢洞組承壓水被大量開(kāi)采,而補(bǔ)給源的補(bǔ)給能力有限,靜止水位下降較嚴(yán)重,這是水井單井出水量減小的客觀(guān)因素,而實(shí)際上部分水井出水量的減小,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了自然衰減規(guī)律,甚至個(gè)別成了干井。通過(guò)對(duì)水量急劇減小的水井結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致分析,發(fā)現(xiàn)羅漢洞組地層均為裸眼成井(見(jiàn)圖1）,且裸眼孔徑都小于220 mm。實(shí)際上,羅漢洞組中的泥巖具水敏性,尤其是在盆地西部,鉆進(jìn)過(guò)程中泥巖縮徑而發(fā)生的事故數(shù)不勝數(shù),所以說(shuō),水量減小的原因很可能是泥巖縮徑,改變了局部井徑而造成井水通道的變化。由于盆地西南緣地區(qū)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá),含水層裸眼成井將會(huì)使施工成本降低約40%,在水井施工無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈的情況下,用不顧工程質(zhì)量簡(jiǎn)化井身結(jié)構(gòu)的方法降低成本也就是見(jiàn)怪不怪了。

2 解決水井質(zhì)量惡化的對(duì)策

尋找出水井質(zhì)量惡化的原因,對(duì)癥下藥,將會(huì)有效提高成井質(zhì)量,延長(zhǎng)水井使用壽命,大大降低地下水使用綜合成本。針對(duì)水質(zhì)惡化和水量減小的原因,我們提出了全孔段下管、水泥固井止水的成井方法。

目的含水層位置設(shè)置的濾水管是骨架式圓孔濾水管或橋式濾水管,泥巖部位設(shè)置實(shí)管封隔,能有效地保障鉆孔直徑不再變化。實(shí)際上泥巖層數(shù)較多,厚度最厚10 m,最薄不足1 m,在沒(méi)有全孔段取心編錄地層的情況下,薄層泥巖很難十分清楚的劃分出來(lái),所以,較薄層泥巖部位設(shè)置濾水管的情況在所難免,但從實(shí)際施工來(lái)看,該部分設(shè)置為濾水管也能起到保證直徑的作用,對(duì)成井質(zhì)量影響不大。之所以采取套管加水泥固井的方法止水,主要是為了加大止水厚度,避免涇川組承壓水直接接觸套管,當(dāng)然,止水位置必須要準(zhǔn)確。

考慮到當(dāng)?shù)鼐用窈蛦挝坏慕?jīng)濟(jì)承受能力和用水量的大小,井身結(jié)構(gòu)分為2種(見(jiàn)圖1）,其中第一種方案施工難度小,單位出水量也小,第二種方案施工難度較大,而出水量相對(duì)較大,同時(shí),第一種方案比第二種方案節(jié)約成本約25%。

圖1 成井結(jié)構(gòu)對(duì)比圖

采用新的成井方法施工的水井水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 新成井方法水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果(礦化度）

3 施工中應(yīng)注意的問(wèn)題

(1）由于各巖組之間巖性變化不大,分層極困難,故在鉆進(jìn)過(guò)程中必須分段取心,尤其在預(yù)計(jì)變層位置要加密取心,保證巖心質(zhì)量,確保分層準(zhǔn)確無(wú)誤。

(2）骨架濾水管的孔隙率嚴(yán)格控制在30%以?xún)?nèi),保證井管有足夠的抗拉強(qiáng)度。

(3）下管前必須對(duì)含水層進(jìn)行破壁,尤其采用第一種方案成井的供水井,采用常規(guī)的沖孔、泵抽洗井法將耗時(shí)較長(zhǎng)。

(4）止水位置必須先在管外采取架橋及臨時(shí)止水,然后水泥固井,確保水泥漿不流入下部孔段。

(5）固井水泥中應(yīng)加抗腐蝕處理劑。

(6）孔深以距環(huán)河組地層50 m以上為原則,防止該層水進(jìn)入井內(nèi)造成水質(zhì)惡化。

4 結(jié)語(yǔ)

采用新的成井方法,我單位在該區(qū)共施工供水井?dāng)?shù)10眼,質(zhì)量跟蹤顯示:每眼井的水質(zhì)沒(méi)有變化,水量沒(méi)有明顯減小,使用時(shí)間最長(zhǎng)者已近10年,說(shuō)明這種成井方法科學(xué)合理,能長(zhǎng)期有效地服務(wù)于民,最大限度地降低了采水綜合成本,同時(shí),為該區(qū)成井樹(shù)立了典范。

[1] 常世臣,蘆文閣.水文水井及工程鉆探[Z].長(zhǎng)春:長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院,1984.

[2] 王世光.鉆探工程(下冊(cè)）[M].北京:地質(zhì)出版社,1986.

[3] 張瑞琪,張長(zhǎng)舟.水文地質(zhì)鉆探鉆井工程實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[Z].北京:中國(guó)工程勘察協(xié)會(huì)技術(shù)咨詢(xún)部,1992.

[4] 俱養(yǎng)社,郭文祥.陜西省韓城市水源地水井鉆井技術(shù)[J].探礦工程,2002,(5）.

[5] 席云峰.供水井真空止水法和逆止閥止水法實(shí)踐[J].探礦工程,2002,(5）.

[6] 陶天才,石玲娣.多層位超深試驗(yàn)觀(guān)測(cè)井施工技術(shù)[J].探礦工程(巖土鉆掘工程）,2010,37(3）.

Analysis on the Cause of Water W ell Quality Degradation in the Erdos Basin Southwest Edge and the Counter-measures

TAO Tian-cai(No.1 Geo-investigation Institute,Gansu Provincial Bureau of Geology and Mineral,Tianshui Gansu 741020,China）

The southwest edge of Erdos basin is an extreme water shortage area.There are manywaterwells in cretaceous water-bearing formation,but water quality degradation and water quantity decreasing are common phenomenon,which is mainly caused by the serious unreasonablewell structure.Based on the analysison the causesofwaterwell quality degrada-tion,the substantial issueswas found thatwater quantity decreasingwas caused bywell structure defor mation because of un-reasonable water stoppage method and diameter shrinkage in mudstone.The scientific and reasonable well-forming scheme was put for ward to solve the waterwell quality issue and prolong the waterwell service life.

waterwell;water quality degradation;water quantity decreasing;diameter shrinkage;well cementing;frame-work pipe;well structure;Erdos basin

TU991.12

:A

:1672-7428(2010）06-0028-02

2010-04-16

陶天才(1970-）,男(漢族）,甘肅天水人,甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院工程師,探礦工程專(zhuān)業(yè),從事地質(zhì)工程管理工作,甘肅省天水市麥積區(qū)馬跑泉路54號(hào),ttc6559@163.com。