第四系地層供水井施工難點(diǎn)與對(duì)策

張新程

（安徽省煤田地質(zhì)局兩淮宿州公司，安徽 宿州 234000）

第四系地層供水井施工難點(diǎn)與對(duì)策

張新程

（安徽省煤田地質(zhì)局兩淮宿州公司，安徽 宿州 234000）

結(jié)合第四系地層供水井施工實(shí)例，介紹了供水井從選配設(shè)備、泥漿護(hù)壁、確定鉆具組合和鉆進(jìn)參數(shù)，對(duì)鉆井到成井、換漿、下管，填礫，止水，洗井和抽水驗(yàn)收等工序，分析了施工中遇到的難點(diǎn)與對(duì)策，為供水井的施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

第四系地層；供水井；鉆進(jìn)措施；成井措施

2009年7月，受安徽省宿州市某單位委托筆者單位施工一眼供水井，要求成井出水量≥40t/h，合同工期為 15天。在對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏看后，制定了相應(yīng)的施工技術(shù)方案，確保項(xiàng)目順利竣工，工程質(zhì)量達(dá)到合同要求。

（一）地質(zhì)條件與技術(shù)要求

1.地層巖性

第四系地層主要為粘土、砂層、砂礫石層和卵石層，粘土層易吸水膨脹，砂層、砂礫石和卵石層結(jié)構(gòu)松散，易坍塌、漏失。

2.技術(shù)要求

（1）井身圓正，井身直徑不得小于Ф600mm；

（2）井身垂直，井斜不得超過(guò)1.30，頂角和方位角不得有突變；

（3）下入的井管，井壁管與沉淀管均為Ф273mm的有縫鋼管，濾水管為Ф273mm纏絲鋼管，孔隙率為35%；

（4）填礫濾料為天然滾圓度較好的1～3 mm石英砂；

（5）填礫高度，高于最上一層隔水層底板8 m。

（6）井口用粘土進(jìn)行止水。

（二）施工難點(diǎn)

1.供水井的口徑大，為Ф600mm，井斜不得超過(guò)1.30。大口徑鉆進(jìn)相對(duì)容易出現(xiàn)井斜，且一旦出現(xiàn)井斜，糾斜難度較大。

2.由于在井深42～49 m、54～60 m、72～84 m和95～109 m為砂層，該層具有松散、含水、易流動(dòng)等特點(diǎn)，鉆進(jìn)中易發(fā)生井壁坍塌和漏失。

3.在井深110～118 m為卵礫石層，礫石的硬度高，膠結(jié)差，井壁不穩(wěn)固，易發(fā)生掉塊、坍塌，鉆進(jìn)中易發(fā)生井斜。

4.井管下入，因井管直徑大、質(zhì)量大，如何將井管下到位、而且居中。

5.填礫、洗井是影響供水井出水量大小的因素之一。

（三）鉆進(jìn)施工技術(shù)對(duì)策

1.施工設(shè)備與機(jī)具的選配

（1）鉆機(jī)：TSJ-600水源鉆機(jī)；

（2）泥漿泵：TBW-850/5A；

（3）動(dòng)力機(jī)：6135柴油機(jī)；

（4）鉆塔：AS24-50型；

（5）50KW發(fā)電機(jī)組、W/9型空氣壓縮機(jī)、振動(dòng)除砂器、Ф89mm鉆桿、Ф159mm鉆鋌、Ф178mm鉆鋌、擴(kuò)孔鉆頭和下管工具等。

2.井身結(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和地層情況，選擇井身結(jié)構(gòu)為：先用Ф 190mm鉆頭打先導(dǎo)孔至設(shè)計(jì)深度，經(jīng)電測(cè)井后進(jìn)行擴(kuò)孔至井身直徑Ф600mm，下入Ф273mm的井壁管、濾水管和沉淀管。

3.預(yù)防井斜

（1）嚴(yán)把開(kāi)孔關(guān)，保證天車、轉(zhuǎn)盤、方鉆三點(diǎn)成一線，做到輕壓、慢轉(zhuǎn)，保證開(kāi)孔的垂直度。

（2）導(dǎo)向孔防斜。導(dǎo)向孔鉆進(jìn)使用偏重鉆鋌，鉆進(jìn)中由于離心力的作用使偏重鉆鋌的重邊在旋轉(zhuǎn)時(shí)永遠(yuǎn)貼向井壁，這樣使下部鉆柱具有公轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)特性，從而消除了自轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)井斜的影響，這樣就使偏重鉆鋌在直井中更具有防斜的作用。

鉆具組合：Ф190mm牙輪鉆頭+Ф159mm偏重鉆鋌（1根）+Ф159mm鉆鋌（4柱）+Ф89mm鉆桿+方鉆桿；

鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓10～20KN、轉(zhuǎn)速114r/min、泵量900L/ min左右。

（3）嚴(yán)把擴(kuò)孔關(guān)，擴(kuò)孔時(shí)擴(kuò)孔鉆頭前接 5m長(zhǎng)左右的導(dǎo)向鉆具，上部接一扶正器，以保證擴(kuò)孔時(shí)不擴(kuò)偏。

鉆具組合：Ф600mm擴(kuò)孔鉆頭（前接導(dǎo)向）+Ф178mm鉆鋌（1柱）+Ф590mm扶正器+Ф159mm鉆鋌（4柱）+Ф89mm鉆桿+方鉆桿；

鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓20～30KN、轉(zhuǎn)速64r/min、泵量1200L/min。

（4）嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，根據(jù)鉆進(jìn)地層情況合理選擇鉆進(jìn)參數(shù)，采用井底加壓，送鉆均勻。

（5）測(cè)斜。鉆進(jìn)過(guò)程中每鉆進(jìn) 30～50 m進(jìn)行一次井斜測(cè)量，了解井斜情況。

4.沖洗液

為保護(hù)含水層，保證井壁的穩(wěn)固，全井采用優(yōu)質(zhì)泥漿進(jìn)行護(hù)壁。

（1）沖洗液性能。聚合物泥浖的配制：膨潤(rùn)土5%，Na2CO34%（占粘土量），GSP1%～2%，KHm1%，CMC3%。性能見(jiàn)表1。

表1 沖洗液性能

（2）沖洗液性能維護(hù)。由于是全面鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的鉆渣，如不及時(shí)排渣，將會(huì)加劇鉆頭及鉆具的磨損，埋下事故隱患。采用加長(zhǎng)循環(huán)槽的長(zhǎng)度，設(shè)置沉淀池 2個(gè)。泥漿池規(guī)格4m×4m×1.5m，配備泥漿攪拌機(jī)，設(shè)置振動(dòng)除砂器，有效地降低了泥漿中的含砂量，保持泥漿性能穩(wěn)定。

（四）成井施工技術(shù)對(duì)策

1.下井管

下管是成井工藝的關(guān)鍵工作。完井后，根據(jù)測(cè)井資料，確定安排下井管。

（1）下管前準(zhǔn)備工作

①換漿，用稀泥漿替換井內(nèi)的稠泥漿，使井內(nèi)無(wú)沉砂，確保含水層的透水性。

②探井，將長(zhǎng)度7m探井器（外徑比井徑小20～30mm）下入井內(nèi)，如探井器順利下到井底，則說(shuō)明鉆井順直。探井后應(yīng)立即下井管。

③根據(jù)測(cè)井資料，對(duì)含水層進(jìn)行準(zhǔn)確劃分，確定其各含水層的厚度、頂?shù)装迳疃取?/p>

④本井含水層在42～49m、54～60m、72～84m和95～109m共四層，檢查丈量井管，配好濾水管所在深度長(zhǎng)度，做好下管記錄。

⑤檢查起下井管工具、設(shè)備和提升系統(tǒng)，對(duì)全部井管重量和提吊設(shè)備以能力進(jìn)核實(shí)，確保提吊安全。

（2）下管

①采用提吊下管法，由升降機(jī)起吊，下入井內(nèi)，提拉井管必須使用厚度30mm井管夾板。井管聯(lián)接方式為絲扣聯(lián)接。

②為保證井管居中，每隔20}在井管外則均勻焊接四片筋板（長(zhǎng)200mm，厚15mm），其外徑為Ф590mm。

2.填礫

填礫是為增大濾水管及其周圍有效孔隙率，形成一個(gè)人工過(guò)濾層，減少進(jìn)水的水頭損失，增大水井的出水量。同時(shí)還可起到濾水擋砂作用，以防含水層中的細(xì)砂進(jìn)入濾水管，延長(zhǎng)水井使用壽命。

（1）填礫之前再次調(diào)泥漿，泥漿比重低于 1.03，粘度16～17s。

（2）采用循環(huán)水填礫法，用小泵量送清水同時(shí)沿井管四周均勻慢投礫，隨填隨測(cè)填礫高度（用測(cè)繩系重錘探測(cè)圍填高度），當(dāng)發(fā)現(xiàn)填入數(shù)量及深度與計(jì)算有較大出入時(shí)，應(yīng)及時(shí)找出原因并排除。

（3）隨著礫料的不斷填入，水泵的壓力將逐漸升高，蹩泵現(xiàn)象加劇。本井填入礫料37t。

3.止水

為防止地表水流入井內(nèi)，需在井管外圍用粘土封閉止水。

（1）止水材料，直徑小于30mm的優(yōu)質(zhì)粘土球。

（2）止水工藝，將大小不等的粘土球在半干狀態(tài)下緩緩填入井管外的環(huán)空間隙中，不能中途堵塞，完后再投入厚2m左右的粘碎塊，使其遇水溶化后充填在粘土球間隙中，增加止水效果。

4.洗井

洗井是為清除井內(nèi)泥漿，破壞井壁泥皮，以疏通含水層，增大濾水管周圍的滲透性。采用活塞洗井與空壓機(jī)聯(lián)合洗井。

（1）下入鉆桿至井底，泵入清水替換井管內(nèi)泥漿。

（2）由于使用的是泥漿護(hù)壁，用1%濃度的焦磷酸鈉溶液注入含水層段，浸泡12h。

（3）下入下接活塞的鉆桿，活塞直徑比井管內(nèi)小10mm。將活塞送到過(guò)濾管部位，在過(guò)濾管井段上下升降鉆具，使含水層造成很大的壓差，達(dá)到洗井目的。同時(shí)活塞洗井與空氣壓縮機(jī)配合進(jìn)行聯(lián)合洗井，直至水清砂凈，水的含砂量<1/2000（體積比）。

（4）用活塞洗井下降的速度要適當(dāng)，提升速度一般在0.6～1.2m/s。提引器的安全箍要固定。切忌將活塞下入沉淀管中，否則將會(huì)由于真空的吸附作用而使鉆具卡死。

（五）結(jié)語(yǔ)

洗孔完成后安裝深井泵進(jìn)行抽水驗(yàn)收，出水量達(dá)到合同要求（出水量≥45t/h）。同時(shí)采取水樣，送防疫站化驗(yàn)后符合國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

1.根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合地層特點(diǎn)，合理選擇鉆探設(shè)備和機(jī)具，是降低鉆井成本的措施之一。

2.優(yōu)化鉆具組合，遵守操作規(guī)程式是預(yù)防井斜的有效措施。

3.選擇優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁可保證井壁穩(wěn)定，是確保井管順利下到位的關(guān)鍵。

4.用循環(huán)水填礫法填礫，可減少礫料在中途堵塞的機(jī)會(huì)，效果好。

5.用焦磷酸鈉溶液注入含水層段浸泡，配合活塞丞空壓機(jī)聯(lián)合洗井洗井效果好，可增大含水層的出水量。

[1] 王建學(xué),等.鉆井工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2008.87-88.

[2] 長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)校與昆明地質(zhì)學(xué)校合編.鉆探工程(下冊(cè))[M].北京:地質(zhì)出版社,1979:120.

[3] 韓廣德,金寶昌,丁祥發(fā).中國(guó)煤炭工業(yè)鉆探工程學(xué)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2000:660-662.

[4] 煤炭部地質(zhì)局編著.煤田地質(zhì)鉆探[M].山西:山西人民出版社,1984:303-304.

[5] 北京地質(zhì)局,河北省地質(zhì)局編著.水文地質(zhì)鉆探知識(shí)[M] .北京:地質(zhì)出版社,1974:178-179.

TD163

A

1008-1151(2011)03-0063-02

2010-12-29

張新程（1970－），男，安徽蕭縣人，安徽省煤田地質(zhì)局兩淮宿州公司副總經(jīng)理，從事煤田地質(zhì)勘探與管理。