地下流體觀測(cè)井改造加固技術(shù)研究

摘 要：通過(guò)地下流體觀測(cè)井采集地下流體數(shù)據(jù)，及時(shí)分析數(shù)據(jù)變化特征，是地震前兆的重要內(nèi)容之一。文章介紹了北京市地震局趙各莊地下流體觀測(cè)井成井技術(shù)及工藝，對(duì)該井的加固和升級(jí)改造技術(shù)進(jìn)行了探討，對(duì)井筒進(jìn)行清洗、清淤，增加套管和濾水管，并用隔水阻熱材料填充套管與井壁直接的空隙，可以為工程實(shí)際施工提供參考。

關(guān)鍵詞：地下流體觀測(cè)井；加固；改造

引言

地震的發(fā)生，對(duì)人類的生命和財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。目前，對(duì)地震的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)還存在許多困難，地震前兆是地震預(yù)測(cè)研究的思路之一，邱澤華研究員[1]指出：地震前兆是地震預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)。地震前兆認(rèn)為，地震活動(dòng)發(fā)生前，巖體在地應(yīng)力等作用下，會(huì)引起地磁、地電等地球物理異常和地下水位、水化學(xué)等異常[2]。因此，對(duì)地下流體的監(jiān)測(cè)是地震前兆的重要內(nèi)容之一，通過(guò)地下流體觀測(cè)井采集地下流體數(shù)據(jù)，及時(shí)分析數(shù)據(jù)變化特征，可以幫助分析地震產(chǎn)生的規(guī)律[3]。根據(jù)馮國(guó)恩[4]等的調(diào)查，我國(guó)大陸31個(gè)省、市、自治區(qū)均建有地震地下流體觀測(cè)井，用來(lái)觀測(cè)水位、水溫、流量等數(shù)據(jù)的變化。近年來(lái)，一些省、市、自治區(qū)地震局及一些大型國(guó)有企業(yè)新建了一批觀測(cè)井，我國(guó)已逐步建立有關(guān)的建井技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[5-6]。

地震地下流體觀測(cè)井深入地下數(shù)百米，還需要通過(guò)觀測(cè)井采集水位、水溫等信息，因此，對(duì)鉆井和固井的技術(shù)提出了很高的要求。車用太[7]等結(jié)合國(guó)內(nèi)地震系統(tǒng)建井的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)地震地下流體觀測(cè)井的定位進(jìn)行了論述，提出了鉆井施工的技術(shù)要求。本文結(jié)合北京地震局趙各莊地下流體觀測(cè)井施工實(shí)際，對(duì)鉆井、改造加固等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

1 地震地下流體觀測(cè)井概況

平谷趙各莊井位于平谷區(qū)城關(guān)鎮(zhèn)趙各莊村內(nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)117.01°，北緯40.13°，海拔26.2米，該井地處平谷盆地中部地勢(shì)平坦的平原區(qū)，薊縣斷裂、夏墊——程各莊斷裂西側(cè)[8]。

趙各莊觀測(cè)井據(jù)鉆孔柱狀圖揭示，該井含水層段為171～254米卵石、礫石混粘砂層和556.8～557.3米砂巖層，其成井后下設(shè)無(wú)縫鋼管至182.1米，其下安裝同徑濾水管至234.6米，該井觀測(cè)含水性為182.1～254米上層冷水和556.8～557.3米下層熱水的混合水。該觀測(cè)井257.59～479m為卵石、礫石混粘巖，479～556.81m為卵石、漂石混粘巖，其透水層較強(qiáng)，也可作為觀測(cè)含水層。

2 鉆井技術(shù)

2.1 觀測(cè)井技術(shù)要求

趙各莊地下流體觀測(cè)井井深557.3m，要求孔斜不大于3°。全孔下入Φ146mm、壁厚4.5mm的無(wú)縫鋼管及同徑濾水管。成井后下設(shè)管套：（1）套管在地面以下的長(zhǎng)度應(yīng)滿足封閉全部非觀測(cè)層的要求；（2）套管在地面以上宜大于0.5米；（3）套管變徑處，應(yīng)采取止水措施；（4）套管與井壁圍巖間隙采用充填物固定套管。

2.2 鉆井工藝

根據(jù)趙各莊觀測(cè)井地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征和井筒技術(shù)要求，選擇SPJ-300型水文鉆機(jī)及相應(yīng)的泥漿泵。鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)分別為：泵量600-800L/min，轉(zhuǎn)速50～70r/min，鉆壓30～50KN。鉆孔過(guò)程中，要求井段斜度不大于1°/100m，下管前井內(nèi)沉淀不超過(guò)3m/天，井管安裝軸線與鉆孔軸線最大偏差小于50mm。

2.3 鉆井施工技術(shù)措施

（1）防斜措施。井段斜度要求不大于1°/100m，井筒鉆進(jìn)過(guò)程中，控制好鉆壓，不要有太大的波動(dòng)，實(shí)時(shí)測(cè)斜，盡量實(shí)現(xiàn)“垂鉆”鉆進(jìn)。

（2）護(hù)壁措施。保持泥漿性能穩(wěn)定，適時(shí)配置泥漿，泥漿在空氣中暴露時(shí)間不能太長(zhǎng)。鉆井深度超過(guò)254m時(shí)，采用加筋骨鉆頭進(jìn)行取芯，從而使孔壁間隙增加，防止鉆頭破壞井壁。

（3）防卡鉆（埋鉆）措施。起鉆和下放時(shí)注意觀察泵壓的變化，根據(jù)返漿情況及時(shí)調(diào)整泥漿的性能，發(fā)現(xiàn)泵壓升高或巖屑返出量變小時(shí)，控制鉆速，及時(shí)洗井。連續(xù)鉆進(jìn)時(shí)間不大于24小時(shí)或連續(xù)鉆進(jìn)深度不超過(guò)50m，鉆具在井筒內(nèi)遇阻時(shí)，及時(shí)將鉆具上下來(lái)回竄動(dòng)。停泵前將鉆具提離井底并活動(dòng)鉆具。

3 加固和升級(jí)改造技術(shù)

趙各莊地下流體觀測(cè)井總鉆進(jìn)深度為557.3m，根據(jù)鉆孔資料顯示，承壓含水層深度為182.1～254m和479～556.81m，可作為觀測(cè)層。因此要對(duì)182.1m以上部分進(jìn)行封隔固井，以防止上部地層中的流體向下滲流，影響觀測(cè)層數(shù)據(jù)的采集。對(duì)井壁進(jìn)行加固，以確保井筒具備一定的強(qiáng)度，保證觀測(cè)井的穩(wěn)定性。鉆井完成后，及時(shí)將成井管放至井筒內(nèi)。為保證成井管中心與井孔中心一致，在第一根無(wú)縫管之上安裝外徑210mm的扶正器。井壁與管套間的縫隙用敏感性膨脹橡膠封堵，用帶有小孔的管套捆綁膨脹橡膠，將注漿器放至橡膠部位進(jìn)行注漿加固。

觀測(cè)井使用一階段后，由于井壁老化等因素，采集的數(shù)據(jù)會(huì)受到外界多種因素的干擾，因此要及時(shí)對(duì)井筒升級(jí)改造。

（1）井孔清洗、清淤。趙各莊觀測(cè)井的大部分觀測(cè)層為第四系，容易坍塌，需對(duì)井孔進(jìn)行清洗，擬用鋼絲刷法或噴管法對(duì)井壁進(jìn)行清洗，并處理掉突起部位。對(duì)井底部進(jìn)行清淤處理，擬盡可能的加大井的深度。

（2）增加套管和濾水管。趙各莊井182-234.6米為同孔徑濾水管，

為避開(kāi)200多米的同層干擾，在原套管內(nèi)下設(shè)合適孔徑的套管至254米，254-557.26米為同孔徑濾水管，交接處用絲扣連接，并用鋼板條進(jìn)行加固，底部用鋼板焊堵。下管結(jié)束后，在井管外254-557.2米填入礫石料，礫石料填入時(shí)采用動(dòng)水填礫法，254米以上用特殊材料填充。該復(fù)合材料以膨脹珍珠巖為骨料，以粉煤灰、水泥為膠凝材料，加入熟石灰、石膏等調(diào)節(jié)劑混合而成，具有良好的隔熱阻水性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

依據(jù)《地震臺(tái)站建設(shè)規(guī)范》有關(guān)內(nèi)容，結(jié)合通州地震臺(tái)地質(zhì)條件，對(duì)趙各莊地下流體觀測(cè)井成井技術(shù)進(jìn)行了介紹，并對(duì)改造加固等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討。地震觀測(cè)井的升級(jí)改造，涉及的因素很多，本文重點(diǎn)考慮了井筒的清洗、加固，對(duì)升級(jí)改造的時(shí)機(jī)、加固材料的性能等方面還需要進(jìn)一步的深入研究。

參考文獻(xiàn)

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