張新程

（安徽省煤田地質局兩淮宿州公司，安徽 宿州 234000）

第四系地層供水井施工難點與對策

張新程

（安徽省煤田地質局兩淮宿州公司，安徽 宿州 234000）

結合第四系地層供水井施工實例，介紹了供水井從選配設備、泥漿護壁、確定鉆具組合和鉆進參數(shù)，對鉆井到成井、換漿、下管，填礫，止水，洗井和抽水驗收等工序，分析了施工中遇到的難點與對策，為供水井的施工積累了經驗。

第四系地層；供水井；鉆進措施；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。在對施工現(xiàn)場進行踏看后，制定了相應的施工技術方案，確保項目順利竣工，工程質量達到合同要求。

（一）地質條件與技術要求

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、砂礫石和卵石層結構松散，易坍塌、漏失。

2.技術要求

（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）井口用粘土進行止水。

（二）施工難點

1.供水井的口徑大，為Ф600mm，井斜不得超過1.30。大口徑鉆進相對容易出現(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、易流動等特點，鉆進中易發(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，膠結差，井壁不穩(wěn)固，易發(fā)生掉塊、坍塌，鉆進中易發(fā)生井斜。

4.井管下入，因井管直徑大、質量大，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）鉆進施工技術對策

1.施工設備與機具的選配

（1）鉆機：TSJ-600水源鉆機；

（2）泥漿泵：TBW-850/5A；

（3）動力機：6135柴油機；

（4）鉆塔：AS24-50型；

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

2.井身結構

根據設計要求和地層情況，選擇井身結構為：先用Ф 190mm鉆頭打先導孔至設計深度，經電測井后進行擴孔至井身直徑Ф600mm，下入Ф273mm的井壁管、濾水管和沉淀管。

3.預防井斜

（1）嚴把開孔關，保證天車、轉盤、方鉆三點成一線，做到輕壓、慢轉，保證開孔的垂直度。

（2）導向孔防斜。導向孔鉆進使用偏重鉆鋌，鉆進中由于離心力的作用使偏重鉆鋌的重邊在旋轉時永遠貼向井壁，這樣使下部鉆柱具有公轉的運動特性，從而消除了自轉時對井斜的影響，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；

鉆進參數(shù)：鉆壓10～20KN、轉速114r/min、泵量900L/ min左右。

（3）嚴把擴孔關，擴孔時擴孔鉆頭前接 5m長左右的導向鉆具，上部接一扶正器，以保證擴孔時不擴偏。

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

鉆進參數(shù)：鉆壓20～30KN、轉速64r/min、泵量1200L/min。

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

（5）測斜。鉆進過程中每鉆進 30～50 m進行一次井斜測量，了解井斜情況。

4.沖洗液

為保護含水層，保證井壁的穩(wěn)固，全井采用優(yōu)質泥漿進行護壁。

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

表1 沖洗液性能

（2）沖洗液性能維護。由于是全面鉆進，鉆進過程中產生大量的鉆渣，如不及時排渣，將會加劇鉆頭及鉆具的磨損，埋下事故隱患。采用加長循環(huán)槽的長度，設置沉淀池 2個。泥漿池規(guī)格4m×4m×1.5m，配備泥漿攪拌機，設置振動除砂器，有效地降低了泥漿中的含砂量，保持泥漿性能穩(wěn)定。

（四）成井施工技術對策

1.下井管

下管是成井工藝的關鍵工作。完井后，根據測井資料，確定安排下井管。

（1）下管前準備工作

①換漿，用稀泥漿替換井內的稠泥漿，使井內無沉砂，確保含水層的透水性。

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

③根據測井資料，對含水層進行準確劃分，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度，做好下管記錄。

⑤檢查起下井管工具、設備和提升系統(tǒng)，對全部井管重量和提吊設備以能力進核實，確保提吊安全。

（2）下管

①采用提吊下管法，由升降機起吊，下入井內，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，形成一個人工過濾層，減少進水的水頭損失，增大水井的出水量。同時還可起到濾水擋砂作用，以防含水層中的細砂進入濾水管，延長水井使用壽命。

（1）填礫之前再次調泥漿，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沿井管四周均勻慢投礫，隨填隨測填礫高度（用測繩系重錘探測圍填高度），當發(fā)現(xiàn)填入數(shù)量及深度與計算有較大出入時，應及時找出原因并排除。

（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，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聯(lián)合洗井。

（1）下入鉆桿至井底，泵入清水替換井管內泥漿。

（2）由于使用的是泥漿護壁，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，活塞直徑比井管內小10mm。將活塞送到過濾管部位，在過濾管井段上下升降鉆具，使含水層造成很大的壓差，達到洗井目的。同時活塞洗井與空氣壓縮機配合進行聯(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，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，否則將會由于真空的吸附作用而使鉆具卡死。

（五）結語

洗孔完成后安裝深井泵進行抽水驗收，出水量達到合同要求（出水量≥45t/h）。同時采取水樣，送防疫站化驗后符合國家飲用水標準。

1.根據實際情況，結合地層特點，合理選擇鉆探設備和機具，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)程式是預防井斜的有效措施。

3.選擇優(yōu)質泥漿護壁可保證井壁穩(wěn)定，是確保井管順利下到位的關鍵。

4.用循環(huán)水填礫法填礫，可減少礫料在中途堵塞的機會，效果好。

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

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

[2] 長春地質學校與昆明地質學校合編.鉆探工程(下冊)[M].北京:地質出版社,1979:120.

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

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

[5] 北京地質局,河北省地質局編著.水文地質鉆探知識[M] .北京:地質出版社,1974:178-179.

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2010-12-29

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