于彥江，張志剛，莫 建，耿雪樵

(廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510760)

海上抽水試驗成井工藝探討

于彥江，張志剛，莫 建，耿雪樵

(廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510760)

海上抽水試驗為海上建設(shè)項目前期工程勘察提供必要的水文地質(zhì)資料。根據(jù)前期工程地質(zhì)鉆探的資料，設(shè)計抽水試驗方案，完成抽水試驗這一重要環(huán)節(jié)。關(guān)鍵在于一個質(zhì)量較高的抽水試驗孔。依據(jù)“奮斗五號”船在瓊州海峽工程地質(zhì)鉆探項目時，海上抽水試驗孔成井工藝進行分析探討。

抽水試驗;成井工藝;海上

抽水試驗是一種在鉆孔內(nèi)進行的含水層原位滲透試驗方法，其主要任務(wù)是測定含水層的滲透性參數(shù)，確定含水層及越流層的水文地質(zhì)參數(shù)、分析確定含水層的富水程度、查明水文地質(zhì)條件等。抽水試驗常見于陸地水井勘察、大型建筑前期施工等過程。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，海上建設(shè)項目的日益增多，抽水試驗也越來越多地應(yīng)用到海上工程項目中。但海上抽水試驗不同于陸地抽水試驗，試驗周期長、要求高、技術(shù)難度大，每個環(huán)節(jié)把握不好都會造成試驗的失敗。2010年8月，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局“奮斗五號”船執(zhí)行了瓊州海峽工程地質(zhì)鉆探項目，完成了該船第一個海上抽水試驗孔。

1 概述

1.1 工區(qū)概況

瓊州海峽東西長約80 km，南北寬16～30 km，水深0～90幾米。具有水深、風(fēng)大、浪高、流急等特點，其潮汐具有特殊的周期性和往復(fù)性。大潮時，海水流速最大達(dá)到4節(jié)，最大潮差2.5 m。海底地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地形變化大，地層多變。

1.2 調(diào)查船

“奮斗五號”船為一艘工程地質(zhì)鉆探船，總長68 m，型寬10 m，滿載排水量1 091 t。艏錨為 2個重1.5 t的特種大抓力錨，錨繩長800 m;艉錨為2個重1.8 t的特種大抓力錨，錨繩長1 000 m。

圖1 “奮斗五號”船拋錨作業(yè)中

1.3 鉆機參數(shù)

“奮斗五號”船載HGD－300型海洋工程勘察鉆機性能參數(shù)如下:

鉆進深度 ≤300m(含水深)

工作水深 ≤100m

鉆桿直徑 Φ50、Φ127

鉆孔直徑 Φ91～Φ220

動力頭行程 3.5m

最大輸出扭矩 2290N.m

主卷揚最大提升力 120kN

副卷揚最大提升力 20kN

鉆塔高度 12m

2 抽水試驗孔地質(zhì)條件

根據(jù)前期工程地質(zhì)鉆探資料，選擇合適的抽水試驗孔位。該鉆孔地層分布大致為:水深 25.3 m，由海床起 0～12.4 m 淤泥，12.4 ～17.7 m 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，17.7 ～20.5 m粘土質(zhì)粉砂，20.5 ～22.1 m 粉質(zhì)粘土，22.1 ～28.4 m 細(xì)砂，28.4 ～34.7 m 粗砂，34.7 ～48.3 m 中砂，48.3 ～83.0 m 粘土，83.0～83.8 m 粉砂，83.8 ～85.0 m 粉質(zhì)粘土，85.0 ～85.8 m粉砂，85.8～120.3 m 粉質(zhì)粘土。地層層位多，地質(zhì)情況較為復(fù)雜，適宜進行抽水試驗的地層僅有22.1～48.3 m的細(xì)砂、粗砂及中砂第四紀(jì)含水砂層，該含水層具有一定的承壓性。

3 抽水試驗

根據(jù)該孔含水層特點，擬采用穩(wěn)定流完整井單孔3個降深的抽水試驗方法，設(shè)計出抽水試驗孔結(jié)構(gòu)示意圖(如圖2)。

3.1 成井工藝

在距原勘察孔20 m范圍內(nèi)選定抽水試驗孔位置，采用掃孔沉管鉆進的方法下入Φ178隔水套管至20.5 m主要止水層的頂部，然后用Φ146巖芯管輔助優(yōu)質(zhì)濃泥漿加高標(biāo)號的水泥漿鉆進至試驗段底部5.0 m(53.50 m)，全部穿越砂層，然后下入 Φ108鋼質(zhì)濾水管(22.1～53.5 m為鋼花管，用Φ108套管制作，在其管壁上按梅花型鉆 Φ10 mm小孔，孔隙率25%，外包2層40目尼龍網(wǎng)，用鐵絲扎緊)。將濾水管下好后，錘擊Φ108套管，使濾水管底部緊密進入中砂層下的粘土層，防止井底涌砂回填水井;然后錘擊Φ178套管，使之進入細(xì)砂層上部粘土層，進行海水封隔。

圖2 抽水孔結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 止水檢驗

海上抽水試驗的關(guān)鍵是隔離海水影響，止水效果的好壞直接影響抽水試驗的成敗，因此要檢查 Φ178套管是否真正隔離海水。在未進行洗井前，由于抽水試驗地層被水泥泥坯封隔，所以地下水不能進入井內(nèi)。首先從 Φ108和 Φ178套管注入清水，發(fā)現(xiàn)其水面到達(dá)井口，觀察2小時后既不下降也不上升;然后用 BW－250泵往 Φ108管內(nèi)壓入清水，經(jīng)測量，壓入清水量與 Φ178套管排出水量相同。停泵后，Φ178套管的液面情況未發(fā)生任何變化，由此證明，止水成功。

3.3 洗井工藝

成井結(jié)束后，先用清水將井內(nèi)泥漿替換出來。當(dāng)水質(zhì)變較清時，用潛水泵將井內(nèi)清水導(dǎo)出，再下入活塞進行大行程干拉洗井，直至井內(nèi)液面不斷上升，水質(zhì)由清變濁、并伴有大量砂泥出現(xiàn)，再由濁變清。此時再采用空壓機洗井(圖3)，直至將井底砂粒全部噴涌而出，水質(zhì)完全變清，洗井完成。

3.4 抽水試驗

洗井結(jié)束后，在井內(nèi)安裝一臺潛水泵(或利用空壓機)進行試驗抽水。試驗抽水的目的:一是為了繼續(xù)清洗鉆孔;二是檢查抽水機械運轉(zhuǎn)是否正常;三是了解初步數(shù)據(jù)，為正式抽水試驗做準(zhǔn)備。然后根據(jù)《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》(JTG C30－2002)完成正式抽水試驗(圖4)的相關(guān)技術(shù)要求，并采取水樣，有關(guān)數(shù)據(jù)及樣品在室內(nèi)進行分析處理。

圖3 空壓機洗井

圖4 正式抽水試驗

圖5 Φ108濾水管明顯的透水特征

4 結(jié)語

海上抽水試驗的關(guān)鍵技術(shù)之一是抽水試驗孔的成井工藝。根據(jù)地質(zhì)條件，選擇足夠深度的粘土層作為止水層，完成抽水試驗孔成井，檢查止水效果，完全隔離周圍海水的影響，才能保證抽水試驗的真正成功。

［1］楊柳，楊正文.巖土工程勘察中抽水試驗探討［J］.工程建設(shè).2009.6.第41卷第3期.21－28.

［2］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JTG C30－2002):公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范［S］.河北省交通規(guī)劃設(shè)計院.

［3］顧云利，馮永勝，原野.淺談水文鉆井成井工藝.吉林地質(zhì).2007，9.第 26卷第 3期.70－73.

［4］李友龍.海上抽水試驗關(guān)鍵技術(shù)探討.地下水.2011，3.第33卷第2期.199－200.

P64

B

1004－1184(2012)05－0020－02

2012－04－13

于彥江(1983－)，男，廣東廣州人，工程師，主要研究方向為海洋勘察設(shè)備設(shè)計與制造。