李殿文,胡儉春,曲振貴
吉林省四平地質(zhì)工程勘察院, 吉林 四平 136000
泵吸反循環(huán)鉆鑿水井,目前得到越來越廣泛的應(yīng)用,由于速度快,清孔好,施工便捷,深受工程技術(shù)人員的歡迎。第四系地層、第三系地層及部分白堊系地層都能鉆進成井。但有一個缺點,那就是隨著鉆進深度的增加,排渣能力不斷下降,最后因排不了渣,不得不終孔。也就是說:泵吸反循環(huán)鉆鑿水井受成井深度的限制。在此鉆鑿實例之前,在通榆和洮南一帶,泵吸反循環(huán)鉆鑿工藝鉆鑿最深的井也就150 m左右,超過180 m的深水井幾乎沒有,200 多米的供水井,根本沒有鉆鑿成功的例子。其原因如下:
通榆、洮南一帶的地層,主要為第四系地層和第三系地層,其最大特點是松散,易塌孔。第三系地層雖然名字叫泥巖、砂巖,可實際上地層都是弱膠結(jié)和無膠結(jié),從取上來的巖心看,所謂的泥巖,和粉質(zhì)粘土差不多,很少處于堅硬狀態(tài),大多為硬塑和硬可塑狀態(tài);而砂巖,根本就無膠結(jié),和第四系的粉砂和細砂沒有什么兩樣。這就大大地增加了泵吸反循環(huán)的施工難度。因為如果泵的吸力太小,成井深度受限,如果吸力過大,伴隨而來的就是塌孔,一旦塌孔,鉆鑿失敗,就受到了損失。成井深度目標(biāo)越大,出現(xiàn)塌孔的機會就越大,損失就越大,因此,很多施工單位,也不愿意冒此種較大的風(fēng)險去鉆鑿過深的供水井。
另外,孔口的直徑越大,排渣越困難,也更容易塌孔,對于通榆洮南一帶的供水井來說,鉆孔的口徑一般都應(yīng)在350~500 mm 之間,首先是井管要有足夠的直徑,太小的直徑的井管滿足不了取水要求;其次,井管外要填礫,填礫的厚度要達到規(guī)范的要求,或地區(qū)經(jīng)驗的要求,因此鉆孔口徑是一項不可忽視的硬指標(biāo)。
通榆縣雙崗鎮(zhèn)某廠擬建供水井深度為200 m,設(shè)計鉆鑿口徑為500 mm,下219 mm 鑄鐵管。搜集的地層資料如下:
其中,0.0~64 m 為第四系地層;64~195 m為第三系地層;195~210 m 為白堊系地層。
真對鉆鑿深度越大排渣越困難,和鉆鑿深度越大井孔越易坍塌的等一系列特點,結(jié)合多年來我們在該地區(qū)的鉆鑿經(jīng)驗,制定了一系列的錯施,其最主要的有如下4 項錯施:
對于泵吸反循環(huán)鉆鑿200 m 深的深水井,對于設(shè)備來說屬于超深,由于回流流量大,速度快,施工時間長,極易造成井口坍塌,孔口埋設(shè)護筒,可以有效地減少孔口坍塌的可能。
護筒底部要與土層密實結(jié)合,護筒的外側(cè),要用白土和粘性土,分層圍填并搗實,決不允許滲水。
實踐證明,一大部份塌孔是由井口最先開始的,所以埋設(shè)護筒是很關(guān)鍵的一步,一定要重視。
反循環(huán)施工,我們認(rèn)為200 m 以上的深井必須在孔內(nèi)保持2.0 m 以上的靜水壓頭,要達到這一項要求,要采取如下的技術(shù)措施:
(1)開挖足夠容積的泥漿池,一般來說,泵吸反循環(huán)鉆進,泥漿池的容積是鉆孔容積的1.5~2.0倍。而200 m 的深水井,要大于2 倍,大多少合理,經(jīng)分析,我們采用的是大于2.5 倍。理論上,200 m 深,500 mm 徑鉆孔容積為39.25 m3,實際上,由于反循環(huán)鉆進中,有很大的抽吸力,特別對上部第四系地層來說,不規(guī)責(zé)的、不可控制的超徑現(xiàn)象是必然存在的,因此,鉆孔容積要超出理論計算值。有鑒于此,我們挖兩個連通的泥漿池,一個是吸漿池,一個是排漿池,吸漿池略小,排漿池要很大,總?cè)莘e100 m3,兩池中間連通。
(2)要準(zhǔn)備充足的供水水源,以防孔內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重漏失時及時補水補漿,補水補漿不及就會發(fā)生鉆孔坍塌。
(3)在鉆到58~64 m 的砂礫層時,為防止2.0 m 以上的靜水壓頭不足以保持孔壁穩(wěn)定時,采用了泥漿護壁,同時為防止泥漿也不能滿足護壁要求,多次把鉆具提離孔底10~15 cm,開動砂石泵吸除塌落物。塌落物吸盡后再鉆進,然后而停車?yán)^續(xù)吸,直至鉆穿礫石層。
保持一定的壓力水頭,是防止深部塌孔最有效辦法。深部一旦塌孔,90%以上處理不了,最后重新回填,待填入物密實后在鉆進,或移動鉆機,易地重鉆,這樣,工作量就全部報廢,造成很大的損失。
砂石泵的排量是影響鉆進效率的一個關(guān)鍵因素。即要求沖洗液在鉆桿內(nèi)有足夠的流速,以便有效的攜帶鉆屑,又要求沖洗液對孔壁的沖刷破壞作用小。根據(jù)我們的施工經(jīng)驗,就此孔的情況而言,鉆桿內(nèi)的流速不宜低于2.4 m/s,鉆桿外的流速應(yīng)控制在0.16 m/s 之內(nèi)。如果遇到大粒徑的卵石,鉆桿內(nèi)2.4 m/s 的流速就滿足不了攜渣的要求時,可以開大砂石泵排水閥門,大卵礫石通過后再及時關(guān)小排水閥門,恢復(fù)正常鉆進時的排量。
我們根據(jù)地層資料,按照設(shè)計要求,自行設(shè)計了三翼鉆頭,鉆頭直徑為460 mm,根據(jù)本地區(qū)多年的泵吸反循環(huán)鉆鑿經(jīng)驗,直徑460 mm 的鉆頭,在第四系地層,鉆鑿出的口徑能達到505 mm,而第三系地層,因其無膠結(jié)和弱膠結(jié),其直徑也能達到500 mm。該鉆頭配置有魚尾型的底切片,底切片上開有主吸渣口,為了防止巖粉超過主吸渣口后停泵,鉆頭體上開有副吸渣口,同時鉆頭體上還焊有三個階梯形垂直切屑齒,對鉆進砂礫石層、粘土層等都非常有效。
由于采取了上述4 項錯施,本工程十分順利,經(jīng)兩天一夜的施工,順利完成。在180~200 m 段,采取了慢速鉆進,鉆渣全部抽吸上來。根據(jù)本地區(qū)施工經(jīng)驗,成200 m 的深水井,多鉆了8 m,即實際鉆了208 m,然后進行1 h 的清孔.接著進行了下管。下管之后及時進行了換槳。成井后,實測孔深200.20 m,完全符合要求。
用泵吸反循環(huán)鉆機鉆鑿200 m 深的供水井,只要錯施得當(dāng),是完全可能的。并仍能取得較高的效率,在第四系地層、第三系地層和白堊系地層中,采用合理的施工工藝,泵吸反循環(huán)完全可以施工200 m 以上的深孔,并且仍可保持泵吸反循環(huán)鉆進工藝的高效率,高質(zhì)量、低成本。
[1] 張祖培,等.巖土鉆鑿工程新技術(shù) [M].北京:地質(zhì)出版社,2003.
[2] 鄭秀英,等.水文地質(zhì)學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,1986.
[3] GB-50027-2001,供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范[s].