地?zé)峋八目字顾に嚨奶接?/h1>
2015-04-05 12:35:26張春亮
山西建筑 2015年5期
張 春 亮
(山西省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，山西 太原 030024)
地?zé)峋八目字顾に嚨奶接?/p>
張 春 亮
(山西省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，山西 太原 030024)
介紹了地?zé)峋馑顾鞯慕Y(jié)構(gòu)、材料、工作原理、應(yīng)用范圍等，并以工程案例為背景，論述了封水止水器的應(yīng)用方法，說(shuō)明了地?zé)徙@孔結(jié)構(gòu)的調(diào)整優(yōu)點(diǎn)及止水質(zhì)量檢查措施，指出封水止水器克服了普通膨脹材料容易被磨掛的缺點(diǎn)，達(dá)到了較好的止水效果。
封水止水器，地?zé)峋?，鉆孔，結(jié)構(gòu)
近年來(lái)地?zé)嶙鳛橐环N新型能源廣泛應(yīng)用于種植、養(yǎng)殖、取暖、醫(yī)療等領(lǐng)域，特別是北京、天津、西安等城市地?zé)岬拈_(kāi)發(fā)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用，不僅改善了生活環(huán)境，還提高了人們的日常生活水平。止水工藝作為含水層止水工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，與地?zé)峋隹谔幍乃疁仃P(guān)系十分密切。傳統(tǒng)的地?zé)峋顾に囀怯靡恍┲顾牧显谔坠芎吞坠芙诲e(cuò)的部位以及套管下部，這些材料主要有海帶、牛皮、化學(xué)止水劑膠條、粘土以及橡膠圈等材料，但是由于它們有著遇水膨脹的特點(diǎn)，所以在進(jìn)行封閉水工作時(shí)必須用鉛絲將其纏綁后才可下入止水層段止水。但是也存在一定的缺點(diǎn)和不足，所纏繞的膨脹材料尤其是套管下端的膨脹材料會(huì)經(jīng)常被拉出或者掛斷，還有的膨脹材料由于在摩擦力的作用下被迫移位，從而導(dǎo)致止水失敗，止水的要求和目的就不能達(dá)到。此封水止水器采用異徑止水，但由于兩板之間采用硅膠板或橡膠板填實(shí)壓實(shí)膨脹達(dá)到止水效果，克服了傳統(tǒng)止水材料的局限性，因此得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在水文水井、地?zé)峋约懊禾锼目椎母綦x止水工作領(lǐng)域。
1 封水止水器
1)結(jié)構(gòu)及材料。此封水止水的組成主要有三部分，分別為石油套管短節(jié)、橡膠板、硅膠板和軸承等。止水器的主體是石頭套管短節(jié)，硅膠板或橡膠板作為止水器的止水材料，填充在整個(gè)孔壁間隙和擠壓封閉套管中。為了防止下管時(shí)止水材料被損壞，還專門設(shè)計(jì)了上下?lián)醢濉?/p>
2)工作原理介紹。遇水膨脹的橡膠板或硅膠板是一種新型防水材料，它的主要原理是在橡膠中加入親水溶脹的高分子物質(zhì)之后，那么它就會(huì)和一般的橡膠性能一樣，再加上在止水器中還有遇水可以自行膨脹的材料，這類材料大多具有彈性且不透水，以水止水，所以較其一般橡膠來(lái)說(shuō)，這種工藝顯得更加可靠。因?yàn)檫@種橡膠遇水或者受潮可以產(chǎn)生2倍～3倍的膨脹變形，可以將空穴間隙、接縫的不規(guī)則表面充滿，在接觸表面上產(chǎn)生巨大的接觸壓力，從而可以徹底地防止水分從這些表面滲漏。這種橡膠材料較普通止水材料來(lái)說(shuō)，不會(huì)在接縫或者施工縫處發(fā)生移位現(xiàn)象，如果超過(guò)其彈性范圍而導(dǎo)致止水作用失效，它還可以通過(guò)吸水膨脹的方式來(lái)止水。因此，遇水膨脹橡膠不僅可以節(jié)省電量，還可以克服一般橡膠材料由于壓縮而引起的彈性疲勞等問(wèn)題，使防水效果更佳。防水止水材料在下入孔內(nèi)時(shí)容易被錯(cuò)位或者磨掛，因而設(shè)計(jì)出了兩塊擋板，這兩塊擋板可以經(jīng)給壓后遇水膨脹，從而解決了無(wú)法隔離密閉止水的問(wèn)題。
3)與普通橡膠相比的優(yōu)點(diǎn)。a.封水止水器中的橡膠板或硅膠板遇水膨脹，可以封堵、阻隔地層中的水。又由于其膨脹率較高、移動(dòng)補(bǔ)充性較強(qiáng)以及特有的平衡自愈功能，這種材料能夠及時(shí)將由于沉降產(chǎn)生的新的微小裂縫自行封堵。b.該止水封水器的原理和制作方法非常簡(jiǎn)單，不僅省時(shí)，而且省工，所以它的止水工藝會(huì)比傳統(tǒng)的止水工藝要更受歡迎。c.不僅制造工藝簡(jiǎn)單，也能滿足水文孔以及地?zé)峋樗囼?yàn)時(shí)的質(zhì)量要求，還具備風(fēng)險(xiǎn)小、事故率低的優(yōu)點(diǎn)。
4)與普通橡膠相比的優(yōu)點(diǎn)。a.封水止水器中的橡膠板或硅膠板遇水膨脹，可以封堵、阻隔地層中的水。又由于其較高的膨脹倍率，較強(qiáng)的移動(dòng)補(bǔ)充性和平衡自愈功能，該材料能自行封堵因沉降而出現(xiàn)的新的微小裂隙。b.該封水止水器制作方法簡(jiǎn)單，省時(shí)省工，止水工藝優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。c.雖然止水工藝簡(jiǎn)單，卻能滿足水文孔、地?zé)峋樗囼?yàn)質(zhì)量要求，同時(shí)風(fēng)險(xiǎn)小，事故率低。
5)封水止水器的應(yīng)用范圍。a.地?zé)峋┕r(shí)，涼水與熱儲(chǔ)層止水工作的進(jìn)行需要根據(jù)電測(cè)井和鉆探結(jié)果確定其止水位置。這種封水止水器在進(jìn)行一孔多層抽水或涌水試驗(yàn)中可以將上下含水層中的水隔離，還可以安裝在各個(gè)含水層的上下，為了避免由于底層垮塌而引起的含水層堵塞現(xiàn)象。b.該封水止水器用于水文水井鉆孔以及煤田地質(zhì)水文鉆孔中，不僅可以隔開(kāi)非目含水層，也能提高工作效率，以確保工程的質(zhì)量。c.該封水止水器也可用于固井、舊井修復(fù)等水文水井工程中進(jìn)行重新止水。
2 應(yīng)用實(shí)例
以西安市長(zhǎng)安區(qū)吉富羅非漁養(yǎng)殖良種場(chǎng)地?zé)峋顾に嚍槔龑?duì)此工藝加以說(shuō)明。此施工區(qū)域的特點(diǎn)是張性斷裂且較為發(fā)育，因而破裂帶寬，鉆孔坍塌現(xiàn)象十分嚴(yán)重。該鉆孔設(shè)計(jì)深度為1 200 m，涼水熱水之間的止水深度為486.00 m，該數(shù)據(jù)由電測(cè)井的結(jié)果確定。將鉆孔的結(jié)構(gòu)調(diào)小，孔徑會(huì)隨之變小，鉆桿扭矩力和鉆盤扭矩力也會(huì)隨之減小，從而使得施工的風(fēng)險(xiǎn)大大降低，降低了孔內(nèi)事故的發(fā)生率。與此同時(shí)，施工的周期也會(huì)縮短，原材料成本下降，從而使經(jīng)濟(jì)效益提高。止水時(shí)，首先要以電測(cè)井資料和鉆孔取芯情況作為指導(dǎo)資料，同時(shí)還要根據(jù)儲(chǔ)熱層的位置來(lái)進(jìn)一步確定止水層的位置。止水段應(yīng)該選擇比較堅(jiān)硬、完整和孔徑規(guī)則的巖石，最后，將根據(jù)不同尺寸的井深結(jié)構(gòu)制作的上、下隔離器用鉆具送到相應(yīng)的位置。主軸上部的內(nèi)反扣由變絲接頭改裝，端點(diǎn)連接頭的下部以及鉆具接頭則變成公反絲扣。封水止水器被送到重疊位置后，開(kāi)正車將其甩入井內(nèi)然后提鉆具，接上工具扳手后再開(kāi)車將其扣壓至最大的限度。最后在倒開(kāi)正反絲接收，待鉆具全部被提出后，靜止12 h，此時(shí)如果兩板間的填料全部被橡膠板或硅膠板壓實(shí)膨脹，再向其中充氣充水，孔壁環(huán)裝之間的間隙封閉，從而達(dá)到預(yù)定的止水效果。
3 地?zé)徙@孔結(jié)構(gòu)調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)及止水質(zhì)量的檢查
原設(shè)計(jì)的鉆孔結(jié)構(gòu)為一開(kāi)φ500 mm的牙輪鉆頭至基巖處，隨后下入φ325 mm的管套，利用粘土或者水泥止水，二開(kāi)φ311 mm鉆至終孔，隨后下入177.8 mm的管套，進(jìn)行管套外止水。采用上述封水止水器以后，一開(kāi)φ450 mm進(jìn)入基巖界面，下入φ352 mm管套做下泵段以及隔離護(hù)壁，二開(kāi)φ215 mm至終孔位置處，隨后下177.5 mm花管、直管以及封止水器。采用封水止水器明顯縮短了施工的周期，使用的材料的成本也有所下降，經(jīng)濟(jì)效益提升。地?zé)峋你@探過(guò)程中，孔徑變小使鉆盤和鉆桿的扭力矩變小，減少了事故的發(fā)生率，很大程度上降低了施工的風(fēng)險(xiǎn)。
向止水管內(nèi)注水前，應(yīng)先用鉆具將止水管底端掃通，以確保止水管與含水層不連通。當(dāng)管漏失量小于指定值甚至無(wú)漏失時(shí)可近似認(rèn)為止水合格。檢查地?zé)峋顾Ч闹饕笜?biāo)是溫度，只有溫度達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，才能證明止水效果達(dá)到最先預(yù)期目標(biāo)。
4 結(jié)語(yǔ)
以上所介紹的新型封水止水器由于克服了普通膨脹材料容易被磨掛的缺點(diǎn)從而達(dá)到了較好的止水效果，因此遇壓膨脹封水止水器在許多地區(qū)的地?zé)峋⑺乃?、煤系地層止水工程中得到了廣泛的應(yīng)用。然而此封水止水器不光可以用于解決此類工程中的止水問(wèn)題，也可以應(yīng)用在煤田水文鉆孔施工過(guò)程中。該封水止水器的研究與發(fā)明，不僅改進(jìn)了地?zé)峋⑺乃?、煤田水文孔的止水工藝，同時(shí)也增加了水文地質(zhì)抽水鉆孔止水的手段，這些優(yōu)勢(shì)使得該止水工藝在整個(gè)水文地質(zhì)行業(yè)受到廣泛關(guān)注和好評(píng)。
[1] 溫柳娟，嚴(yán)志云.吸水膨脹橡膠的制備研究進(jìn)展[J].彈性體，2010,20(3)：72-76.
[2] 王衛(wèi)東.分層隔離封隔器在煤層氣試井中的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2008,20(sup):186-189.
[3] 程顯峰，劉鐵鑄，景 鐸.應(yīng)用遇水膨脹止水膠施工技術(shù)降低施工成本[J]價(jià)值工程,2014(5):31-32.
Inquiry on geothermal well and hydraulic hole water-sealing technology
Zhang Chunliang
(Shanxi1stHydraulicGeologyEngineeringGeologyTeam,Taiyuan030024,China)
The paper introduces structure, materials, working principles and application scope of geothermal well water-sealing instrument, discusses water-sealing instrument application methods by taking engineering cases as the background, illustrates geothermal drilling hole structure adjusting merits and waterproofing quality examining measures. Furthermore, it avoids general expansive material grinding defects, and achieves better waterproofing effect.
water-sealing instrument, geothermal well, drilling hole, structure
1009-6825(2015)05-0066-02
2014-12-02
張春亮(1982- )，男，助理工程師
P634
A
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封水止水器，地?zé)峋?，鉆孔，結(jié)構(gòu)
近年來(lái)地?zé)嶙鳛橐环N新型能源廣泛應(yīng)用于種植、養(yǎng)殖、取暖、醫(yī)療等領(lǐng)域，特別是北京、天津、西安等城市地?zé)岬拈_(kāi)發(fā)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用，不僅改善了生活環(huán)境，還提高了人們的日常生活水平。止水工藝作為含水層止水工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，與地?zé)峋隹谔幍乃疁仃P(guān)系十分密切。傳統(tǒng)的地?zé)峋顾に囀怯靡恍┲顾牧显谔坠芎吞坠芙诲e(cuò)的部位以及套管下部，這些材料主要有海帶、牛皮、化學(xué)止水劑膠條、粘土以及橡膠圈等材料，但是由于它們有著遇水膨脹的特點(diǎn)，所以在進(jìn)行封閉水工作時(shí)必須用鉛絲將其纏綁后才可下入止水層段止水。但是也存在一定的缺點(diǎn)和不足，所纏繞的膨脹材料尤其是套管下端的膨脹材料會(huì)經(jīng)常被拉出或者掛斷，還有的膨脹材料由于在摩擦力的作用下被迫移位，從而導(dǎo)致止水失敗，止水的要求和目的就不能達(dá)到。此封水止水器采用異徑止水，但由于兩板之間采用硅膠板或橡膠板填實(shí)壓實(shí)膨脹達(dá)到止水效果，克服了傳統(tǒng)止水材料的局限性，因此得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在水文水井、地?zé)峋约懊禾锼目椎母綦x止水工作領(lǐng)域。
1 封水止水器
1)結(jié)構(gòu)及材料。此封水止水的組成主要有三部分，分別為石油套管短節(jié)、橡膠板、硅膠板和軸承等。止水器的主體是石頭套管短節(jié)，硅膠板或橡膠板作為止水器的止水材料，填充在整個(gè)孔壁間隙和擠壓封閉套管中。為了防止下管時(shí)止水材料被損壞，還專門設(shè)計(jì)了上下?lián)醢濉?/p>
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3)與普通橡膠相比的優(yōu)點(diǎn)。a.封水止水器中的橡膠板或硅膠板遇水膨脹，可以封堵、阻隔地層中的水。又由于其膨脹率較高、移動(dòng)補(bǔ)充性較強(qiáng)以及特有的平衡自愈功能，這種材料能夠及時(shí)將由于沉降產(chǎn)生的新的微小裂縫自行封堵。b.該止水封水器的原理和制作方法非常簡(jiǎn)單，不僅省時(shí)，而且省工，所以它的止水工藝會(huì)比傳統(tǒng)的止水工藝要更受歡迎。c.不僅制造工藝簡(jiǎn)單，也能滿足水文孔以及地?zé)峋樗囼?yàn)時(shí)的質(zhì)量要求，還具備風(fēng)險(xiǎn)小、事故率低的優(yōu)點(diǎn)。
4)與普通橡膠相比的優(yōu)點(diǎn)。a.封水止水器中的橡膠板或硅膠板遇水膨脹，可以封堵、阻隔地層中的水。又由于其較高的膨脹倍率，較強(qiáng)的移動(dòng)補(bǔ)充性和平衡自愈功能，該材料能自行封堵因沉降而出現(xiàn)的新的微小裂隙。b.該封水止水器制作方法簡(jiǎn)單，省時(shí)省工，止水工藝優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。c.雖然止水工藝簡(jiǎn)單，卻能滿足水文孔、地?zé)峋樗囼?yàn)質(zhì)量要求，同時(shí)風(fēng)險(xiǎn)小，事故率低。
5)封水止水器的應(yīng)用范圍。a.地?zé)峋┕r(shí)，涼水與熱儲(chǔ)層止水工作的進(jìn)行需要根據(jù)電測(cè)井和鉆探結(jié)果確定其止水位置。這種封水止水器在進(jìn)行一孔多層抽水或涌水試驗(yàn)中可以將上下含水層中的水隔離，還可以安裝在各個(gè)含水層的上下，為了避免由于底層垮塌而引起的含水層堵塞現(xiàn)象。b.該封水止水器用于水文水井鉆孔以及煤田地質(zhì)水文鉆孔中，不僅可以隔開(kāi)非目含水層，也能提高工作效率，以確保工程的質(zhì)量。c.該封水止水器也可用于固井、舊井修復(fù)等水文水井工程中進(jìn)行重新止水。
2 應(yīng)用實(shí)例
以西安市長(zhǎng)安區(qū)吉富羅非漁養(yǎng)殖良種場(chǎng)地?zé)峋顾に嚍槔龑?duì)此工藝加以說(shuō)明。此施工區(qū)域的特點(diǎn)是張性斷裂且較為發(fā)育，因而破裂帶寬，鉆孔坍塌現(xiàn)象十分嚴(yán)重。該鉆孔設(shè)計(jì)深度為1 200 m，涼水熱水之間的止水深度為486.00 m，該數(shù)據(jù)由電測(cè)井的結(jié)果確定。將鉆孔的結(jié)構(gòu)調(diào)小，孔徑會(huì)隨之變小，鉆桿扭矩力和鉆盤扭矩力也會(huì)隨之減小，從而使得施工的風(fēng)險(xiǎn)大大降低，降低了孔內(nèi)事故的發(fā)生率。與此同時(shí)，施工的周期也會(huì)縮短，原材料成本下降，從而使經(jīng)濟(jì)效益提高。止水時(shí)，首先要以電測(cè)井資料和鉆孔取芯情況作為指導(dǎo)資料，同時(shí)還要根據(jù)儲(chǔ)熱層的位置來(lái)進(jìn)一步確定止水層的位置。止水段應(yīng)該選擇比較堅(jiān)硬、完整和孔徑規(guī)則的巖石，最后，將根據(jù)不同尺寸的井深結(jié)構(gòu)制作的上、下隔離器用鉆具送到相應(yīng)的位置。主軸上部的內(nèi)反扣由變絲接頭改裝，端點(diǎn)連接頭的下部以及鉆具接頭則變成公反絲扣。封水止水器被送到重疊位置后，開(kāi)正車將其甩入井內(nèi)然后提鉆具，接上工具扳手后再開(kāi)車將其扣壓至最大的限度。最后在倒開(kāi)正反絲接收，待鉆具全部被提出后，靜止12 h，此時(shí)如果兩板間的填料全部被橡膠板或硅膠板壓實(shí)膨脹，再向其中充氣充水，孔壁環(huán)裝之間的間隙封閉，從而達(dá)到預(yù)定的止水效果。
3 地?zé)徙@孔結(jié)構(gòu)調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)及止水質(zhì)量的檢查
原設(shè)計(jì)的鉆孔結(jié)構(gòu)為一開(kāi)φ500 mm的牙輪鉆頭至基巖處，隨后下入φ325 mm的管套，利用粘土或者水泥止水，二開(kāi)φ311 mm鉆至終孔，隨后下入177.8 mm的管套，進(jìn)行管套外止水。采用上述封水止水器以后，一開(kāi)φ450 mm進(jìn)入基巖界面，下入φ352 mm管套做下泵段以及隔離護(hù)壁，二開(kāi)φ215 mm至終孔位置處，隨后下177.5 mm花管、直管以及封止水器。采用封水止水器明顯縮短了施工的周期，使用的材料的成本也有所下降，經(jīng)濟(jì)效益提升。地?zé)峋你@探過(guò)程中，孔徑變小使鉆盤和鉆桿的扭力矩變小，減少了事故的發(fā)生率，很大程度上降低了施工的風(fēng)險(xiǎn)。
向止水管內(nèi)注水前，應(yīng)先用鉆具將止水管底端掃通，以確保止水管與含水層不連通。當(dāng)管漏失量小于指定值甚至無(wú)漏失時(shí)可近似認(rèn)為止水合格。檢查地?zé)峋顾Ч闹饕笜?biāo)是溫度，只有溫度達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，才能證明止水效果達(dá)到最先預(yù)期目標(biāo)。
4 結(jié)語(yǔ)
以上所介紹的新型封水止水器由于克服了普通膨脹材料容易被磨掛的缺點(diǎn)從而達(dá)到了較好的止水效果，因此遇壓膨脹封水止水器在許多地區(qū)的地?zé)峋⑺乃?、煤系地層止水工程中得到了廣泛的應(yīng)用。然而此封水止水器不光可以用于解決此類工程中的止水問(wèn)題，也可以應(yīng)用在煤田水文鉆孔施工過(guò)程中。該封水止水器的研究與發(fā)明，不僅改進(jìn)了地?zé)峋⑺乃?、煤田水文孔的止水工藝，同時(shí)也增加了水文地質(zhì)抽水鉆孔止水的手段，這些優(yōu)勢(shì)使得該止水工藝在整個(gè)水文地質(zhì)行業(yè)受到廣泛關(guān)注和好評(píng)。
[1] 溫柳娟，嚴(yán)志云.吸水膨脹橡膠的制備研究進(jìn)展[J].彈性體，2010,20(3)：72-76.
[2] 王衛(wèi)東.分層隔離封隔器在煤層氣試井中的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2008,20(sup):186-189.
[3] 程顯峰，劉鐵鑄，景 鐸.應(yīng)用遇水膨脹止水膠施工技術(shù)降低施工成本[J]價(jià)值工程,2014(5):31-32.
Inquiry on geothermal well and hydraulic hole water-sealing technology
Zhang Chunliang
(Shanxi1stHydraulicGeologyEngineeringGeologyTeam,Taiyuan030024,China)
The paper introduces structure, materials, working principles and application scope of geothermal well water-sealing instrument, discusses water-sealing instrument application methods by taking engineering cases as the background, illustrates geothermal drilling hole structure adjusting merits and waterproofing quality examining measures. Furthermore, it avoids general expansive material grinding defects, and achieves better waterproofing effect.
water-sealing instrument, geothermal well, drilling hole, structure
1009-6825(2015)05-0066-02
2014-12-02
張春亮(1982- )，男，助理工程師
P634
A
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