摘 要:通過地下流體觀測井采集地下流體數(shù)據(jù),及時分析數(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井成井技術(shù)及工藝,對該井的加固和升級改造技術(shù)進行了探討,對井筒進行清洗、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,可以為工程實際施工提供參考。
關(guān)鍵詞:地下流體觀測井;加固;改造
引言
地震的發(fā)生,對人類的生命和財產(chǎn)造成巨大損失。目前,對地震的準(zhǔn)確預(yù)測還存在許多困難,地震前兆是地震預(yù)測研究的思路之一,邱澤華研究員[1]指出:地震前兆是地震預(yù)報的基礎(chǔ)。地震前兆認(rèn)為,地震活動發(fā)生前,巖體在地應(yīng)力等作用下,會引起地磁、地電等地球物理異常和地下水位、水化學(xué)等異常[2]。因此,對地下流體的監(jiān)測是地震前兆的重要內(nèi)容之一,通過地下流體觀測井采集地下流體數(shù)據(jù),及時分析數(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)馮國恩[4]等的調(diào)查,我國大陸31個省、市、自治區(qū)均建有地震地下流體觀測井,用來觀測水位、水溫、流量等數(shù)據(jù)的變化。近年來,一些省、市、自治區(qū)地震局及一些大型國有企業(yè)新建了一批觀測井,我國已逐步建立有關(guān)的建井技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[5-6]。
地震地下流體觀測井深入地下數(shù)百米,還需要通過觀測井采集水位、水溫等信息,因此,對鉆井和固井的技術(shù)提出了很高的要求。車用太[7]等結(jié)合國內(nèi)地震系統(tǒng)建井的實踐經(jīng)驗,對地震地下流體觀測井的定位進行了論述,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井施工實際,對鉆井、改造加固等關(guān)鍵技術(shù)進行研究。
1 地震地下流體觀測井概況
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)無縫鋼管至182.1米,其下安裝同徑濾水管至234.6米,該井觀測含水性為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,也可作為觀測含水層。
2 鉆井技術(shù)
2.1 觀測井技術(shù)要求
趙各莊地下流體觀測井井深557.3m,要求孔斜不大于3°。全孔下入Φ146mm、壁厚4.5mm的無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度應(yīng)滿足封閉全部非觀測層的要求;(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型水文鉆機及相應(yīng)的泥漿泵。鉆進技術(shù)參數(shù)分別為:泵量600-800L/min,轉(zhuǎn)速50~70r/min,鉆壓30~50KN。鉆孔過程中,要求井段斜度不大于1°/100m,下管前井內(nèi)沉淀不超過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,井筒鉆進過程中,控制好鉆壓,不要有太大的波動,實時測斜,盡量實現(xiàn)“垂鉆”鉆進。
(2)護壁措施。保持泥漿性能穩(wěn)定,適時配置泥漿,泥漿在空氣中暴露時間不能太長。鉆井深度超過254m時,采用加筋骨鉆頭進行取芯,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。起鉆和下放時注意觀察泵壓的變化,根據(jù)返漿情況及時調(diào)整泥漿的性能,發(fā)現(xiàn)泵壓升高或巖屑返出量變小時,控制鉆速,及時洗井。連續(xù)鉆進時間不大于24小時或連續(xù)鉆進深度不超過50m,鉆具在井筒內(nèi)遇阻時,及時將鉆具上下來回竄動。停泵前將鉆具提離井底并活動鉆具。
3 加固和升級改造技術(shù)
趙各莊地下流體觀測井總鉆進深度為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,可作為觀測層。因此要對182.1m以上部分進行封隔固井,以防止上部地層中的流體向下滲流,影響觀測層數(shù)據(jù)的采集。對井壁進行加固,以確保井筒具備一定的強度,保證觀測井的穩(wěn)定性。鉆井完成后,及時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行注漿加固。
觀測井使用一階段后,由于井壁老化等因素,采集的數(shù)據(jù)會受到外界多種因素的干擾,因此要及時對井筒升級改造。
(1)井孔清洗、清淤。趙各莊觀測井的大部分觀測層為第四系,容易坍塌,需對井孔進行清洗,擬用鋼絲刷法或噴管法對井壁進行清洗,并處理掉突起部位。對井底部進行清淤處理,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,礫石料填入時采用動水填礫法,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
依據(jù)《地震臺站建設(shè)規(guī)范》有關(guān)內(nèi)容,結(jié)合通州地震臺地質(zhì)條件,對趙各莊地下流體觀測井成井技術(shù)進行了介紹,并對改造加固等關(guān)鍵技術(shù)進行了探討。地震觀測井的升級改造,涉及的因素很多,本文重點考慮了井筒的清洗、加固,對升級改造的時機、加固材料的性能等方面還需要進一步的深入研究。
參考文獻
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