趙東陽， 趙 振， 羅銀飛， 董高峰， 童 玨

(1.青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局，青海 西寧 810007; 2.青海省環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810007; 3.青海省地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與災(zāi)害防治工程技術(shù)研究中心,青海 西寧 810007)

地?zé)釋儆诳稍偕茉碵1]，也是一種新型的清潔資源[2]，地?zé)豳Y源的開發(fā)利用，不僅可以取得顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，更重要的是還可以取得明顯的環(huán)境效益[3]。貴德地區(qū)地處“三江源”地區(qū)，地?zé)豳Y源開發(fā)利用將對(duì)“三江源”地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)起到一定的作用[4]，貴德盆地是青海省地?zé)豳Y源較豐富的地區(qū)[5]。地?zé)峋煌谄渌慕ㄔO(shè)工程，它是一個(gè)重要的地下隱蔽工程，其質(zhì)量不好不僅是經(jīng)濟(jì)的問題，更重要的是由此而引發(fā)的一系列環(huán)境問題，造成一些不可挽回的損失[6]。在貴德地區(qū)地?zé)峥辈檫^程中,DR1號(hào)地?zé)峋猿霈F(xiàn)涌水現(xiàn)象，筆者分析其井旁涌水原因，采取合理處理方案，取得了良好的效果。研究總結(jié)涌水原因和處理工藝，可為同類工程事故提供借鑒[7]。

1 地?zé)岬刭|(zhì)條件

1.1 地層巖性

該孔所揭露地層自上而下依次為第四系、新近系、古近系及印支期花崗巖[8-9]。地層巖性如下：

(1)0～38.35 m為第四系全新統(tǒng)沖積(Q4al)亞砂土及砂卵礫石層；

(2)38.35～391.45 m為新近系上新統(tǒng)(N2)灰色泥巖，砂質(zhì)泥巖夾粗砂巖、中細(xì)砂巖、粉砂巖地層；

(3)391.45～785.85 m為新近系中新統(tǒng)(N1)灰黃色、棕黃色泥巖，砂質(zhì)泥巖夾薄層細(xì)砂巖、中砂巖地層；

(4)785.85～1490.55 m為古近系(E)棕紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾薄層中、細(xì)砂巖地層，巖性致密完整，裂隙不發(fā)育；

(5)1490.55～1709.56 m為印支期花崗巖(γ5)，破碎帶裂隙發(fā)育，肉紅色，致密堅(jiān)硬。

1.2 地?zé)岬刭|(zhì)特征

貴德盆地構(gòu)造層熱自流水賦存于第三系構(gòu)造層中，該地區(qū)200～600 m的鉆孔在不同深度上都揭露到地下熱水，形成東西長約10 km，南北寬約5 km的構(gòu)造盆地型地?zé)岙惓^(qū)，屬斷陷盆地型層狀熱儲(chǔ)，水溫18.5～34.6 ℃。其熱儲(chǔ)類型及控?zé)釞C(jī)制為大地?zé)崃鱾鲗?dǎo)增溫的裂隙孔隙層狀熱儲(chǔ)[10]。

1.2.1 新近系低溫?zé)醿?chǔ)

(1)蓋層。熱儲(chǔ)頂板埋深于235.20 m，其上地層主要為新近系上新統(tǒng)砂質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖及中粗砂巖，蓋層厚度為235.20 m。

(2)熱儲(chǔ)特征。新近系低溫?zé)醿?chǔ)段埋深在235.20～556.45 m，熱儲(chǔ)段長321.25 m，含水層巖性為中砂巖，厚度27.35 m。該熱儲(chǔ)承壓水頭高出地面8.87 m，最大降深25.89 m，出水量為1288.22 m3/d，熱流體水溫為36.5 ℃。該低溫?zé)醿?chǔ)地?zé)嵩鰷靥荻葹?.81 ℃/100 m。

1.2.2 古近系中低溫?zé)醿?chǔ)

(1)蓋層。熱儲(chǔ)頂板埋深于608.50 m，其上地層主要為新近系中、上新統(tǒng)(N)泥巖、砂質(zhì)泥巖夾薄層中細(xì)砂巖及粉砂巖，蓋層厚達(dá)608.50 m，巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖，致密堅(jiān)硬無裂隙，隔水保溫性能良好。

(2)熱儲(chǔ)特征。古近系熱儲(chǔ)段埋深在608.50～1594.70 m，熱儲(chǔ)段長度為986.20 m，巖性為古近系棕紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾中細(xì)砂巖和粉砂巖。該段地?zé)嵩鰷靥荻葹?.29 ℃/100 m，經(jīng)抽水試驗(yàn)，水量較小，該熱儲(chǔ)段是處于有熱無水狀態(tài)，開發(fā)利用價(jià)值較低。

1.2.3 熱源的初步分析

本孔在1490.55 m揭露到花崗巖體，從巖性和區(qū)域資料對(duì)比，該花崗巖體應(yīng)屬于印支期(γ5)花崗巖體，成巖相對(duì)比較晚，巖體內(nèi)存有熱源體和離子蛻變產(chǎn)生大量熱能成為貴德盆地地下熱水的熱源體，地下熱水熱能主要來源于此花崗巖熱源體，通過構(gòu)造裂隙對(duì)流和地?zé)醾鲗?dǎo)增溫形成地下熱水。

2 項(xiàng)目概況

2.1 地?zé)峋┕?/h3>

該地?zé)峋x用BSZ3200型鉆機(jī)施工(見圖1)。本孔于2010年6月14日開孔，進(jìn)行鉆進(jìn)下泵室管、固井、巖屑錄井、測(cè)井、下管止水、洗井、抽水試驗(yàn)等工作，于2010年11月17日結(jié)束全部工作，歷時(shí)155天，終孔深度1709.56 m。

圖1 BSZ3200型鉆機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)

2.2 成井情況

該地?zé)峋捎谩岸_”成井結(jié)構(gòu)(見圖2)進(jìn)行施工。

圖2 地?zé)峋斫Y(jié)構(gòu)示意圖

2.2.1 鉆井技術(shù)及口徑

(1)一開，用?445 mm牙輪鉆頭鉆至200.06 m，下入?273 mm泵室管，高出地面0.68 m。

(2)二開，利用?216 mm牙輪鉆頭鉆至井底1709.56 m。下入套管706.68 m，濾水管808.59 m。

2.2.2 止水

(1)0～200.00 m，下入?273 mm套管，管外采用優(yōu)質(zhì)水泥封固止水，使用高壓泵入法注入水泥漿至返至井口為止，共用水泥20 t。

(2)193.00～200.00 m在198.50～199.00 m處止水，上部用水泥封固。

(3)深部止水位置：在597～598 m泥巖段進(jìn)行止水。

(4)止水材料：198.50～199.0、597.00～598.00 m處采用膨脹橡膠和優(yōu)質(zhì)海帶止水。

(5)在大厚度泥巖層位置加了5道扶正器，一是起到扶正管子的作用，二是起到阻砂器的作用，阻止砂層砂粒下沉堵塞含水層。

(6)下管止水后等待膨脹橡膠膨脹48 h后進(jìn)行沖孔返漿。后經(jīng)檢查，止水效果良好。

2.2.3 洗井

采用活塞、水泵聯(lián)合洗井，通過拉活塞和水泵反復(fù)抽洗、達(dá)到水清砂凈，達(dá)到洗井效果。

2.2.4 抽水試驗(yàn)

抽水試驗(yàn)段為235.00～556.45 m段，含水層為新近系中砂巖，厚度為27.35 m。本次抽水試驗(yàn)，進(jìn)行3個(gè)落程抽水試驗(yàn)。最大降深為28.10 m，出水量為1288.22 m3/d，水溫為36 ℃。

3 井旁涌水原因分析及處理方案

3.1 井旁涌水原因分析

該地?zé)峋⒐ひ平坏胤胶螅?015年3月發(fā)現(xiàn)在該地?zé)峋? m處有涌水現(xiàn)象發(fā)生(見圖3)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量涌水量為100 m3/d。根據(jù)涌水現(xiàn)象進(jìn)行分析，可能出現(xiàn)涌水原因有兩種情況。

(1)第一種情況，上部?273 mm套管腐蝕或破損造成的涌水。套管破損的原因一般為：①套管固井時(shí)，因泥漿密度較高而產(chǎn)生串漿，對(duì)于固井質(zhì)量較差的部位，在鉆桿抽擊或鉆頭敲擊下，管體破損；②拉槽破損；③提鉆過程中，鉆頭將公扣處管口卷起；④抽水過程中，熱潛泵泵頭敲擊[11]。

圖3 DR1地?zé)峋杂克?/p>

(2)第二種情況，?273 mm套管管外地層涌水，地?zé)峋?～38.35 m為第四系砂卵礫石層，沒有好的隔水層，長期地下水掏蝕作用，地層中粉細(xì)砂流失導(dǎo)致地下水上涌，造成井旁涌水現(xiàn)象。

3.2 處理方案

根據(jù)前述井旁涌水事故原因分析，處理方案如下。

(1)第一處理方案(管內(nèi)止水法)：若套管破損范圍在0～20 m范圍內(nèi)建議先做孔內(nèi)影像以確定破損位置(見圖4)。

圖4 第一修井方案示意圖

具體步驟：①下入?219 mm套管，下入深度大于?273 mm套管腐蝕或破損位置；②?219 mm套管下部進(jìn)行膨脹橡膠海帶法止水；③檢查止水效果良好后，使用泵入法由?273 mm套管與?219 mm套管間隙注入水泥，水泥由套管破損位置返出為準(zhǔn)，封閉全部環(huán)狀間隙直至孔口。

(2)第二處理方案(帷幕灌漿法)：若?273 mm套管外部地層由于第四系孔隙潛水長期掏蝕作用形成涌水通道造成涌水(見圖5)。

圖5 第二修井方案示意圖

處理步驟：①以該地?zé)峋疄橹行?，直徑范?0 m內(nèi)，打8～30個(gè)小孔，孔深7～10 m，孔徑60 mm，小孔以梅花環(huán)狀繞于地?zé)峋車虎谛】變?nèi)下入1 in鋼管；③地?zé)峋畠?nèi)下入水泵，將水位抽至10 m以下；④待水位下降至10 m以下時(shí)，采用泵入法通過鋼管注入水泥漿，以達(dá)到對(duì)地?zé)峋坠苤車克貙拥姆忾]。

4 井旁涌水事故處理

根據(jù)該地?zé)峋杂克蚍治黾疤幚矸桨?，井旁涌水事故處理步驟如下。

首先采用第一種修井方案，將60 m3/h深井水泵下至?273 mm套管內(nèi)50 m進(jìn)行抽水試驗(yàn)，當(dāng)井內(nèi)水位下降值27 m時(shí)，井旁涌水現(xiàn)象消失。

由此確定，井旁涌水主要是上部?273 mm套管27 m左右套管之間連接處腐蝕或破損造成的涌水。

其次，根據(jù)套管破損位置，下入30 m ?219 mm套管，底部進(jìn)行膨脹橡膠海帶托盤止水，等待膨脹橡膠膨脹48 h后，檢查止水效果(見圖6)。

圖6 DR1井修井工藝示意圖

最后，在?273 mm套管與?219 mm套管間采用優(yōu)質(zhì)水泥封固止水，使用高壓泵注入水泥漿返至井口為止，封閉全部環(huán)狀間隙直至孔口。

同時(shí)，為了防止該地?zé)峋苓呌捎诘叵滤L期掏蝕作用形成的孔隙，管外造成二次涌水現(xiàn)象，處理時(shí)，兼顧第二種修井方案在地?zé)峋苓呥M(jìn)行帷幕灌漿，確保地?zé)峋苓叢辉侔l(fā)生涌水事故：①以該地?zé)峋疄橹行?，直徑范?、3、5 m內(nèi)，打8～20個(gè)小孔，孔深7～10 m，孔徑60 mm，小孔以梅花環(huán)狀繞于地?zé)峋車虎谛】變?nèi)下入1 in鋼管；③采用泵入法通過鋼管注入水泥漿，以達(dá)到對(duì)地?zé)峋坠苤車克貙拥姆忾]。

5 處理效果檢驗(yàn)

該地?zé)峋蘧幚砗蠼?jīng)3年多時(shí)間，未發(fā)現(xiàn)鉆孔及其附近有涌水現(xiàn)象，證明該井井旁涌水處理效果較好。

6 結(jié)語

通過DR1號(hào)地?zé)峋杂克蚍治?，認(rèn)為今后地?zé)峋谑┕み^程中，管材連接處絕對(duì)不能出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，否則會(huì)造成嚴(yán)重后果。本次對(duì)DR1地?zé)峋杂克幚砉に嚾〉昧肆己眯Ч蔀榻窈箢愃频責(zé)峋鹿侍幚硖峁┙?jīng)驗(yàn)。