水文孔成井階段的洗井方法和適用條件

1、文章編號(hào) :100424116 (2006) 022009020003水文孔成井階段的洗井方法和適用條件張子祥(甘肅煤炭地質(zhì)勘查院 ,甘肅 蘭州 730000)摘 要 :水文孔施工中洗井是管井成井工藝中的一個(gè)主要環(huán)節(jié) ,各種洗井方法都有它的優(yōu)點(diǎn)和一定的應(yīng)用條件 ,其工作效果與含水層的類型、 地下水壓力、 鉆進(jìn)泥漿的指標(biāo)、 井管材質(zhì)、 井身結(jié)構(gòu)、 以及井深淺程序有著密切的 關(guān)系。要提高洗井效率 ,只有結(jié)合具體情況 ,選擇合適

2、的方法才能取得較好的洗井效果。關(guān)鍵詞 :水文孔成井 ;洗井方法 ;適用條件中圖分類號(hào) : P641173 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :Bm/ s ,促使井內(nèi)產(chǎn)生瞬時(shí)真空和形成水沖擊力 ,破壞井壁泥皮并把滲入含水層中的細(xì)小顆粒攜入井中 , 從而達(dá)到疏通含水層的目的 ?；钊淳谢钊?程 ,取決于井架高度 ,一般小于 6 m ,厚含水層應(yīng)通過(guò) 加減鉆桿 、 分段用活塞上下洗刷 ,洗井時(shí)間超過(guò) 2 h應(yīng)及時(shí)提鉆 ,檢查活塞質(zhì)量 ,及時(shí)

3、更換膠皮板 、 膠皮 圈 。該方法在基巖裂隙含水層或中砂以上的含水層 及金屬絲口連接的管井中已得到了廣泛應(yīng)用 ,它具 有成本低 ,洗井效率高 、 質(zhì)量好并能克服其它機(jī)械洗 井法不易奏效的優(yōu)點(diǎn) 。例如 : 在甘谷縣施工的一個(gè)水井 , 深度 60 m , 含水層由含泥沙的卵 、 礫石組成 。 鉆井施工中用比重 113～115 左右的泥漿護(hù)壁 ,成井 后井內(nèi)水位 10 m 。開始時(shí)用 7 m3 / min

4、空壓機(jī)洗井 , 持續(xù)了一個(gè)半晝夜 ,安泵抽水時(shí) ,水位降深 20 m ,單 井出水量 100 m3 / d ,單位涌水量 0106L / s1m ,遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)想的出水量 , 第二次又改用 CO2 洗井 , 效果仍 不明顯 。后來(lái)改用活塞由上而下拉洗 ,經(jīng)過(guò)一個(gè)半 晝夜使原來(lái)已清澈的井液變的渾濁 ,兩個(gè)半晝夜后 井內(nèi)水位波動(dòng)接近穩(wěn)定 ,并從洗井活塞處帶出了少 量的細(xì)砂顆粒 ,說(shuō)明井壁泥皮已經(jīng)被洗開 ,井管過(guò)濾

5、器周圍已初步形成一個(gè)良好的濾水層 ,再次安泵抽 水時(shí) , 水位降深 40 m , 單井出水量達(dá)到 1 000 m3 / d , 單位涌水量 013L / s1m ,洗井前后 ,單位涌水量增大5 倍 ,取得了顯著效果 。前言 0水文孔施工中洗井是管井成井工藝中的一個(gè)主 要環(huán)節(jié) 。洗井的目的是徹底消除鉆進(jìn)過(guò)程中沖洗液 對(duì)含水層的影響 ,恢復(fù)和改善含水層的天然特征 ,使 濾水管周圍形成一層良好的人工或天然的濾水層 ,

6、借以增大濾水管周圍的滲透性能 ,使水井達(dá)到應(yīng)有 的穩(wěn)定出水量和使用壽命 。因此洗井的好壞將直接 影響管井的出水量和井的壽命 。常用的方法有活塞 、 空壓機(jī) 、 沖孔器 、 水泵 、 CO2 洗井等幾種方法 。實(shí)踐表明 ,各種洗井方法都有它 優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件 , 其效果與含水層類型 、 泥漿粘 度 、 井管材質(zhì) 、 井身結(jié)構(gòu)以及井深等有密切關(guān)系 。只 有結(jié)合具體情況 ,選擇合適的方法才能取得較好的 洗井效果

7、 。筆者根據(jù)多年來(lái)的工作實(shí)踐 ,對(duì)上述幾 種洗井法的效能做出分析與總結(jié) ?；钊淳?1活塞洗井常用往復(fù)式活塞 ,活塞由包含向上開啟閥門或球閥的活塞體及膠皮板 、 膠皮圈 、 連接接手 構(gòu)成 ,活塞直徑一般小于井管內(nèi)徑 10 ～20 mm ?；?塞體上接鉆桿上下提拉 , 速度一般為 0165 ～1155收稿日期 :2006209229作者簡(jiǎn)介 :張子祥( 1963～) ,男 ,高級(jí)工程師 ,國(guó)家注冊(cè)巖土工程師 ,從

8、事水文地質(zhì)、 工程地質(zhì)、 災(zāi)害地質(zhì)、 煤田地質(zhì)工作。92 甘 肅 地 質(zhì) 第 15 卷其運(yùn)動(dòng)形式符合氣態(tài)方程 ,即 : 熱水井 ,深度達(dá) 2 000 m ,施工時(shí)間達(dá) 8 個(gè)月 ,施工中大量采用大比重泥漿 ,施工結(jié)束后進(jìn)行抽水試驗(yàn) ,水 位降深 48 m , 水量為 100 m3 / d , 單位涌水量 0102L /s1m ,遠(yuǎn)達(dá)不到鄰近鉆孔的水量 , 后分析認(rèn)為 , 由于該孔施工時(shí)間長(zhǎng)

9、 ,井壁地層的孔隙可能被泥漿堵塞 ,再次采用焦磷酸鈉洗井 , 洗井結(jié)束后 , 水位降深52 m ,單井出水量達(dá) 300 m3 / d , 單位涌水量 0106L /s1m ,洗井效果明顯 。PV = M R T μ式中 : P — — — 孔內(nèi)液柱的壓強(qiáng) ;V — — — 所需 CO2 氣體體積 ;T — — — CO2 的絕對(duì)溫度 (相當(dāng)于地下水溫度) ;μ — — — CO2 的摩爾分子量 ;R —

10、— — 氣體常數(shù) (01082 0at m· 1/ mol· K) 。 因此 CO2 的用量為 :聯(lián)合洗井 M = PVμ 7R T根據(jù)洗井實(shí)踐 ,式中壓強(qiáng) P 的數(shù)值只有在大于 孔內(nèi)液柱壓強(qiáng)及液體粘滯力的情況下 ,才能產(chǎn)生井噴 ,一般取值約為液柱壓強(qiáng)的 115 倍左右 。 計(jì)算中 CO2 氣體體積為預(yù)計(jì)井噴高度所占的 體積 ( V 1 ) 、 井口至靜水位井筒體積 ( V 2 ) 及輸送

11、CO2 高壓膠管從管閥門出口至靜水位處長(zhǎng)度內(nèi)所占 CO2 氣體體積 ( V 3 ) 3 項(xiàng)之和 。此外還要乘上鉆孔的不 均勻系數(shù) 112 。該方法對(duì)一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜 、 井壁穩(wěn)定 、 孔深在的200～800 m 的鉆孔較為適宜 , 并使洗井成本降低50 %～70 % ,洗井時(shí)間可以縮短一倍 。對(duì)于深度小 于 100 m 的淺井 、 井管強(qiáng)度低的水井及井壁穩(wěn)定性 差的裸眼井則不適用 。CO2 洗井 ,操作人員必須

12、離井口 20～30 m ,現(xiàn)場(chǎng) 設(shè)備應(yīng)用木板蓋好 ,防止井內(nèi)噴出的石塊傷人和打 壞設(shè)備 、 材料 。須制定相應(yīng)的安全措施 ,以保證生命 與設(shè)備安全 。聯(lián)合洗井方法是用 2 種或 3 種不同的機(jī)械洗井方法同時(shí)或先后相互配合 、 協(xié)同洗井是行之有效的 綜合方法 。主要有以下幾種方法 。711 空氣 、 活塞聯(lián)合洗井在孔氣混合器下部加一個(gè)洗井活塞 ,混合器下 至動(dòng)水位 3 m 以下 ,用空氣壓縮機(jī)通過(guò)鉆桿向井

13、內(nèi)送風(fēng) ,同時(shí)提拉活塞進(jìn)行抽洗 ,該方法多用于 100 m以上的深水井 ,若配合化學(xué)藥物則效果更為顯著 。712 活塞 、 高速射流聯(lián)合洗井在活塞上部連接沖孔器 ,用水泵向沖孔器內(nèi)壓 入清水產(chǎn)生高速噴射水流 ,上下提拉活塞 ,達(dá)到快速洗井的目的 。該方法對(duì)不下濾水管的基巖含水層效果好 、 效率高 。713 空氣 、 水泵注水聯(lián)合洗井在鉆孔中下入孔氣混合器和注水管 ,混合器在 注水管上部約 1 m 位置處

14、,用水泵將清水送至下部沖洗井壁和沉淀物 ,同時(shí)開動(dòng)空壓機(jī) ,由水氣混合物 將泥漿和沉砂排出 。該方法適用于含水層埋藏深 、井內(nèi)泥漿稠 、 涌砂 、 漏水嚴(yán)重的深井 。 焦磷酸鈉洗井 6結(jié)語(yǔ) 8 焦磷酸鈉洗井是利用水泵噴射井壁破壞泥皮 ,藥物再迅速溶解 、 分散泥皮 , 然后抽水排除井內(nèi)泥 漿 ,達(dá) 到 洗 井 目 的 。具 體 方 法 是 先 將 焦 磷 酸 鈉( Na4 P2

15、O7 10 H2 O) 溶解于熱水中 。其配方重量比為 :水∶ 焦磷酸鈉 = 100∶ 017 。灌入井內(nèi)的用量應(yīng)根據(jù)含 水層厚度 ,計(jì)算出井筒空間體積 ( 除去井管 、 礫料所占體積 ,礫料孔隙率按 30 %計(jì)算) ,依據(jù)計(jì)算的體積配制焦磷酸鈉水溶液 。若再加入適量的陰離子表面 活性劑烷基磺酸鈉 ,則更能加快泥皮的溶解 ,洗井效果更好 。 洗井前首先排漿 ,然后將配好的焦磷酸鈉水用 鉆桿自下而上泵入含水層段

16、或開采層段 ,先管外后 井內(nèi) ,靜置 5～6 h ,既可采用活塞洗井 。該方法對(duì)于施工時(shí)間長(zhǎng) ,含水地層顆粒較細(xì) ,滲 透性差的地層較為適用 。例如在西安施工的一地?zé)峥偵纤?,以地層顆粒粗細(xì)來(lái)分 ,粗顆粒地層可采用活塞或活塞和高速射流聯(lián)合洗井 ,細(xì)顆粒地層 則適宜用空壓機(jī) 、 或空壓機(jī)和高速射流聯(lián)合洗井 ;以 鉆孔結(jié)構(gòu)來(lái)分 ,復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鉆孔可采用 CO2 、 空壓機(jī)和高速射流聯(lián)合洗井 ; 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的鉆孔可用

17、前述的各種方法綜合選擇 ;以地下水位埋深來(lái)分 ,水位埋深 大的不宜用水泵 、 孔壓機(jī)洗井 ,水位埋深淺的選擇方法則可多樣 ,以井深和井壁條件來(lái)分 ,淺孔或井壁不 穩(wěn) 、 井管材質(zhì)不好的井則不宜用 CO2 洗井 , 向反則可用前述的各種方法擇優(yōu)選擇 ?？傊淳椒ǖ牟?用要結(jié)合地層 、 泥漿工藝 、 井的結(jié)構(gòu) 、 井管的材質(zhì) 、 含水層的埋深等因素做綜合考慮 ,依據(jù)具體條件選擇 一種和多種方法 ,達(dá)到預(yù)期效果