工艺技术_水井成井工艺技术概述

水井成井工艺CompletingWaterWells 内容 0 水井成井工艺井管冲孔 排渣 换浆与探孔下管填砾止水洗井抽水增产 思考 水井成井包括哪些程序 为什么要洗井 有哪些增产措施 水井成井工艺包括 钻孔结束后冲孔 换浆 安装井管 填砾 止水 洗井和试抽等工艺过程 成井目的 有选择地疏通和封闭含水层 将含水层 目的层 的水经过疏通而使其能够自由地流入井内 封闭或隔离非目的层 以防止地下含水层的水互相串通或污染含水层 0 水井成井工艺 1 井管 井管 由井壁管 过滤管和沉淀管等三部分组成 井壁管 内径应满足抽水设备的安装和正常抽水要求 若采用深井泵抽水时 安装泵管的井管内径应大于泵外径约50mm 过滤管 安装长度一般与含水层厚度大体一致 厚度超过30m时 可选用20 30m安装在主要含水层处 若含水层透水性很差时 可适当加长 观测孔采用2 3m即可 直径根据出水量确定 沉淀管 应与相连的过滤管同径 安装长度一般为4 6m 1 1井管连接井管采用丝扣或电焊连接 若使用其它方法连接时 应保证接头不错动或渗漏 井管连接成管柱后 轴心线应一致 管柱底端和过滤管部位应装设扶正器 确保管柱处在井孔中心位置 1 2井管性能基本要求 具有良好的强度 能承受地层和静水侧压力以及管柱自重产生的拉压力 能抵抗井水腐蚀 有较好的防腐蚀性能 无毒 无味 对井水不污染 溶于水中的有害物质含量低于国家规定指标 管身圆直 端口平整 连接牢固 密封良好 无渗漏 无残缺 无裂纹 1 3井管类型及选择井管类型 铸铁井管 钢质井管 玻璃钢井管 聚氯乙烯井管 PVC 井管类型选择 应根据地层 钻孔类型 孔深 孔径 设备能力 水质和经济性等参照表1 1选用 表1 1井壁管类型选择 1 4 1过滤管及要求滤水管 安装在不稳定的 但要求出水的含水层段 如砂层 岩石碎裂的断层带 保证自由而通畅的流水 阻止砂或碎岩进入井内 即滤水阻砂 1 4 1过滤管及要求要求 进水面积最大 足够机械强度 耐腐蚀 滤水阻砂能力 安装方便 成本低廉 取材容易 1 4 2过滤管类型及选择类型 骨架式滤水管 缠丝过滤管 桥式过滤管 聚氯乙烯 PVC 过滤管 玻璃钢过滤管 贴砾过滤管 笼状过滤 包网过滤管 裸眼过滤管 选择 应根据含水层类型 水质和孔深 参照表1 2 1 4 3骨架式过滤管骨架式滤水管是一种结构最简单的滤水管 其结构特点是在各种材料的井管上用钻孔 模压 焊割 铣切等方法 开有圆孔或条缝作为进水通路 骨架式滤水管除独立用作滤水管外 还常作为其它类型滤水管的骨架 滤水孔的形状 骨架式滤水管有三种型式 骨架式 圆孔滤水管结构图 圆孔滤水管 是在井管上利用钻床打眼加工制成 圆孔交错排列 如图所示 圆孔滤水管的圆孔直径d取决于滤水管的用途 若独立作为滤水管使用时 因滤水管直接与含水层颗粒接触 故d取决子含水层颗粒的大小及其均匀度 一般常为1 20mm左右 若作为其它类型滤水管的骨架 则d可取大些 孔间距a决定于d 一般a 2 5 3 0 d 钢质滤水管可制成孔隙率在30 以上 铸铁滤水管可在23 左右 石棉水泥滤水管则在15 16 结构简单 加工容易 孔隙率较大 抗压强度大 适用于破碎带或含砂量不大于10 的卵砾石的含水层中 骨架式 2条缝滤水管的条缝形式图 条缝的宽度取决于含水层的粒度 其标准宽度为 2 0 2 5 3 0 4 0mm 长度一般为150mm 各排条缝之间的距离为10 20mm 孔隙率较圆孔大 应用范围较广 粗砂 砾石 破碎带等含水层中 也可以做为其它类型滤水管的骨架 条缝式滤水管是在井管的管坯上采用模压 冲压 铣切或气割等方法加工而成 筋条滤水管 是在滤水管两接头间焊以直径为10 16mm的钢筋或三角形的钢条 围成圆柱形 长约3 4m 其内每隔一米左右焊一支撑圈 以增加其强度 筋条滤水管的特点 孔隙率大 可达40 60 过水能力强 叉节省材料 在国外筋条滤水管主要用于贴砾滤水管的骨架和缠丝滤水管的骨架 单独使用筋条滤水管的地层 是涌水量大而薄的 富有开采价值的含水层 如裂隙 溶洞等 筋条滤水管1 短管 2 筋条 3 支撑圈 1 4 4缠丝滤水管是在骨架滤水管外缠以金属丝而成 倘若骨架管是圆孔滤水管或条缝滤水管 为使水流通畅在管外每隔40 50mm焊上直径6mm的垫筋 然后再缠金属丝 金属丝的断面可以是梯形 圆形或三角形 以梯形为好 缠丝时 梯形上底向内 下底向外 使滤水孔断面呈 V 形 这种滤水孔既可减少砂粒堵塞 又有高的过水效率 缠丝滤水管1 钢筋 2 梯形滤水丝 1 4 5包网滤水管钢丝网 铜丝网 不锈钢丝网 聚氯乙烯塑料网 水文地质勘探临时抽水 包网滤水管1 骨架管 2 钢筋 3 包网 1 4 6砾石滤水管根据含水层颗粒 在骨架管和含水层之间充填砾石 骨架管 骨架滤水管 缠丝滤水管或特制 预制 筐状砾石滤水管和带罩砾石滤水管填料 人工填砾 操作简单 在我国使用普遍 砾石滤水管A 填充式 B 筐状砾石滤水管 C 带罩砾石滤水管1 滤水管骨架或网状滤水管 2 砾石填料 3 铁质填砾筐 4 外罩 贴砾滤水管 1 4 7 贴砾滤水管将砾料 粘合剂 石膏等物质 按一定比例在模具里加压 固化而成 特点 透水性好 缩小井径 在细颗粒含水层和深水井中使用 1 4 8 玻璃钢过滤管用玻璃纤维交织缠绕成表面呈网状结构的过滤管 有良好的防腐蚀性能 质量轻 强度较大 玻璃钢过滤管 1 4 9 塑料过滤管形式多 可以适用不同地层 成本低 成型快 适用面广 1 4 10其它类型滤水管石棉水泥滤水管 水泥砾石滤水管 炉渣水泥滤水管等 用于农业灌溉井 1 5过滤管选择 砂层 缠丝滤水管 贴粒滤水管裂隙基岩层 骨架滤水管稳定基岩 稳定溶洞或裂隙地层 裸眼选择 应根据含水层类型 水质和孔深 参照表1 2 表1 2过滤管类型及选择 续表1 2 续表1 2 2 成孔后冲孔 排渣 换浆与探孔 下管前的冲孔 排渣 换浆与探孔要求 应将冲孔钻杆下放到孔底 用大泵量冲孔排碴 待孔内岩碴排净后 将孔内冲洗液的粘度降低至18 20s 密度降低到1 1 1 15g cm3 若含水层护壁泥皮过厚时 可先用环状钢丝刷在含水层孔壁处上下提拉破坏孔壁泥皮后 再按上述要求进行冲孔 排渣 换浆 冲孔 排渣 换浆结束后 在下管前应进行探孔 所用探孔器直径比孔径小50 80mm 长度为1 5 2 5m 经探孔确认钻孔圆直 畅通无阻后 才可下管 下管后填砾前的冲孔排渣换浆 应采用管底外返水冲洗的方法进行 冲孔钻杆下端应带阻流塞 并使其坐落在沉淀管内的阻流座上 使冲孔液在过滤管以下流出管外冲洗钻孔 岩粉排净后 将孔内泥浆粘度降低至16 18s 密度调至1 03 1 1g cm3 3 下管 下管准备和基本要求 下管前应校正孔深 确定下管深度 过滤管长度和安装位置 按下管先后次序将井管逐根丈量 排列 编号 试扣 确保下管深度和过滤管安装位置准确无误 对井管逐根检查 不符合质量要求者不得下入孔内 过滤管的缠绕丝有错动者应进行修理使符合要求 对下管设备和工具进行检查 不符合安全要求者不准使用 3 1下管准备和基本要求 下管作业应统一指挥 互相配合 操作要稳要准 井管下放速度不宜太快 中途遇阻时不准猛墩硬提 可适当地上下提动和缓慢地转动井管 仍下不去时 应将井管提出 扫除孔内障碍后再下 下管期间应保持孔内液面到达孔口 若有下降应及时灌满 井管下完后 要用升降机将管柱吊直 并在孔口将其扶正 固定 表3 1下管方法选择 3 2下管工艺和操作要求螺纹连接的井管 丝扣要涂油 连接螺纹要上满拧紧 若螺纹配合不好 丝扣上歪或丝扣损坏时 不得勉强紧扣 要卸开重上或更换 电焊连接的井管 其两端应车平 并将一端倒角 焊接时 管口内外壁要对平 焊正 焊牢 必要时应采用拉力筋加固 4 填砾 填砾是在滤水管与含水层孔壁之间 填入大于含水层砂粒直径的砾石材料 造成一个人工过滤层 以增大出水量 这一工序必须在下完井管后立即进行 如拖延时间过长 则易造成孔壁坍塌 涌砂 缩径等现象 严重时会造成钻孔报废 因此 必须及时认真做好填砾工作 在滤水管与孔壁之间形成一个人工过滤层 经过洗井和抽水试验后 使砾料颗粒有规律地进行排列 即由滤水管向外砾料逐渐由大变小 以增大滤水管外的滤水性能 减少进水时的水头损失 可增大单井出水量 由于人工过滤层的形成 可防止含水层中细小砂砾涌进管内起挡砂滤水作用 故可延长水井使用寿命 平衡井壁与井管之间的力学状态 4 1砾料的选择砾料的规格 形状和材质 直接影响人工过滤层的透水性和井水中的含砂量 为增加水井出水量 延长水井使用寿命 必须合理选择砾料 正确的选择砾料规格是减少涌砂 取得最大出水量的基本保证 合理的砾料规格 必须通过对含水砂层的筛分资料来确定 砾料颗粒的大小决定填砾层的滤水性能 根据试验证明 砾料与含水砂层颗粒间的合理级配关系为 砾料直径D50应为含水砂层粒径d50的6 10倍 即 当比值过大时渗透性能好 挡砂作用差 水中含砂量大 细颗粒易堵塞间隙 比值过小挡砂作用好 但砂层中的细砂冲不走堆积在砾料周围 使进水阻力增加 渗透性能差 选择填砾规格时 可参考表4 1 表4 1选择填砾规格 4 2砾料形状 材质及填砾厚度 高度砾料形状以浑圆状为佳 浑圆状砾料具有较高的透水性和阻挡砂砾的能力 带有棱角的人工碎石 往往造成井水中含砂量增加 砾料的材质以坚硬 不易被腐蚀的石英砂砾为好 增大填砾层的厚度 扩大人工过滤层范围 可增大水井的出水量 因此 在条件允许时 应尽量加大填砾厚度 一般填砾厚度为75 100mm 填砾高度 应考虑洗井 抽水过程中砾料会密实下沉 一般下沉1 5 1 10 填砾高度应超过含水层顶板 超过的高度应根据含水层的具体条件来确定 一般要求超过含水层顶板3 5m 若被开采含水层靠近咸淡水界面时 填砾高度要低于咸淡水界面5m以上 填砾量的计算 孔内所需砾料的数量可用下式计算 Q 0 85 D2 d2 LK式中 Q 填砾所需数量 m3 D 孔径 m d 井管直径 m L 填砾孔段的长度 m K 超径系数一般取 1 2 1 5 5 止水 为了对目的含水层以外的其它含水地层或非含水层进行封闭与隔离 以防止对目的含水层的干扰或污染 为此目的而进行的处理工作称为止水 水文地质钻孔和供水钻孔一般均采用套管隔离的方法进行止水 在止水位置用止水材料封闭套管与孔壁之间的间隙 选用的止水材料必须符合经济 耐久 可靠的原则 常用的止水材料有下列几种 海带具有柔软 遇水膨胀 压缩后不透水 气等性能 海带遇水后两小时内体积剧增 四小时趋于稳定 膨胀后体积增大 3 4倍 因此 多用在松散地层与基岩钻孔中作临时性止水材料 选用的海带以肉厚 叶宽 体长者为好 橡胶具有弹性和对水气不渗透的特性 将其制成一定几何形状如胶球 胶圈 胶囊等 固定在止水管外部 进行压缩 充气或充水等方法使之膨胀 将止水管与孔壁环状间隙封闭 从而达到止水目的 橡胶止水一般适用于较完整的基岩孔或探采结合孔的管内临时止水 在松散地层中也可使用 粘土具有一定粘结力和抗剪强度 压实后具有不透水性 可在一些地下水承压不高 流量不大松散地层或基岩中作永久止水材料 其优点是操作方便 成本低 止水效果可靠等 使用时多将粘土搓成直径30 40mm的小球 经阴干后投入孔内 投入厚度一般为3 5m 水泥具有良好的隔水性 能在水中硬化 并且与孔壁岩石有一定的胶结力 是一种很好的永久止水材料 粘土球为填止水 1 粘土球必须揉实 风干 投入速度不宜过快 以防中途堵塞 并以大小不同直径的粘土球混杂投入 以缩小粘土之间的空隙 在投的过程中要经常测量孔深 如发现中间架桥要及时处理 投球结束后 再投入1 2m粘土碎块 以使其遇水溶化后充填在粘土球间隙中 以增强止水效果 2 填砾后 要用提筒或活塞进行提 拉洗井以使砾料沉实 然后再进行粘土球围填止水 粘土球为填止水1 井管 2 粘土球 3 砾料 4 滤水管 5 沉淀管 6 洗井 6 1洗井的目的 洗井 清除井壁上的泥皮 把深入到含水层中的泥浆抽吸出来 恢复含水层的孔隙 甚至抽出含水层的一部分细颗粒 扩大含水层的孔隙 形成人工过滤层 清除在钻进过程中孔内岩屑和泥浆对含水层的封闭 抽出滤水管周围含水层中的泥土 粉砂 细砂以疏通水路 在滤水管周围形成一层由粗到细的良好的人工滤水层 以增大滤水管周围的渗透性能 使其达到应有的出水量和使用寿命 洗井工作必须在下管 填砾 止水后立即进行 以防止因停置时间过长 井壁泥皮硬化 造成洗井困难 影响钻井的出水量 6 2洗井方法 活塞洗井 压缩空气洗井 喷射洗井 物理化学洗井 喷嘴反冲洗井空气激荡洗井喷射洗井 7 抽水试验 抽水试验 获取水量 水位 水质和水温 抽水试验设备 提桶 抽桶 离心泵 深井泵 潜水泵 射流泵 空气压缩机 水量测量测量水量的工具有量水堰 量水箱 水表等 在水文地质勘探工作中最常用的是量水堰 堰口为一顶角向下的直角等腰三角形 堰口高35cm 堰箱长2m 宽1m 高0 8m 堰箱内设有挡水板 以使水面平稳 堰口旁设有带刻度的标尺 用以观测水流的高度 抽水时 井水注入堰箱 经挡水板由堰口流出 水流流经堰口时的高度H 可由标尺读出 然后用公式计算出水量 三角堰1 三角堰 2 水位标尺 3 挡水板 8 增加出水量