第四章第三節(jié)填礫

1、 第三節(jié)第三節(jié) 填礫填礫 將選好的礫料投入過濾器與井壁之間的環(huán)狀間隙中，這將選好的礫料投入過濾器與井壁之間的環(huán)狀間隙中，這一工序稱為一工序稱為填礫填礫。 填礫的目的是在濾水管與井壁之間形成人工過濾層。此填礫的目的是在濾水管與井壁之間形成人工過濾層。此人工過濾層可以增大濾水管四周的孔隙率和透水性，減小進人工過濾層可以增大濾水管四周的孔隙率和透水性，減小進水時的水頭損失，以增加單井出水量。同時，可以起濾水擋水時的水頭損失，以增加單井出水量。同時，可以起濾水擋砂作用，以防止含水層中的細小砂粒涌進濾水管內(nèi)。因此，砂作用，以防止含水層中的細小砂粒涌進濾水管內(nèi)。因此，可以延長水井的使用壽命?？梢匝娱L水井的

2、使用壽命。 一、礫料的選擇一、礫料的選擇 選擇礫料時，應確定：礫料的均勻度、礫料的質(zhì)量和礫選擇礫料時，應確定：礫料的均勻度、礫料的質(zhì)量和礫料的直徑。料的直徑。 1 1礫料的均勻度礫料的均勻度 礫料的均勻度主要涉及用一種規(guī)格的礫料還是多種規(guī)格的礫料的均勻度主要涉及用一種規(guī)格的礫料還是多種規(guī)格的礫料，室內(nèi)試驗證明了均勻礫料無論在滲透性和孔隙度上皆優(yōu)礫料，室內(nèi)試驗證明了均勻礫料無論在滲透性和孔隙度上皆優(yōu)于混合礫料。于混合礫料。 選擇礫石的均勻度應從增大地層滲透性、擋砂效果和經(jīng)濟選擇礫石的均勻度應從增大地層滲透性、擋砂效果和經(jīng)濟性統(tǒng)一考慮。每一地層的礫料有一個標準直徑，但要規(guī)定誤差性統(tǒng)一考慮。每一地層

3、的礫料有一個標準直徑，但要規(guī)定誤差范圍，推薦誤差范圍為范圍，推薦誤差范圍為8%8%。例如，礫料直徑為。例如，礫料直徑為3mm3mm時，應采用時，應采用3.24mm3.24mm和和2.76mm2.76mm兩種篩網(wǎng)過篩。兩種篩網(wǎng)過篩。2 2礫料的質(zhì)量礫料的質(zhì)量 礫料應該是干凈的、滾圓的、光滑的砂礫。不應采用機礫料應該是干凈的、滾圓的、光滑的砂礫。不應采用機械破碎的巖石顆粒。械破碎的巖石顆粒。 礫料應由硅質(zhì)組成，其它石灰質(zhì)、頁巖和石膏質(zhì)的顆粒礫料應由硅質(zhì)組成，其它石灰質(zhì)、頁巖和石膏質(zhì)的顆粒含量最多不超過含量最多不超過15%15%。在深井和熱水井中的礫料，如果雜質(zhì)。在深井和熱水井中的礫料，如果雜質(zhì)較多

4、，應將礫料進行酸處理后再填礫。較多，應將礫料進行酸處理后再填礫。 3 3礫料的直徑礫料的直徑 正確地選擇礫料的直徑是填礫成功的基本條件。通過大正確地選擇礫料的直徑是填礫成功的基本條件。通過大量的室內(nèi)試驗和野外現(xiàn)場觀察，礫料直徑量的室內(nèi)試驗和野外現(xiàn)場觀察，礫料直徑= =（4848）含水層砂）含水層砂粒直徑，以粒直徑，以6 6為最佳。為最佳。1 1填礫厚度填礫厚度 增大填礫厚度，擴大具有良好透水性能的人工過濾層的增大填礫厚度，擴大具有良好透水性能的人工過濾層的范圍，可以增加水井的出水量。故在施工條件許可時，應適范圍，可以增加水井的出水量。故在施工條件許可時，應適當加大填礫厚度。一般填礫厚度約為當加

5、大填礫厚度。一般填礫厚度約為75100mm75100mm。為此，要求。為此，要求井的終孔直徑比濾水管外徑大井的終孔直徑比濾水管外徑大150200mm150200mm。2 2填礫高度填礫高度 在確定填礫高度時，應考慮到洗井抽水過程中，礫料會在確定填礫高度時，應考慮到洗井抽水過程中，礫料會震實下沉（一般可下沉填礫高度的震實下沉（一般可下沉填礫高度的1/101/10左右）。管外礫料高左右）。管外礫料高度應當超過含水層頂板，其超過的高度，應根據(jù)含水層的條度應當超過含水層頂板，其超過的高度，應根據(jù)含水層的條件來定。一般情況下填礫應高出含水層件來定。一般情況下填礫應高出含水層2 23m3m。 二、填礫厚度

6、和高度二、填礫厚度和高度1 1靜水填礫法靜水填礫法 填礫時，井孔中的沖洗液處于相對填礫時，井孔中的沖洗液處于相對靜止狀態(tài)，故稱靜水填礫法，此法適用靜止狀態(tài)，故稱靜水填礫法，此法適用于淺井和穩(wěn)定的含水層。于淺井和穩(wěn)定的含水層。 填礫時，應均勻地由井管四周填入填礫時，應均勻地由井管四周填入（見圖（見圖3-1-753-1-75），填入的速度不宜太快，），填入的速度不宜太快，以防礫料中途堵塞而出現(xiàn)以防礫料中途堵塞而出現(xiàn)“塔橋塔橋”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。當投入部分礫料后，由于礫粒下降，形當投入部分礫料后，由于礫粒下降，形成井管內(nèi)外壓力差，迫使井管內(nèi)的泥漿成井管內(nèi)外壓力差，迫使井管內(nèi)的泥漿外溢，此時填礫速度可稍快一

7、些。外溢，此時填礫速度可稍快一些。 三、填礫方法三、填礫方法2 2注水填礫法注水填礫法 將鉆具下入井管內(nèi)，密封管口將鉆具下入井管內(nèi)，密封管口（圖（圖3-1-763-1-76）開泵送水。沖洗液被）開泵送水。沖洗液被壓入井管內(nèi)，并通過濾水管進入井壓入井管內(nèi)，并通過濾水管進入井管與井壁之間的環(huán)狀間隙內(nèi)，然后管與井壁之間的環(huán)狀間隙內(nèi)，然后從井口返出。從井口返出泥漿的粘從井口返出。從井口返出泥漿的粘度達度達18s18s左右時，即可邊送水、邊左右時，即可邊送水、邊圍填礫料。這種填礫方法因有沖洗圍填礫料。這種填礫方法因有沖洗液循環(huán)，可以減少礫料在中途填塞液循環(huán)，可以減少礫料在中途填塞的機會。的機會。 3 3

8、抽水填礫法抽水填礫法 抽水填礫是利用空壓機抽水填礫是利用空壓機（見圖（見圖3-1-773-1-77），進行反循環(huán)），進行反循環(huán)抽水，同時在井管外部進行投抽水，同時在井管外部進行投礫，礫料隨著反循環(huán)水流而高礫，礫料隨著反循環(huán)水流而高速下降，沉落在濾水管周圍。速下降，沉落在濾水管周圍。 這種方法圍填的礫石比較這種方法圍填的礫石比較密實，填礫速度快。另外，抽密實，填礫速度快。另外，抽水填礫法還可將井底大量的巖水填礫法還可將井底大量的巖屑和稠泥漿吸入井管內(nèi)，并被屑和稠泥漿吸入井管內(nèi)，并被抽出井外，有利于沖孔洗井。抽出井外，有利于沖孔洗井。 第四節(jié)第四節(jié) 止水止水 為了一定的目的，在井孔中隔離個別巖層的

9、工作稱為為了一定的目的，在井孔中隔離個別巖層的工作稱為止水止水。 在水文地質(zhì)勘探鉆孔中，止水的目的是隔離各含水層在水文地質(zhì)勘探鉆孔中，止水的目的是隔離各含水層或漏失帶，防止各含水層之間相互串通干擾，以便正確評或漏失帶，防止各含水層之間相互串通干擾，以便正確評價水文地質(zhì)條件。價水文地質(zhì)條件。 在供水井中，止水的目的是隔離有害含水層和地表水，在供水井中，止水的目的是隔離有害含水層和地表水，以保證井水不受污染。有時為了合理利用地下水，需要分以保證井水不受污染。有時為了合理利用地下水，需要分層開發(fā)，亦需進行止水工作。層開發(fā)，亦需進行止水工作。 止水工作是根據(jù)孔內(nèi)試驗的要求和地層情況止水工作是根據(jù)孔內(nèi)試

10、驗的要求和地層情況 ，采用，采用合適的止水材料來封閉套管（或井管）與含水層井壁之合適的止水材料來封閉套管（或井管）與含水層井壁之間的間隙。間的間隙。止水的方式方法很多，概括起來可分為：止水的方式方法很多，概括起來可分為：臨時止水臨時止水永久止水永久止水。 一、臨時止水一、臨時止水 在一個鉆孔中，對兩個以上的目的層（含水層）僅進在一個鉆孔中，對兩個以上的目的層（含水層）僅進行水文地質(zhì)試驗與測試時，或該目的層取完資料后并無保行水文地質(zhì)試驗與測試時，或該目的層取完資料后并無保存鉆孔必要時，在目的層之間采用的臨時性止水方法。存鉆孔必要時，在目的層之間采用的臨時性止水方法。 臨時止水材料除要求可靠性、不

11、污染地下水外，還應臨時止水材料除要求可靠性、不污染地下水外，還應有利于套管的起拔。有利于套管的起拔。 常用的止水材料有：海帶、桐油石灰、橡膠制品等。常用的止水材料有：海帶、桐油石灰、橡膠制品等。1 1海帶止水海帶止水 由于海帶具有柔軟、遇水膨脹、壓縮后對水氣不滲透等性由于海帶具有柔軟、遇水膨脹、壓縮后對水氣不滲透等性能。因此，多用于松散地層與較穩(wěn)固的隔水層處的臨時止水中。能。因此，多用于松散地層與較穩(wěn)固的隔水層處的臨時止水中。 海帶止水的最主要優(yōu)點：起拔套管時，海帶容易被破壞，海帶止水的最主要優(yōu)點：起拔套管時，海帶容易被破壞，因而減少了起拔套管的阻力。因而減少了起拔套管的阻力。2 2桐油石灰止

12、水桐油石灰止水 桐油石灰混合物。具有良好的粘性、塑性及不滲水性。桐桐油石灰混合物。具有良好的粘性、塑性及不滲水性。桐油和石灰的重量比稱油灰比，隨著油灰比值的增加，其粘性和油和石灰的重量比稱油灰比，隨著油灰比值的增加，其粘性和塑性也隨之增加，但干涸時間也延長。一般油灰比為塑性也隨之增加，但干涸時間也延長。一般油灰比為13131515。 使用桐油石灰止水，取材容易，成本低廉，安全可靠，所使用桐油石灰止水，取材容易，成本低廉，安全可靠，所以是較好的止水材料。以是較好的止水材料。 3 3像膠制品止水像膠制品止水 橡膠材料具有彈性和對水、氣不滲透的特性，因此，將橡膠材料具有彈性和對水、氣不滲透的特性，因

13、此，將橡膠材料制成一定幾何形狀橡膠材料制成一定幾何形狀球形、膠圓、膠囊等，固定球形、膠圓、膠囊等，固定于止水管外部。使用時，進行機械壓縮、充水或充氣等方法于止水管外部。使用時，進行機械壓縮、充水或充氣等方法使之膨脹，即可將止水管與井壁環(huán)狀間隙封閉，達到止水目使之膨脹，即可將止水管與井壁環(huán)狀間隙封閉，達到止水目的。的。 永久止水用于供水井中。主要封閉有害含水層，以防止水永久止水用于供水井中。主要封閉有害含水層，以防止水質(zhì)惡化。通常采用粘土、水泥等永久性材料。質(zhì)惡化。通常采用粘土、水泥等永久性材料。1 1粘土止水粘土止水 粘土是具有一定粘結(jié)力的抗剪強度，壓實后又具有不滲透粘土是具有一定粘結(jié)力的抗剪

14、強度，壓實后又具有不滲透水性，且經(jīng)濟實用、來源廣泛。適用于松散地層填礫成井的大水性，且經(jīng)濟實用、來源廣泛。適用于松散地層填礫成井的大直徑生產(chǎn)井、抽水試驗孔或長期觀測孔。直徑生產(chǎn)井、抽水試驗孔或長期觀測孔。 粘土止水常將粘土合成小球圍填于鉆孔和套管之間，下桿粘土止水常將粘土合成小球圍填于鉆孔和套管之間，下桿搗實；或先投入鉆孔內(nèi)，然后下入帶木塞的套管將粘土擠在套搗實；或先投入鉆孔內(nèi)，然后下入帶木塞的套管將粘土擠在套管與孔壁之間。當鉆孔很深時，也可將粘土合成稠泥狀灌入井管與孔壁之間。當鉆孔很深時，也可將粘土合成稠泥狀灌入井管外的間隙中。管外的間隙中。二、永久止水二、永久止水2 2水泥止水水泥止水 水

15、泥在水中硬化，將井管與井壁間的巖石結(jié)合在一起，水泥在水中硬化，將井管與井壁間的巖石結(jié)合在一起，具有較高強度和良好的隔水性能。因此，廣泛應用于永久性具有較高強度和良好的隔水性能。因此，廣泛應用于永久性止水的水井中。止水的水井中。 利用水泥止水，大多采用將水泥合成水泥漿，利用泥漿利用水泥止水，大多采用將水泥合成水泥漿，利用泥漿泵泵入到井管與孔壁之間。泵泵入到井管與孔壁之間。 止水工作完畢后，一定要進行止水工作完畢后，一定要進行質(zhì)量檢查，以保證所取得資料的準質(zhì)量檢查，以保證所取得資料的準確性。檢查止水方法很多，主要有：確性。檢查止水方法很多，主要有：1.1.水位差檢查法水位差檢查法 當止水物發(fā)生效用

16、后，管內(nèi)外當止水物發(fā)生效用后，管內(nèi)外靜止水位即發(fā)生變化，如圖靜止水位即發(fā)生變化，如圖5.25.21919所示。如果相鄰的含水層壓力相差所示。如果相鄰的含水層壓力相差不大，可以采用向某一含水層抽水不大，可以采用向某一含水層抽水或注水，測量含水層的靜水位有無或注水，測量含水層的靜水位有無變化來檢查止水質(zhì)量。變化來檢查止水質(zhì)量。 三、止水質(zhì)量的檢查三、止水質(zhì)量的檢查2 2泵壓法檢查止水效果泵壓法檢查止水效果 在抽水前不打開水管下部的在抽水前不打開水管下部的擋板，而向止水物中間注水，如擋板，而向止水物中間注水，如耗水量小于規(guī)定數(shù)量則認為止水耗水量小于規(guī)定數(shù)量則認為止水有效。如圖有效。如圖5.25.21

17、010所示。所示。3 3食鹽擴散檢查法食鹽擴散檢查法 利用食鹽溶液與淡水電阻率利用食鹽溶液與淡水電阻率不同，人為地在某一含水層加入不同，人為地在某一含水層加入食鹽。用電測法來測定兩含水層食鹽。用電測法來測定兩含水層的電阻率變化，判定止水質(zhì)量。的電阻率變化，判定止水質(zhì)量。 第五節(jié)第五節(jié) 洗井洗井一、洗井的意義及其基本原理一、洗井的意義及其基本原理 當前所采用的鉆井方法，都會對鉆孔周圍的含水層產(chǎn)生不當前所采用的鉆井方法，都會對鉆孔周圍的含水層產(chǎn)生不同程度的損害。常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進時，若采用泥漿作為循環(huán)介質(zhì)，同程度的損害。常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進時，若采用泥漿作為循環(huán)介質(zhì)，堵塞尤為嚴重。堵塞尤為嚴重。 清除井壁上的泥

18、皮，并把深入到含水層中的泥漿抽吸出來，清除井壁上的泥皮，并把深入到含水層中的泥漿抽吸出來，恢復含水層的孔隙；進而抽洗出含水層中一部分細小顆粒，擴恢復含水層的孔隙；進而抽洗出含水層中一部分細小顆粒，擴大含水層的孔隙而形成一個人工過濾層。這個高滲透率的人工大含水層的孔隙而形成一個人工過濾層。這個高滲透率的人工過濾層的形成工作過程，過濾層的形成工作過程，叫做洗井叫做洗井。 通過洗井，要達到：通過洗井，要達到：（1 1）清除任何鉆進方法所不可避免的）清除任何鉆進方法所不可避免的“泥皮影響泥皮影響”。松開濾水管周圍的砂層，使其恢復失去的孔隙率。松開濾水管周圍的砂層，使其恢復失去的孔隙率。（2 2）洗去含

19、水層中的細砂，提高水井附近含水層的滲）洗去含水層中的細砂，提高水井附近含水層的滲透率；透率；（3 3）在濾水管周圍形成滲透性由高變低的自然的圓環(huán)）在濾水管周圍形成滲透性由高變低的自然的圓環(huán)帶。帶。 洗井基本原理：洗井基本原理： 是利用水在濾水管向含水層部位產(chǎn)是利用水在濾水管向含水層部位產(chǎn)生反復流動，就像洗衣機洗掉污垢一樣。生反復流動，就像洗衣機洗掉污垢一樣。如果使水僅一個方向流動，就會產(chǎn)生如如果使水僅一個方向流動，就會產(chǎn)生如圖圖5.25.22222所示的現(xiàn)象。細砂在粗砂之所示的現(xiàn)象。細砂在粗砂之間架起了砂橋。這種砂橋影響細砂的進間架起了砂橋。這種砂橋影響細砂的進一步清除和濾層的穩(wěn)定。因此，有效

20、的一步清除和濾層的穩(wěn)定。因此，有效的洗井活動需要使水從濾水孔中流進流出，洗井活動需要使水從濾水孔中流進流出，從而破壞砂群的架橋。從而破壞砂群的架橋。 洗井的方法很多，下面介紹幾個常用的洗井方法。洗井的方法很多，下面介紹幾個常用的洗井方法。1 1活塞洗井活塞洗井 國內(nèi)常將活塞安裝在鉆桿上，并下入到井管內(nèi)濾水管國內(nèi)常將活塞安裝在鉆桿上，并下入到井管內(nèi)濾水管部位，利用升降機上、下活動鉆具，使鉆桿活塞在濾水管部位，利用升降機上、下活動鉆具，使鉆桿活塞在濾水管內(nèi)上下往復運動，從而產(chǎn)生抽吸及水擊作用，破壞填礫層內(nèi)上下往復運動，從而產(chǎn)生抽吸及水擊作用，破壞填礫層外的泥皮及疏通含水層通道。外的泥皮及疏通含水層

21、通道。二、洗井方法二、洗井方法 這種活塞在填礫層中造成的水力沖擊是較大的，甚至引這種活塞在填礫層中造成的水力沖擊是較大的，甚至引起礫料來回翻騰、礫料重新排列壓實。這種操作方法在國內(nèi)起礫料來回翻騰、礫料重新排列壓實。這種操作方法在國內(nèi)收到良好的效果。圖收到良好的效果。圖5.25.22323為國內(nèi)常用的活塞，圖為國內(nèi)常用的活塞，圖5.25.22424為國外用的活塞。為國外用的活塞。2 2壓縮空氣激蕩洗井壓縮空氣激蕩洗井 該洗井法是用高壓空氣間歇該洗井法是用高壓空氣間歇地向井內(nèi)猛烈噴射，借以破壞井地向井內(nèi)猛烈噴射，借以破壞井壁泥皮。洗井時，可按同心式安壁泥皮。洗井時，可按同心式安裝風管和揚水管，如圖

22、裝風管和揚水管，如圖12-1512-15所所示。示。在淺水井中，可先將風管伸出揚水管外在淺水井中，可先將風管伸出揚水管外1 12m2m，然后猛，然后猛開貯滿高壓空氣氣罐的氣閥，使大量高壓空氣射入井內(nèi)，開貯滿高壓空氣氣罐的氣閥，使大量高壓空氣射入井內(nèi)，將泥皮沖破，使泥漿和細砂隨即涌入井內(nèi)，然后將風管提將泥皮沖破，使泥漿和細砂隨即涌入井內(nèi)，然后將風管提入揚水管內(nèi)，繼續(xù)向井內(nèi)送入壓縮空氣，進行抽水沖洗。入揚水管內(nèi)，繼續(xù)向井內(nèi)送入壓縮空氣，進行抽水沖洗。在深井中，因受空氣壓縮機額定風壓的限制，風管不在深井中，因受空氣壓縮機額定風壓的限制，風管不能伸出揚水管外，可間歇地向揚水管內(nèi)送入壓縮空氣，使能伸出揚

23、水管外，可間歇地向揚水管內(nèi)送入壓縮空氣，使井內(nèi)水位發(fā)生激烈震蕩、數(shù)次震蕩后，即可連續(xù)送風抽水。井內(nèi)水位發(fā)生激烈震蕩、數(shù)次震蕩后，即可連續(xù)送風抽水。 3 3噴射洗井噴射洗井 在國外，利用噴射嘴向井壁在國外，利用噴射嘴向井壁噴水來達到洗井的目的是經(jīng)常采噴水來達到洗井的目的是經(jīng)常采用的方法。噴嘴是硬質(zhì)合金制成用的方法。噴嘴是硬質(zhì)合金制成的。高壓水使濾水管外的礫石發(fā)的。高壓水使濾水管外的礫石發(fā)生旋渦移動，從而使礫石重新排生旋渦移動，從而使礫石重新排列，達到洗井目的。這種方法不列，達到洗井目的。這種方法不但用于洗井，而且用于修井和老但用于洗井，而且用于修井和老井的修復。井的修復。 4二氧化碳洗井二氧化碳

24、洗井 常溫時將凈化后的二氧化碳氣體，施加壓力達常溫時將凈化后的二氧化碳氣體，施加壓力達7mpa后所變后所變成液態(tài)物質(zhì)，它被裝在專用的鋼瓶中。洗井時將鋼瓶用高壓管成液態(tài)物質(zhì)，它被裝在專用的鋼瓶中。洗井時將鋼瓶用高壓管線連接在井內(nèi)鉆桿上，打開閥門將線連接在井內(nèi)鉆桿上，打開閥門將co2輸入井內(nèi)后，由于壓強輸入井內(nèi)后，由于壓強降低，降低，co2由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，體積急劇膨脹，在管內(nèi)水柱的壓由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，體積急劇膨脹，在管內(nèi)水柱的壓力下，開始向濾水管四周水域迅速滲透，產(chǎn)生大范圍的沖刷力。力下，開始向濾水管四周水域迅速滲透，產(chǎn)生大范圍的沖刷力。具有混合、溶解、稀釋和分化泥漿和泥皮的作用，使已部分疏具有混合

25、、溶解、稀釋和分化泥漿和泥皮的作用，使已部分疏通的含水段范圍迅速擴展，并將泥漿和細顆粒物質(zhì)排向井外較通的含水段范圍迅速擴展，并將泥漿和細顆粒物質(zhì)排向井外較遠的地方，起到了疏散的作用。遠的地方，起到了疏散的作用。與此同時，與此同時，co2沿井管向上運動與水柱混合，產(chǎn)生低沿井管向上運動與水柱混合，產(chǎn)生低比重的氣水混合物，管口便發(fā)生泉涌現(xiàn)象，隨著管內(nèi)水柱比重的氣水混合物，管口便發(fā)生泉涌現(xiàn)象，隨著管內(nèi)水柱長度減少，當管內(nèi)強大的長度減少，當管內(nèi)強大的co2氣柱壓力足以抬起管內(nèi)上部氣柱壓力足以抬起管內(nèi)上部剩余水柱時，剩余水柱時，co2膨脹加快，便發(fā)生井噴現(xiàn)象，呼嘯而出膨脹加快，便發(fā)生井噴現(xiàn)象，呼嘯而出的水柱直上塔頂，有時高達數(shù)十米，這種由于的水柱直上塔頂，有時高達數(shù)十米，這種由于co2氣和管氣和管內(nèi)外壓力差造成的井噴，使管內(nèi)壓力急劇下降，在管內(nèi)外內(nèi)外壓力差造成的井噴，使管內(nèi)壓力急劇下降，在管內(nèi)外強大壓力差作用下，使被疏散開的泥皮及細小顆粒帶入管強大壓力差作用下，使被