成井工藝對(duì)出水量的影響

成井工藝對(duì)出水量的影響

0井位選擇及影響近年來(lái)，山西省有許多水源保護(hù)項(xiàng)目，主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面：（1）一些礦業(yè)公司替代水源保護(hù)項(xiàng)目的；（2）省政府新農(nóng)村移民項(xiàng)目新水源保護(hù)項(xiàng)目；（3）農(nóng)業(yè)土地綜合開(kāi)發(fā)和水源保護(hù)項(xiàng)目的分類(lèi)；（4）由市土壤資源和稅務(wù)秘書(shū)處和財(cái)政廳特殊金融資源支持的“自然災(zāi)害飲用水救援水井建設(shè)項(xiàng)目”。（5）住宅供水水網(wǎng)建設(shè)和水源保護(hù)項(xiàng)目；（6）各種恒溫水力發(fā)電開(kāi)采和挖掘項(xiàng)目。我院目前設(shè)有15個(gè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)實(shí)體,其中,水源勘察公司與晉源鉆井公司主要從事各類(lèi)水井施工,其他生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)實(shí)體也完成部分水井施工項(xiàng)目。全院每年完成各類(lèi)水源井30口左右,鉆井工作量15000～18000m。成井深度一般在300～1000m之間,少部分地?zé)衢_(kāi)采井,井深達(dá)到2000m以上。承擔(dān)的水井主要類(lèi)型有砂巖裂隙型和巖溶(奧灰)裂隙型深水井。表1為我院近幾年水井施工情況。在水井市場(chǎng)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中,大部分水井地處泉域徑流帶、排泄帶上,或者位于斷層導(dǎo)水帶上,這類(lèi)水井按照常規(guī)的鉆井成井工藝進(jìn)行施工,一般都能滿足合同要求,這是我們從事水井施工實(shí)體賴以生存的基本保證。此外、每年總會(huì)有2～3口含水條件比較差的水井,雖然合同要求出水量較少,合同單價(jià)卻較高,但其成井風(fēng)險(xiǎn)相當(dāng)大。對(duì)于這類(lèi)水井項(xiàng)目,除了在選擇井位方面下功夫外,還必須在鉆井成井工藝及含水層保護(hù)方面采取相應(yīng)的措施,否則,會(huì)因不能達(dá)到合同出水量要求而蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。筆者將結(jié)合山西省萬(wàn)家寨引黃入晉工程北干線水源井及山西興縣華潤(rùn)聯(lián)盛峁底煤業(yè)有限公司水源井工程,分析成井工藝對(duì)出水量的影響,以及確保出水量而采取的技術(shù)措施,供同仁們參考。1萬(wàn)家寨引入黃金北線建設(shè)水源儲(chǔ)水工程1.1第四系中奧陶系碳質(zhì)井2009年3月我院通過(guò)競(jìng)標(biāo)程序獲得了“山西省萬(wàn)家寨引黃入晉工程北干線水源井及配套工程Ⅲ標(biāo)段”施工任務(wù)。工程內(nèi)容包括:井位選擇(建井方指定區(qū)域)、水井施工、深井泵配套、井場(chǎng)變壓器購(gòu)置安裝(高壓部分由建井方接至井場(chǎng))、井場(chǎng)值班房、井口土建及圍墻、大門(mén)建造。合同要求:出水量20～30m3/h;鑿井深度550～600m;水質(zhì)要求基本符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。該井揭露的地層比較簡(jiǎn)單。松散層由第四系的Q3、Q2以及第三系的N2組成;基巖層由中奧陶系的O2s、O2x以及下奧陶系的O1l、O1y組成。該井基本情況如表2所示。在該工程實(shí)施之前,2007年某鉆井隊(duì)在我院選定的井位東南約200m處鉆鑿深井一眼,井深550m,終孔層位為下奧陶系冶里組,由于鉆井事故及鉆井成井工藝等方面的原因,經(jīng)抽水為干井。2008年,晉北某縣鑿井隊(duì)在我院選定的井位正東約100m,鉆鑿深井一眼,井深430m,終孔層位中奧陶系下馬家溝組,采用泥漿護(hù)孔、牙輪鉆進(jìn)(無(wú)加壓鉆鋌),經(jīng)過(guò)試抽水,其出水量?jī)H10m3/h,一天之后,不再出水,仍是一眼干井。1.2水保施工風(fēng)險(xiǎn)(1)在選擇井位方面,由于附近先后施工的2眼水井均為干井,選擇井位存在著很大風(fēng)險(xiǎn)。要求我們?cè)诮ň街付ǖ膮^(qū)域內(nèi),必須找到斷層、次生斷層干擾帶等有利的含水構(gòu)造。(2)在含水層鉆進(jìn)方面:為了避免含水層裂隙被堵塞,不能采用泥漿護(hù)孔,在施工中存在著很大的塌孔、埋鉆、掉塊卡鉆等施工風(fēng)險(xiǎn)。(3)為了確保含水層涌水潛力,要求濾水管的孔隙率盡可能大,這樣一來(lái),濾水管柱強(qiáng)度和安全下放存在著較大的風(fēng)險(xiǎn)。(4)先前施工的2口深井,均在含水層段發(fā)生過(guò)埋鉆、卡鉆事故,尤其是第二口井,因埋鉆事故而被迫停鉆。因此含水層鉆井施工風(fēng)險(xiǎn)很大。1.3工藝因素的影響(1)經(jīng)過(guò)對(duì)先前2口“干井”井位、新定井位,進(jìn)行地面物探電測(cè),分析對(duì)比電測(cè)數(shù)據(jù),得出結(jié)論:新井位略好于2口“干井”,2口“干井”的主要原因是鉆井成井工藝不合理。(2)全孔采用牙輪鉆進(jìn)工藝,采用鉆桿加壓,鉆效低,巖屑細(xì),造成含水巖層裂隙堵塞,嚴(yán)重影響成井后的出水量。(3)由于未采用鉆鋌加壓,井斜較大,造成含水層段鉆進(jìn)時(shí)井內(nèi)事故較多。(4)含水層鉆進(jìn)時(shí),為了防止塌孔、埋鉆事故,采用了泥漿護(hù)壁,對(duì)含水層裂隙影響較大。(5)由于在含水層段發(fā)生事故,采用稠漿護(hù)孔、水泥固孔,時(shí)間長(zhǎng),頻繁提下掃孔鉆具,造成含水層裂隙的連通性進(jìn)一步惡化。(6)洗井程序與方法沒(méi)有按照特殊情況,特殊對(duì)待。1.4濾管和放空氣管(1)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)踏勘及地面物探,尋找有利的含水構(gòu)造,在建井方指定的區(qū)域盡量靠近構(gòu)造破碎帶,以便降低定井位風(fēng)險(xiǎn)。(2)井深300m(區(qū)域水位以下)至終孔,全部采用?230mm鋼粒鉆具取心鉆進(jìn),減少巖屑產(chǎn)出,降低巖屑堵塞含水裂隙程度。(3)對(duì)濾水管和下放深度進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。與常規(guī)水井相比,一方面過(guò)濾管的孔隙率由15%左右提高到20%以上,進(jìn)水口形狀由長(zhǎng)300mm、寬20mm變?yōu)殚L(zhǎng)150mm、寬10mm,圓周分布密度提高1倍;另一方面,在滿足下泵條件的前提下,盡量減少過(guò)濾管的下入深度,以增加含水層段的裸眼長(zhǎng)度。(4)濾水管壁厚由6mm變?yōu)?mm,確保在過(guò)濾管孔隙率加大后過(guò)濾管柱的安全下放及在井內(nèi)的整體強(qiáng)度。(5)改變洗井順序。根據(jù)含水層段取出的巖心特征以及試抽水情況,先進(jìn)行鹽酸洗井,再下入過(guò)濾管,改善洗井效果。采用多種洗井方法。單組活塞抽拉、雙組活塞抽拉、球閥式雙組活塞抽拉等。(6)對(duì)于含水層段個(gè)別破碎、裂隙較發(fā)育、縮徑的層段,通過(guò)采取多通孔、勤撈粉、放慢提下鉆具速度等綜合措施,避免因發(fā)生各類(lèi)鉆井事故,長(zhǎng)時(shí)間處理事故而危害含水層結(jié)構(gòu),影響成井后的出水量。1.5松散層染料誤操作該項(xiàng)目于2009年4月27日開(kāi)工,9月2日水井竣工。施工期間,因設(shè)備故障停工20天;松散層掉鉆事故處理10天;村民阻攔停工7天,正常鉆進(jìn)時(shí)間為88天。除取心鉆進(jìn)階段效率較低之外,下入表層套管之后,再?zèng)]有發(fā)生任何孔內(nèi)事故。不僅使施工比較順利,而且有效地避免了在含水層處理事故而危害含水層的結(jié)構(gòu),保證了該井合同要求的出水量。1.6明確井位,煤井正常運(yùn)行該井開(kāi)工之后,由于甲方對(duì)我院確定井位能否出水沒(méi)有信心,一直不給解決井場(chǎng)電源,我們只好采用柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行施工,直到該井達(dá)到了合同出水量,甲方才同意給井場(chǎng)架設(shè)高壓線,并得到他們的高度贊揚(yáng)。該井終孔深度552.64m,終孔層位下奧陶系冶里組,靜止水位293.8m,動(dòng)水位354m,出水量22.68m3/h。從2010年初投入使用,至今已正常運(yùn)行3年,甲方對(duì)該井非常滿意。由于甲方對(duì)我院的技術(shù)實(shí)力和服務(wù)質(zhì)量的認(rèn)可,雙方搭建起更為廣泛的合作平臺(tái),完成了其他一些工程項(xiàng)目。2山西省興縣潤(rùn)盛發(fā)業(yè)有限公司水源開(kāi)采2.1上鉆前準(zhǔn)備工作在我院水文地質(zhì)、水井施工等技術(shù)人員初步調(diào)研、實(shí)地踏勘的基礎(chǔ)上,結(jié)合甲方的具體要求,2010年2月,我院與山西興縣華潤(rùn)聯(lián)盛峁底煤業(yè)有限公司簽訂了水源井施工合同。合同要求:鑿井深度700m;出水量大于1000m3/d;合同工期3個(gè)月。合同簽訂之后,我們?cè)俅卧诩追街付ǖ蔫従畢^(qū)域進(jìn)行了上鉆前準(zhǔn)備工作,包括:由我方負(fù)責(zé)的井位確定;由甲方負(fù)責(zé)的供水供電條件落實(shí)及井場(chǎng)道路修建等。由于我院的施工設(shè)備因其他項(xiàng)目占用,不能按合同要求及時(shí)開(kāi)工,經(jīng)甲方同意,分包給其他單位施工。2010年3月中旬開(kāi)鉆,到2010年8月中旬,孔深達(dá)到了580m。因處理孔內(nèi)吸鉆事故未果而被迫停鉆。因已揭露大部分含水層,經(jīng)反復(fù)洗井、下泵進(jìn)行試抽水,其出水量最終未能滿足合同要求而宣告報(bào)廢,造成經(jīng)濟(jì)損失70余萬(wàn)元。為彌補(bǔ)經(jīng)濟(jì)損失,我們組織自己的鉆井隊(duì),在距原井位20m處,重新開(kāi)孔,經(jīng)過(guò)3個(gè)半月的鉆井施工,于井深701.2m終孔,圓滿完成了該項(xiàng)目鑿井施工任務(wù)。該孔開(kāi)孔即為基巖。上部為二疊系、石炭系砂巖、泥巖、石灰?guī)r及煤層、薄煤夾層,下部為中奧陶系峰峰組、上下馬家溝組石灰?guī)r地層,部分層段巖溶裂隙比較發(fā)育,為該井目的開(kāi)采層段。鉆孔基本情況見(jiàn)表3。2.2項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)2.2.1淺層開(kāi)采,煤炭工業(yè)井總開(kāi)采量大,煤層開(kāi)采后總干氣井擇井區(qū)附近沒(méi)有同類(lèi)層位的水井資料可利用;村莊,煤礦先前施工的淺層井,由于煤層開(kāi)采,幾乎干枯;由于地形復(fù)雜,無(wú)法進(jìn)行地面物探工作,定井技術(shù)手段受到限制,井位確定風(fēng)險(xiǎn)很大。2.2.2頂?shù)装寮爸袏W陶系峰峰組內(nèi)、下層內(nèi)部巖層組內(nèi)的控制因素鉆孔要揭穿覆蓋層,多層薄厚不均、穩(wěn)定程度相差懸殊的煤層,頂?shù)装鍘r層、中奧陶系峰峰組厚段角礫狀泥灰?guī)r層以及中奧陶系上、下馬家溝組中的溶洞、裂隙、含石膏泥灰?guī)r等極不穩(wěn)定的巖層。施工中,卡鉆、埋鉆、吸鉆等事故隨時(shí)可能發(fā)生。2.2.3分層開(kāi)采的風(fēng)險(xiǎn)確定井位時(shí),雖然有礦方提供的新近煤層采掘資料可參考,但鉆孔還可能鉆遇那些沒(méi)有任何記載的古窯、古坑或古采空區(qū),會(huì)給鉆井施工帶來(lái)一些潛在的風(fēng)險(xiǎn)。2.3進(jìn)入含水層鉆進(jìn)從完工的水井來(lái)看,井位選擇規(guī)避了風(fēng)險(xiǎn),含水層的埋深、厚度、巖溶裂隙發(fā)育情況與設(shè)計(jì)基本吻合。報(bào)廢孔的含水層段雖然已揭露70%以上,但試抽水卻未能達(dá)到合同的出水量要求,其主要原因還是在于鉆井成井的相關(guān)技術(shù)環(huán)節(jié)。(1)進(jìn)入含水層之前,采用牙輪鉆進(jìn),泥漿護(hù)孔,因泥漿質(zhì)量及適應(yīng)性較差,造成下管不到位,水泥封孔質(zhì)量差,鉆進(jìn)中漏砂、漏泥,形成孔內(nèi)事故隱患。(2)進(jìn)入含水層鉆進(jìn),無(wú)加壓鉆鋌,不僅鉆效低,巖屑細(xì),易堵塞含水裂隙,而且鉆孔易斜,形成孔內(nèi)事故隱患。(3)鉆孔漏失后,卻采用離心式排污泵鉆進(jìn),孔底沖洗液的流量與壓力明顯不足,鉆孔沖洗排渣能力較差,雖然鉆具帶有取粉筒,但大顆粒巖屑仍然存在二次破碎而影響含水層裂隙暢通。(4)進(jìn)入含水層鉆進(jìn)后,由于上述原因而使井內(nèi)事故頻頻發(fā)生,最終因無(wú)法處理井底事故鉆具而使鉆孔報(bào)廢。(5)對(duì)含水層的保護(hù)意識(shí)不強(qiáng),在鉆進(jìn)中,沒(méi)有及時(shí)根據(jù)所鉆巖層特征,專(zhuān)門(mén)進(jìn)行修整孔壁和清撈孔底巖屑,導(dǎo)致有可能交工的水井成為報(bào)廢井。2.4地層鉆孔注漿(1)含水層以上孔段,采用牙輪鉆進(jìn),鉆鋌加壓(?178mm鉆鋌,長(zhǎng)9.5m,6根),泥漿護(hù)孔,改變泥漿配方與維護(hù),下井壁管之前,用專(zhuān)門(mén)的加長(zhǎng)筒狀鉆具(長(zhǎng)度大于10m)認(rèn)真?zhèn)c孔,大泵量沖孔,確保井管下放到位,提高水泥封孔止水質(zhì)量。(2)每級(jí)口徑換徑前,要保證底層鉆穿20～30m完整的巖層孔段,下管之后,采用單向高壓止水器封孔,確保將坍塌、掉塊段封閉于井管之外,以利于換徑后的鉆進(jìn)安全,提高鉆井效率。(3)含水層段仍然采用TBW850/50型泥漿泵鉆進(jìn),減少井底二次破碎,并加密專(zhuān)程打撈井底巖屑作業(yè),盡量減少堵塞含水裂隙的機(jī)會(huì)。(4)對(duì)于易縮徑、不穩(wěn)定的泥灰?guī)r、膏層孔段,勤修孔通徑,盡量減少含水層段井內(nèi)事故或處理事故的時(shí)間。(5)在裂隙不太發(fā)育,含水較弱的層段,采用向井內(nèi)補(bǔ)水,空氣反循環(huán)鉆進(jìn),以利于及時(shí)清除巖屑,有效地保護(hù)含水層。(6)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)井深,采用空氣反循環(huán)鉆具,自上而下,分4次進(jìn)行反循環(huán)排渣清孔,為下泵試抽水提供有利條件。(7)下泵試抽水前,采用雙活塞洗井工具,逐層抽拉洗井,最后再下入專(zhuān)用的撈粉鉆具(3組取粉筒串聯(lián),長(zhǎng)度27m),大泵量沖孔,徹底清除孔底沉渣與巖屑。2.5終孔深度方面我院鉆井隊(duì)搬遷、安裝就緒后,于2011年3月16日開(kāi)鉆,2011年5月24日終孔,歷時(shí)69天。終孔深度701.2m。鉆進(jìn)中,根據(jù)實(shí)際情況,適時(shí)采取針對(duì)性的技術(shù)措施,圓滿地完成了該項(xiàng)目。2.6生活飲用水水質(zhì)完工后經(jīng)過(guò)持續(xù)58h的抽水試驗(yàn),穩(wěn)定出水量1080m3/d,靜水位埋深197m,動(dòng)水位埋深212m,經(jīng)水質(zhì)檢測(cè),各項(xiàng)指標(biāo)均符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)、水量完全滿足合同要求,得到了甲方的好評(píng)。3施工主要風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題(1)根據(jù)我們基巖深水井的施工實(shí)踐,在同等的水文地質(zhì)條件下,鉆井成井各個(gè)工序,都對(duì)成井后的出水量影響很大,尤其對(duì)那些位于不同泉域分水嶺地帶或者沒(méi)有明顯構(gòu)造破碎帶的水井施工項(xiàng)目,雖然要