趙振云，孫智杰

(山西省第三地質(zhì)工程勘察院，山西晉中030620)

0 引言

近年來(lái)，我院在山西和順縣城附近，施工基巖深井?dāng)?shù)眼，取水層位一般為中奧陶下馬家溝組及部分寒武系地層。這類(lèi)深井的特點(diǎn)是:(1)成井深度大(800～1000 m)，變徑次數(shù)多(4、5 徑);(2)取水層區(qū)域水位埋深大(550～650 m);(3)上部封閉層與取水層區(qū)域水位埋深落差大(500 m左右);(4)上部煤系地層水泥止水效果差;(5)深井泵揚(yáng)程大(650～700 m);潛水電機(jī)功率大(125～145 kW);(6)下泵井段井斜遞增量要求嚴(yán)(＜0.5°/100 m);(7)抽水降深較大(50～80 m)而出水量較小(一般僅20 m3/h左右)。部分基巖深井情況見(jiàn)表1。

表1 部分基巖深井技術(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

這類(lèi)水井在其實(shí)施過(guò)程中，封閉層的止水方案設(shè)計(jì)及實(shí)施把關(guān)非常關(guān)鍵，若把關(guān)不嚴(yán)，不僅會(huì)影響后續(xù)井段正常施工，還會(huì)影響成井質(zhì)量。表現(xiàn)為:(1)通橋后水位驟降，使封閉層井管吸扁、錯(cuò)位，造成鉆具提下困難;(2)封閉層井管開(kāi)裂、刺水，影響成井后的水質(zhì)指標(biāo);(3)封閉層井管管柱“狗腿”偏大，影響深井泵順利下放。

本文以山西潞安集團(tuán)和順李陽(yáng)煤業(yè)有限公司舊井封閉層重新止水修復(fù)項(xiàng)目為實(shí)例，分別對(duì)先后采取的幾種止水修復(fù)方案及實(shí)施效果進(jìn)行分析與探討，從中得到了許多有益的經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)。

1 舊井修復(fù)工作概況

1．1 舊井簡(jiǎn)述

該井于 2009年 5月 21日建成，終孔深度881.81 m，靜止水位埋深609 m。經(jīng)過(guò)抽水試驗(yàn)，水表實(shí)測(cè)出水量23.95 m3/h，水位降深61 m，水質(zhì)指標(biāo)及出水量完全符合合同要求。原井井身結(jié)構(gòu)技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。該井建成后，建井方并未立即投入使用，直到2011年5月才正式起用。正常使用半年后，該井上部封閉井管先后出現(xiàn)向井內(nèi)漏水、漏砂、涌泥，出水渾濁，最終導(dǎo)致多次燒毀潛水電機(jī)。如果不處理上部封閉層問(wèn)題，該井將無(wú)法正常使用。據(jù)此，建井方委托我院處理該井。

表2 修復(fù)施工前井身結(jié)構(gòu)技術(shù)數(shù)據(jù)

1．2 主要問(wèn)題

經(jīng)過(guò)井內(nèi)電視檢測(cè)及水質(zhì)化驗(yàn)，舊井存在以下問(wèn)題:

(1)上部 300 m 以淺封閉井段，164、214、248 m處存在漏水情況，其中214 m處漏泥砂、漏渾水比較嚴(yán)重;

(2)井管螺旋狀焊縫輕微變形，但未發(fā)展到影響起下鉆具程度;

(3)井管穿杠眼補(bǔ)焊有砂眼，向井內(nèi)霧狀刺水，形成井管安全隱患;

(4)由于封閉層水的混入，水質(zhì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)硝酸根及氟離子偏高。

1．3 修復(fù)目標(biāo)

(1)通過(guò)下管、固井、止水等工藝，對(duì)原井300 m以淺部分井管刺漏部位進(jìn)行永久性封堵，確保水質(zhì)合格及深井泵正常運(yùn)行;

(2)300 m以淺部分永久性封堵之后，通過(guò)撈渣、排渣，徹底清理由于井壁管泄漏而進(jìn)入井內(nèi)的泥沙、堵塞物;

(3)清淤之后，通過(guò)活塞抽拉、泵注鹽酸洗井等工藝，恢復(fù)或改善舊井含水層的涌水量;

(4)機(jī)械、化學(xué)聯(lián)合洗井完畢，在試抽水之后，再次清撈井底沉淀物，直至井底干凈。

1．4 技術(shù)難點(diǎn)

(2)水泥橋塞承載能力:水泥橋塞形成的人工井底，必須能承受280 m以上水柱或水泥液柱的壓力，如何確保在橋塞水泥漿凝固之前，底部的木塞及粘土充填層不失穩(wěn)下滑。

(3)掃通水泥橋塞:由于封閉層區(qū)域水位埋深與取水層水位埋深相差500多米，如何確定合宜的通橋方法，防止掃通橋塞后，管內(nèi)水位急劇下降，產(chǎn)生巨大負(fù)壓“激動(dòng)”，而使固井襯管被吸扁，釀成事故。

(4)襯管外水泥固井:襯管底部封固段80～100 m必須保證水泥固結(jié)質(zhì)量，如何通過(guò)對(duì)襯管底部管柱結(jié)構(gòu)和水泥漿液配比，采取相應(yīng)的特殊措施，以保證襯管底部封固質(zhì)量。

1．5 修復(fù)簡(jiǎn)述

該井修復(fù)處理歷時(shí)9個(gè)月，由于封閉層與目的層水位相差500余米，對(duì)第一階段采取的襯管管柱結(jié)構(gòu)、水泥漿液配比、通橋泄壓方式等考慮不周，方法不當(dāng)，各種修復(fù)方案均告失敗，并且先后2次將下入的螺旋鋼管(壁厚7 mm)吸扁，造成2次嚴(yán)重的井內(nèi)卡鉆事故。對(duì)第一階段修復(fù)工作進(jìn)行全面反思與總結(jié)之后，重新擬定針對(duì)性修復(fù)技術(shù)方案及措施，并認(rèn)真組織施工機(jī)組予以實(shí)施，舊井修復(fù)效果令雙方都非常滿(mǎn)意。修復(fù)后井身結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 修復(fù)施工后井身結(jié)構(gòu)技術(shù)數(shù)據(jù)

2 止水修復(fù)方案實(shí)施成敗分析

2．1 止水修復(fù)方案實(shí)施失敗分析

2．1．1 襯管內(nèi)高壓注漿方案

2．1．1．1 實(shí)施簡(jiǎn)述

2．1．1．2 原因分析

(1)水泥漿液灌注之后，單向止水器回流密封失靈，外環(huán)水泥柱下降至290 m，因而290 m以深325 mm井管沒(méi)有被吸扁;

(2)采用425號(hào)礦渣水泥，水下凝固質(zhì)量較差，掃通橋塞后，在管外液柱壓力作用下，向井內(nèi)涌水;

(3)沒(méi)有采用先降低管內(nèi)水柱高度，后掃通橋塞的方法，襯管內(nèi)300余米水柱瞬間消失，造成管外無(wú)水泥的部分襯管被吸扁、開(kāi)裂;

(4)襯管壁厚7 mm偏小，襯管焊接處未逐個(gè)采取“疤片”補(bǔ)強(qiáng)措施;

(5)對(duì)水泥地面凝固與水下凝固時(shí)間差異重視不夠，掃通橋塞時(shí)間偏少，水泥在水下凝固時(shí)間不足。

2．1．2 襯管外砂漿注漿方案

2．1．2．1 實(shí)施簡(jiǎn)述

2．1．2．2 原因分析

(1)襯管底部設(shè)置的止水組合，在注入素水泥稠漿前，尚未完全膨脹而與原井管壁擠緊，從而未達(dá)到阻止水泥稠漿下行的目的。

(2)襯管外止水材料輸送通道不暢，水泥稠漿到達(dá)水面后立即稀釋?zhuān)镜讲涣艘r管底部的止水組合部位。

(3)隨后注入的水泥砂漿，遇水后水泥與砂子分離而流入井內(nèi)，未在封閉層位留下水泥砂漿固結(jié)段，進(jìn)而起不到封固止水作用。

(4)襯管底部的膨脹膠帶夾海帶止水組合，膨脹能力有限，因不能承受管外的液柱壓力而失去止水作用。

2．2 止水修復(fù)方案實(shí)施成功分析

2．2．1 現(xiàn)狀簡(jiǎn)述

在實(shí)施了上述修復(fù)方案后，井身結(jié)構(gòu)為:－0.30～607.77 m，325 mm×7 mm螺旋井管(包括原井及修復(fù)施工下入的井管);603.75～787.75 m，273 mm×7 mm螺旋井管(含濾水管);787.75～881.81 m250 mm口徑裸眼。井深290 m處325 mm井管，仍然向井內(nèi)漏水。

2．2．2 實(shí)施簡(jiǎn)述

根據(jù)井身現(xiàn)狀及委托方要求，必須將290 m處的開(kāi)裂漏水部位予以永久性封閉。實(shí)施過(guò)程為:(1)先在300～346 m井段進(jìn)行同徑架橋;(2)候凝期滿(mǎn)，下鉆具檢驗(yàn)橋塞的承載能力(應(yīng)大于10 t);(3)在－0.30～300 m井段下入273 mm×8 mm螺旋井管;(4)采用井管內(nèi)高壓水泥漿止水工藝;(5)候凝期滿(mǎn)，采用特殊方式掃通水泥橋塞。

2．2．3 針對(duì)性措施

(2)采取了適合于該井的特殊結(jié)構(gòu)的同徑木塞架橋、水泥固橋工藝，使封井段先建立起靜水位(水位埋深80 m)，實(shí)現(xiàn)在靜水位條件下水泥漿液高壓固井作業(yè)。

(3)專(zhuān)門(mén)租用了一套小揚(yáng)程、小泵量深井泵，在通橋之前，先將管內(nèi)水位抽降至290 m，再干掃通橋，排除因瞬間形成壓差而造成井管吸扁的事故隱患。

(4)采用了管內(nèi)單向高壓注漿、憋壓，初凝期滿(mǎn)才予以泄壓，雖然風(fēng)險(xiǎn)很大，卻能阻止管外水泥漿液回流，以保證止水質(zhì)量。

(5)采用山西智海集團(tuán)生產(chǎn)的P．O52．5最高標(biāo)號(hào)的硅酸鹽水泥及三乙醇胺早強(qiáng)劑，配置固井止水水泥漿液，提高水泥固結(jié)質(zhì)量。

(6)嚴(yán)把水泥漿液拌合質(zhì)量關(guān)，按照理論計(jì)算量及規(guī)范規(guī)定加料順序，充分?jǐn)嚢瑁鶆驘o(wú)結(jié)塊，可泵性能良好。

2．2．4 同徑架橋技術(shù)

2．2．4．1 同徑橋塞結(jié)構(gòu)(見(jiàn)表4)

2．2．4．2 同徑橋塞制作流程

表4 同徑橋塞結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)及作用

鉆具送木塞到預(yù)定位置→固定木塞→投放粘土球→下鉆蹾實(shí)粘土球→下注漿鉆具并送水檢驗(yàn)管路情況→注入水泥漿液→替漿并提起注漿鉆具→初凝期滿(mǎn)下鉆具檢測(cè)水泥面并修整至300 m→提起修孔鉆具并將325 mm管內(nèi)灌滿(mǎn)清水→橋塞候凝。

3 效果檢驗(yàn)與相關(guān)認(rèn)識(shí)

3．1 效果檢驗(yàn)

(1)經(jīng)井內(nèi)攝像檢驗(yàn)，靜止水位以上井段已確認(rèn)完全封閉，再?zèng)]有發(fā)現(xiàn)封閉井段向井內(nèi)刺水、漏水現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的止水目的。

(2)經(jīng)多次下泵試抽水，深井泵組起下順暢，井內(nèi)各級(jí)管柱安全、可靠無(wú)異常，完全滿(mǎn)足深井泵正常運(yùn)行及起下安裝作業(yè)。

(3)經(jīng)過(guò)對(duì)含水層段機(jī)械活塞洗井，最終出水量達(dá)到了23 m3/h以上，比原井出水量有所增大，水質(zhì)有所改善。

(4)完成洗井、抽水試驗(yàn)后，在下入深井泵組之前，多次下入專(zhuān)用的清渣、撈渣工具，清撈至井底，圓滿(mǎn)完成了清孔作業(yè)。

3．2 體會(huì)與認(rèn)識(shí)

(1)由本次止水修井工程所獲得的封閉層(本溪組以上)區(qū)域水位埋深資料和施工中有益的經(jīng)驗(yàn)與沉痛的教訓(xùn)，能使我院今后在該區(qū)域施工類(lèi)似深井時(shí)，提前采取針對(duì)性的防范措施，少走彎路。

(2)對(duì)于井深大、口徑大、變徑次數(shù)多、水位埋深大的基巖深井，必須從井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、管材選擇、成孔工藝與工序、含水層保護(hù)及洗井方法等方面，全面嚴(yán)格把關(guān)，確保成井質(zhì)量，從源頭上避免舊井修復(fù)作業(yè)。

(3)井內(nèi)水位驟降吸扁井管這種惡性事故，不僅在本次修井作業(yè)中多次發(fā)生，而且在正常施工中也頻頻出現(xiàn)，由此而報(bào)廢水井的工程實(shí)例屢見(jiàn)不鮮。對(duì)于取水層水位埋深較大的水井，在揭開(kāi)含水層前，施工單位應(yīng)高度重視，采取措施，嚴(yán)防井內(nèi)水位驟降。

(4)對(duì)于舊井修復(fù)工程，全面收集，認(rèn)真分析舊井的各種技術(shù)數(shù)據(jù)與技術(shù)資料非常關(guān)鍵，否則，會(huì)誤導(dǎo)修復(fù)技術(shù)方案的制定，造成舊井修復(fù)處理復(fù)雜化，甚至?xí)斐膳f井報(bào)廢，進(jìn)而給委托方與施工方帶來(lái)更大的勞動(dòng)付出和經(jīng)濟(jì)損失。

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