萬(wàn) 億，韓 柳

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

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基于膠塞法的一孔多層抽水試驗(yàn)分層止水技術(shù)及應(yīng)用

萬(wàn) 億，韓 柳

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

在開(kāi)展水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)工作時(shí)，需要查明對(duì)地下水開(kāi)發(fā)和利用有意義的含水層的分布特征及及富水性，因此，對(duì)各充水含水層進(jìn)行分層抽水試驗(yàn)具有十分重要的意義。以新疆伊犁谷地水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目KT13號(hào)勘探孔為研究對(duì)象，采用改進(jìn)的膠塞進(jìn)行分層抽水試驗(yàn)技術(shù)，進(jìn)而獲取不同含水層的水文地質(zhì)參數(shù)和水質(zhì)情況。通過(guò)對(duì)膠塞法分層抽水工藝的細(xì)節(jié)改進(jìn)和管外水泥止水的順利實(shí)施，該種方法可以在以后分層抽水勘探孔施工中進(jìn)行廣泛應(yīng)用。

膠塞法；抽水試驗(yàn)；分層止水；伊犁

伊犁地處新疆維吾爾自治區(qū)西部天山北部的伊犁河谷內(nèi)，2014年6月新疆維吾爾自治區(qū)國(guó)土資源廳開(kāi)展了該地區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)工作，主要初步查明該區(qū)域水文地質(zhì)條件，查明區(qū)內(nèi)劣質(zhì)水分布區(qū)段，為解決當(dāng)?shù)厝罕婏嬎踩珕?wèn)題。此外，并結(jié)合供水需求圈定1～3處可供進(jìn)一步勘查的水源地靶區(qū)，評(píng)價(jià)地下水資源潛力，提出地下水資源優(yōu)化配置建議及可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用方案，為地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)和能源化工基地建設(shè)、地下水開(kāi)發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)及政府決策提供科學(xué)依據(jù)。

膠塞法分層抽水具有成本低、耗時(shí)短及操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，該種方法方法可廣泛應(yīng)用于分層抽水勘探孔的施工。本文以新疆伊犁谷地水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目KT13號(hào)勘探孔為研究對(duì)象，結(jié)合相關(guān)研究成果[1-5]，通過(guò)對(duì)膠塞法分層抽水工藝的細(xì)節(jié)改進(jìn)和管外水泥止水的順利實(shí)施，該種方法可以在以后分層抽水勘探孔施工中進(jìn)行廣泛應(yīng)用，通過(guò)總結(jié)KT13號(hào)勘探孔施工過(guò)程，并對(duì)出現(xiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的措施在后續(xù)施工勘探孔KT9、KT12、KT12-1進(jìn)行了應(yīng)用，取得了良好的效果，水泥止水對(duì)于管外止水提高了管外止水的質(zhì)量，膠塞法止水工藝在井內(nèi)止水應(yīng)用中提高了管內(nèi)止水的質(zhì)量，通過(guò)這兩點(diǎn)從根本上保證了分層抽水勘探孔的順利實(shí)施。

1 工程背景

1.1 勘探孔設(shè)計(jì)

KT13號(hào)勘探孔位于霍城縣惠遠(yuǎn)鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)孔深300 m，設(shè)計(jì)孔徑為上部Φ600 mm，下部Ф450 mm，變徑成孔；井管規(guī)格為上部Φ325 mm，下部Φ273 mm。巖芯勘探在原有設(shè)計(jì)井深之上進(jìn)行加深，加深至深度400 m，依據(jù)巖芯編錄及測(cè)井曲線確定隔水層(粉質(zhì)粘土)位置為303.51～311.10 m，隔水層上部地層為砂卵礫石地層，下部地層為中細(xì)砂、細(xì)砂層，設(shè)計(jì)分層止水位置為295～315 m，厚度20 m。

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的修正

(1)管外止水工藝：止水位置(大于300 m)很深，粘土球從地表無(wú)法投入至設(shè)計(jì)位置，只能考慮其他材料止水。經(jīng)過(guò)項(xiàng)目多人研究決定，加大原有鉆孔直徑，采取管外注水泥漿的方式進(jìn)行永久止水。將原有孔徑600 mm更改至660 mm且一徑到底。注漿采用Ф50 mm鉆桿在井管與鉆孔環(huán)空下入，注漿管底部位置距離設(shè)計(jì)止水深度0.5 m位置。

(2)管外測(cè)水管的安裝：分層止水后需對(duì)勘探孔上下層水位進(jìn)行分層觀測(cè)，在成井結(jié)束后需滿足水文長(zhǎng)觀的要求，在井管外安裝測(cè)水管，測(cè)水以彎頭連接的形式與井管相連接，這樣在膠塞法分層抽水試驗(yàn)結(jié)束后，從抽水設(shè)備及測(cè)量方式上來(lái)看，密封井管內(nèi)膠塞位置，以利于水位長(zhǎng)觀。

2 膠塞的制作

在該項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，分層抽水所采用的膠塞共有兩種，具體加工尺寸及加工方法如下：

2.1 1#膠塞加工制作方法

采用已有的成品DN250-200變徑接頭，上部、下部分別焊接厚度不小于5 mm鋼板，鋼板上部預(yù)留電纜孔、焊接接頭孔(將鋼板中部圓心位置開(kāi)大于121 mm直徑圓孔)、測(cè)水管預(yù)留孔，焊接完畢后，在鋼板與變徑接頭旁邊設(shè)置流水孔。將Φ89 mm鉆桿接頭放置在上下鋼板圓心位置后，焊接牢固。同時(shí)，將預(yù)留的電纜管穿過(guò)預(yù)留電纜孔進(jìn)行焊接，將測(cè)水管穿過(guò)測(cè)水管預(yù)留孔后焊接。如圖1所示。

2.2 2#膠塞加工制作方法

采用已有的成品DN250-200變徑接頭，上部、下部分別焊接厚度不小于5 mm鋼板，鋼板上部預(yù)留焊接接頭孔,將加工好的Φ89 mm鉆桿接手(上部為反絲扣型NC38-LH)穿過(guò)接頭孔后，與上下部鋼板焊接牢固，在鋼板與變徑接頭旁邊設(shè)置流水孔。如圖2所示。

圖1 1#膠塞實(shí)物圖 圖2 2#膠塞實(shí)物圖

3 分層抽水試驗(yàn)止水效果

3.1 抽取下層水

將預(yù)制好的1#膠塞下部連接至潛水泵，潛水泵電纜緊貼鉆桿固定，膠塞上部連接至Ф89 mm鉆桿，在井內(nèi)緩慢下入鉆桿，將膠塞慢慢送入井內(nèi)。當(dāng)膠塞到達(dá)變徑位置后，放松鉆具依靠鉆具及潛水泵重量將膠塞密封層壓緊以確保管內(nèi)止水效果。啟動(dòng)潛水泵進(jìn)行試抽水，觀測(cè)井管內(nèi)部水位是變化情況。若發(fā)現(xiàn)管內(nèi)水位下降，則膠塞密封性不足，應(yīng)將潛水泵、膠塞隨鉆桿一并提出井外檢查膠塞密封層情況，處理完畢后重新下入，啟動(dòng)潛水泵試抽水后若井管內(nèi)水位不變，說(shuō)明井內(nèi)止水合格?？砂凑盏刭|(zhì)要求進(jìn)行抽水試驗(yàn)工作，通過(guò)管外測(cè)水管對(duì)勘探孔下層水水位進(jìn)行水位觀測(cè)。

3.2 抽取上層水

將預(yù)制好的2#膠塞(上部接手為的89 mm鉆桿反絲公接頭)上部連接至鉆桿正反接頭后與Φ89 mm鉆桿相連接，膠塞下部連接3根Ф89 mm報(bào)廢鉆桿(可用其他加重物代替)，將鉆桿連同膠塞在井內(nèi)下放，主要依靠3跟報(bào)廢鉆桿自重將密封膠塞的密封層壓緊以確保止水合格。鉆桿將膠塞送入至變徑位置后，將鉆桿正轉(zhuǎn)，鉆桿與底部膠塞在反絲接手位置退開(kāi)，提出井內(nèi)鉆桿。將2#膠塞留在井管變徑位置，在膠塞上部使用鉆桿連接潛水泵進(jìn)行試驗(yàn)抽水，抽水后，若管外測(cè)水管水位水位發(fā)生，將預(yù)制好的粘土球(填入粘土球數(shù)量可達(dá)到井內(nèi)堆積高度大于1 m)投入井中，上部填入礫料壓實(shí)，然后再進(jìn)行試驗(yàn)抽水觀測(cè)外部測(cè)水管內(nèi)水位是否變化。若該種辦法仍舊無(wú)效果，采用鉆桿下入至膠塞上部距離膠塞0.5 m處，在地表預(yù)制水泥漿后，進(jìn)行注漿，注漿厚度大于5 m，注漿結(jié)束后，候凝時(shí)間結(jié)束后，進(jìn)行上層水抽水試驗(yàn)工作，最終將下層水密封成功。按照地質(zhì)要求進(jìn)行抽水試驗(yàn)工作，下層水水位通過(guò)管外測(cè)水管進(jìn)行觀測(cè)。

3.3 止水效果檢驗(yàn)

用“水位壓差法”檢驗(yàn)止水效果，采用抽水測(cè)定上下層測(cè)水管內(nèi)的水位差，使其差值達(dá)到10 m或抽水試驗(yàn)時(shí)的最大降深，穩(wěn)定半小時(shí)，若水位波動(dòng)幅度小于0.2 m，則止水有效。

4 分層抽水試驗(yàn)止水存在問(wèn)題及注意事項(xiàng)

4.1 存在問(wèn)題

分層止水存在主要問(wèn)題為細(xì)顆粒地層按照設(shè)計(jì)排管順序下入井管后，變徑位置上部井管無(wú)法安裝扶正器。若按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行扶正器安裝，止水材料(粘土球)及注漿管從井管與鉆孔環(huán)空均無(wú)法順利下入，最終導(dǎo)致該勘探孔無(wú)法進(jìn)行分層止水。

扶正器無(wú)法安裝是切實(shí)存在的無(wú)法徹底解決的問(wèn)題，在勘探孔施工過(guò)程總結(jié)相對(duì)有效的解決辦法有以下兩點(diǎn)：一是切實(shí)保證下入井管的垂直度，在下入時(shí)確保井管垂直；二是增大鉆孔孔徑，當(dāng)井管在鉆孔內(nèi)不居中時(shí)，采用增加礫料層相對(duì)厚度的辦法最終確保成井質(zhì)量。

4.2 施工過(guò)程注意事項(xiàng)

4.2.1 設(shè)計(jì)孔徑的確定

由于進(jìn)行管外注漿工藝，同時(shí)考慮上部地層下入的井管無(wú)法安裝扶正器，設(shè)計(jì)孔徑與成井管徑差值需大于300 mm，也就是說(shuō)，礫料單邊填入厚度需大于150 mm。

4.2.2 下管排列順序的確定

由于水泥漿在止水過(guò)程中，計(jì)算量與實(shí)際量相對(duì)誤差較大，在井管排列時(shí)，若非必須在變徑附近含水層取水，盡量在水泥止水位置上下20 m范圍內(nèi)不設(shè)濾水管。

4.2.3 管外測(cè)水管的安裝

將Ф25 mm測(cè)水管在井管外部安裝，測(cè)水管下部安裝彎頭，彎頭底部與下部井管濾水管上部井壁管進(jìn)行連接，測(cè)水管絲扣連接完畢后，將絲扣進(jìn)行焊接密封，井管全部下完后，將測(cè)水管管口采用管箍封堵，并進(jìn)行密封，以確保在后續(xù)洗井、沖孔、注漿過(guò)程中造成管外測(cè)水管堵塞。

4.2.4 止水位置的控制

在填礫過(guò)程中，嚴(yán)格控制填礫數(shù)量及填礫深度，若止水位置很深(大于300 m)，使用測(cè)繩無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，可采用管外下入鉆具的方法進(jìn)行測(cè)量，礫料填入后，拉提桶或拉活塞使礫料密實(shí)，同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量填礫深度。按照理論計(jì)算量填入粘土球，要求粘土球厚度大于1 m，填入完畢后準(zhǔn)確測(cè)量粘土球深度，禁止超填或填入量不夠就進(jìn)行水泥止水工序工作。

4.2.5 管外水泥止水注漿注意事項(xiàng)

粘土球填入到預(yù)計(jì)深度后，在井管與鉆孔環(huán)空下入注漿管，下入注漿管的長(zhǎng)度需進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量并記錄，確保注漿管下入位置控制在距離粘土球深度0.5 m位置，注漿前，先用清水嘗試注漿管是否暢通，確保暢通后方可進(jìn)行水泥漿的地面制漿工作，制漿工作結(jié)束后，將注漿管與泥漿泵高壓管相連接，同時(shí)打開(kāi)泥漿泵回水閥門(mén)，注漿以低壓低量的方式進(jìn)行，大排量注漿容易造成底部粘土球被沖開(kāi)，粘土球密封性下降進(jìn)而造成水泥漿順礫料縫隙下流。在注漿過(guò)程中，不上提注漿管，注漿結(jié)束后，上提注漿管至井口。

4.2.6 膠塞法井內(nèi)止水注意事項(xiàng)

膠塞加工制作按照尺寸進(jìn)行，膠塞與鉆桿接手連接應(yīng)垂直90度，將膠塞制作好后，在膠塞外部纏繞高壓絕緣膠帶，要求高壓絕緣膠帶纏結(jié)緊密，最小厚度大于50 mm，高壓絕緣膠帶纏結(jié)完畢后，在絕緣膠帶上部纏繞防磨膠帶，防止在下入過(guò)程中，井管內(nèi)壁對(duì)膠帶層造成破壞。膠塞下入后，下部連接報(bào)廢鉆桿或加重物，要求加重物直徑小于井管內(nèi)徑大于50 mm，以確保由于加重物直徑過(guò)大進(jìn)而影響膠塞安裝角度，進(jìn)而影響膠塞密封效果。

5 結(jié)語(yǔ)

膠塞法分層抽水具有成本低、耗時(shí)短及操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，該種方法方法可廣泛應(yīng)用于分層抽水勘探孔的施工，通過(guò)總結(jié)KT13號(hào)勘探孔施工過(guò)程，并對(duì)出現(xiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的措施在后續(xù)施工勘探孔KT9、KT12、KT12-1進(jìn)行了應(yīng)用，取得了良好的效果，水泥止水對(duì)于管外止水提高了管外止水的質(zhì)量，膠塞法止水工藝在井內(nèi)止水應(yīng)用中提高了管內(nèi)止水的質(zhì)量，通過(guò)這兩點(diǎn)從根本上保證了分層抽水勘探孔的順利實(shí)施。

通過(guò)對(duì)膠塞法分層抽水工藝的細(xì)節(jié)改進(jìn)和管外水泥止水的順利實(shí)施，該種方法可以在以后分層抽水勘探孔施工中進(jìn)行廣泛應(yīng)用，但該種方法存在的問(wèn)題也不容忽視，在以后的應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)繼續(xù)總結(jié)分層抽水勘探孔施工過(guò)程，在此基礎(chǔ)上對(duì)施工工藝進(jìn)行再提高，以更加完善的工藝去進(jìn)行分層勘探孔施工工作。

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2017-02-12

萬(wàn)億(1983-)，男，遼寧鐵嶺人，工程師，主要從事水文地質(zhì)勘探及鉆探施工等方面工作。

P641.12

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1004-1184(2017)03-0248-02