深层井的施工方法及成井工艺

  1 工程概况

 

  山西鲁能河曲电煤公司上榆泉煤矿2# 水源井位于上榆泉煤矿工业场区内，目的是为了解决选矿厂正式投产后矿井生产和生活用水。设计井深为750m，终孔井径不小于219mm，工程建成后可日提供水量1800～2200m3 /d。该井水质要求达到生活饮用水水质标准，水质类型HCO3—Ca、Mg水，矿化度＜0.5g/L。施工要求开采奥陶系深层岩溶裂隙水，对上部石炭、二叠系煤系地层进行永久性止水。

 

  2 工程地质、水文地质条件

 

  水源井工程地处天桥泉域北端，龙口泉域南端，西临黄河，东临黄土高原，黄河为本地区地表水与地下水的最低侵蚀区，水井位于两大泉域的接壤处，为地下水的分水岭处，补给与排泄分布不清。水井所处位置顶部为第四系全新统洪积土夹碎石，厚3.7m，其下为二叠系下统石盒子组，层厚37m左右，再下为石炭系地层，为二叠系下统本溪组和上统太原组，总厚292m，以下为中奥陶系中、上马家沟灰岩地层，埋深302m～750m，。施工区有县级大路南北相连，交通便利。

 

  区内地下水类型主要两种：即二叠、石炭系碎屑岩裂隙水和奥陶系碳酸盐岩岩溶水。二叠、石炭系碎屑岩裂隙含水岩系水质极差，不宜开采。故凿井过程中采用泥浆固壁封闭，钻穿后进行永久性止水。下奥陶系白云岩、白云质灰岩和中奥陶系上下马家沟组灰岩、白云质灰岩和白云质泥灰岩为主要含水岩层，裂隙与溶蚀发育，局部溶洞发育，透水性强，大部分属中等富水或富水。含水层总厚在200m左右。区域稳定水位高程约850～900m左右。

 

  3 施工方法及成井工艺

 

  3.1钻进方法

 

  水源井孔孔口采用人工开挖，然后埋设护口管，护口管直径为Φ500㎜，为捲管,护口管下入埋好后,管子周围用人工夯实,确保孔口牢固、稳定。

 

  护口管埋设好后,开始钻进,钻具采用Φ350㎜牙轮钻头无芯钻进, 钻至12m,改用Φ500㎜牙轮钻头钻进,奥陶系地层以上，石炭、二叠系砂页岩和含煤地层，采用泥浆固壁循环钻进，为了判别地层岩性，每钻都要留取岩粉，对照本区已有的勘探孔SD1# ，确定穿过的地层岩性，基本满足地质判层要求。

 

  钻至292.5 m变层见灰岩。为了止水,又钻进灰岩12 m停钻,进行永久性止水,止水深度为303.8 m。

 

  奥陶系石灰岩钻进，也是采用牙轮钻头无芯钻进，但冲洗液改为清水钻进，并每钻留取岩粉，便于判别地层，特殊情况用圆管钻进，提取代表岩芯，帮助地质判别地层。总的看，地层岩性判别基本与勘探孔SD1# 和1# 水源井一致，满足要求。

 

  3.2 孔斜测量及孔深校正

 

  本井孔钻进基本保持100m测斜一次，方法采用Kxp—1型井孔测斜仪，每次测量均在规范和设计要求范围内。终孔偏差为0.1m。

 

  3.3 下井管

 

  本井孔下入的止水井管均采用国家优质钢材Q235系列，壁厚8mm，由太原勘测实业有限公司提供，均有资质证书，套管质量符合要求。下管时又请有资质证书的专业焊工进行井管焊接，焊接牢固、严密、不漏水，符合质量要求。

 

  3.4 止水

 

  本井孔穿过石炭、二叠系含煤砂页岩地层，进入奥陶系地层，取奥陶系灰岩水，但对上部含煤地层水要进行严密封水，以保证水质不污染，确保水质。

 

  止水工作有两个主要环节必须有保证，一是确保见到奥陶系灰岩地层无误，保证止水真正在奥陶系灰岩顶部；二是确保止水套管已穿过稠水泥浆，直插到孔底。只有做到这两点，才能保证止水效果，本工程止水即按此要求进行的。

 

  钻孔进入奥陶系灰岩地层后，经过反复取芯证明已进入灰岩后，才开始进行永久止水工作。止水前先进行清孔换浆，即从孔底送入清水，逐步将孔内泥浆顶出孔外，肉眼观测已变清（不浑浊）为止。然后再向孔内填入拌和好的稠水泥浆至孔底。此次永久性止水水泥采用32.5# 普硅水泥共6t，拌和成稠水泥浆，填入孔底。随后立即下入套管，在未下套管前，在止水套管底部向上，每隔0.5m缠一道膨胀胶带，共25道，然后下入套管，使止水套管穿过稠水泥浆，直插孔底，再待凝72h。

 

  待凝时间结束后，进行止水效果检查，测定止水套管内外水位，前后对比水位变化情况，无变化，说明止水效果良好，方可结束止水工作，可进行下道钻进工作。

 

  止水工作结束后,开始对下部奥陶系灰岩进行钻进，孔径变为φ295mm，后又变为φ244mm，直至751.87m，一径到底。  3.5 井孔结构本井孔孔口直径采用φ500mm，终孔孔径为φ244mm，共变径五次，由φ500mm 、φ377mm 、φ350mm 、φ295mm 、φ244mm。除孔口管外，采用4m长中φ500mm实管，其余304.2m井管采用φ325mm螺旋钢管，为止水套管。  3.6 洗井  该水源井含水层很好，水量充足，洗井方式为机械洗井，共进行5个台班。

 

  3.7 抽水试验

 

  该孔洗井结束后即进行抽水试验，抽水试验前先测孔内稳定水位，稳定时间为4h，测得水位埋深5.06m，水位标高为851.766m，与区域水位基本吻合。

 

  抽水延续时间为7h，稳定时间6h，均大于规范要求4h。抽水试验共进行四次降深，四次降深和涌水量分别为：

 

  S1=22.2m

 

  Q1=14.11L/s S2=2.24m

 

  Q2=18.99L/s S3=46.87m

 

  Q3=25.36L/s  S4=59.95m

 

  Q4=31.06L/s

 

  根据四次抽水试验成果，绘制出涌水量与降深Q=F(s)关系曲线和单位涌水量与降深q=F(s)曲线，曲线反映基本呈直线，但略带抛物型，基本反映了奥陶系裂隙岩溶水流态性质，略带潜水承压水性。用该曲线推求降深6.6m时，涌水量可达到34.2L/s，日出水可达到2954.9t/d，见下图1、图2：

 

  3.8 水质评价

 

  在抽水试验过程中，取全分析水样一组，送太原地质矿产部山西省中心试验室检测。采样均按试验室要求采取，水样无色、无味、透明，该放入的试剂试验室装配好，取样器皿都是试验室专门配备的，连采代送到试验室不超过12小时，保证按时送样。

 

  对水质进行评价，按生活饮用水水质标准（GB5749—85）进行评价。本次共分析色、浑浊度、嗅和味、肉眼可见物、pH、总硬度（碳酸盐计）、铁、锰、铜、锌、挥发酚类（以苯酚计）、氢化物、砷、汞、硒、铬（六价）、铅、镉、银、偏硅酸、细菌总数、总大肠菌群等22项指标，对比各指标中只有两项指标超标，其余均达到国标。因此综合评定地下水水质为良好，符合饮用水标准，适用于生活饮用水水源。

 

  超标指标中有总硬度（以碳酸盐计），总硬度超标极易形成极度积垢，生活和工业用水需要经常处理锅炉积垢；其次是铁含量超标，极易变味、变色、沉积及铁菌的发育、浊度等。

 

  4 结论

 

  ⑴ 该水源井终孔深度751.87m，主要采取中奥陶系上下马家沟组深层岩溶裂隙水。地下水位埋深5.06m，水位标高为851.766m。

 

  ⑵ 井孔斜度，止水效果均符合规范设计要求。

 

  ⑶ 根据抽水试验Q=F（s）关系曲线推求，若水位S=66.0m时，涌水量可达34.2L/s，日出水量可达2954.9t/d。⑷ 水质分析检测项目共22项，符合饮用水标准的占19项，占87%，只有三项有超标，占13%，故水质基本满足生活饮用水和工业用水要求。  综合以上所述：深层井施工流程为：井位选定、钻井、取芯、止水、下井管、洗井、抽水试验、水质分析等。同时施工中应加强安全生产、文明施工、环境保护等措施。