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水井工程技术现状与展望

2017-05-05 18:43:51 邢台市龙翔钻探有限公司 阅读
水井工程技术现状与展望

世界各国在水井工程设计和施工方面有着不同的工艺和特色,美周、德国、日本、前苏联等国家在钻进方法、并管材料选择、水井杀菌消毒、管理规范化等方面有着严格的要求和规范。尽管我们水井工程技术的研究与施工有着悠久的历史,但是,由于人们的传统观念、国家行业部门的法规和规范力度薄弱、新技术推广困难、经济落后等因素的影响,在水井工程技术及施工工艺方面基本沿用传统的单一模式。
  随着地下热水的开发应用,水井工程的深度由以前的几百米发展到现在的一千多米,甚至几千米,特别是中深井的工程投资达几十万元或上百万元。再加之目前地下水的污染、贫乏、水位下降和开采的限制等情况,水井工程设计和施工的具体要求及难度将愈来愈高。所以,水井工程技术必须在现有基础上针对存在的问题,围绕着“质量、使用寿命、地质环境、维修方便、经济高效”等原则进行必要的发展和改革。

  水井钻进方法
  美国、德国、日本等国家主要以气举反循环、冲击回转潜孔锤等方式来实现破岩和成孔;我国“八五”期间的20多个省(市、区)推广和应用了多工艺空气钻进技术,并取得了显著成效。但是,据目前调查结果来看,由于设备配套、经济状况等方面的原因,在大多数的钻进方法上,还是以泵吸反循环、正循环泥浆钻进、冲击钻进为主,其破岩材料一般为钨钻硬质合金,主要问题是:
  (1)虽然泵吸反循环能大幅度提高钻进速度和成井质量,缩短洗井时间,但只能使用在较浅的成孔钻进中。
  (2)正循环泥浆钻进能实现较深的钻井,主要问题是泥浆污染地层,给洗井工序带来困难,成并速度慢,易造成孔斜和孔内事故。
  (3)冲击钻进效率低,钻进深度小,设备和辅助材料消耗大等。

  水井工程设计
  国外许多专业公司在水井工程设计方面都有自己的规范和手瓣,如美国的Ingersoll-Rand公司、日本全国地质调查业协会等均在水井结构、套管、滤水管、防腐处理、水力及流速等设计上有着科学严格的要求和标准。我国在水井工程设计方面还没有一个统一的规范和标准,特别是在目前市场经济条件下,多数情况的水井工程设计是以工程费用、建设方与承建方的协议为依据,这样就容易造成许多问题和混乱。通过我们近几年的水井修复和利用SJ-2型水井彩色电视检查系统对河南、安徽、山两、东北等地的120眼不同深度(100-- 350 m)的水井观察发现:许多水井的成井结构设计、井管和滤水管的选择、金属井管腐蚀等问题较为突出。主要表现在管径偏小、变径位置不合理、井管腐蚀破裂、涌砂等方面。

  钻孔与成井结构
  在水井结构设计上,国内的情况是:为防止细颗粒地层的涌砂问题和增加单井出水量,一般把钻孔的开孔直径设计为500-1000mm,终孔直径250-450mm。
  许多人认为井径愈大愈好,在实际水井结构设计时单纯地增加井径和填砾厚度。这样无疑增加了设备的负荷和钻井成本,同时也降低了钻井效率。实际和理论研究证明,孔径与出水量不是成正比直线关系。笔者曾对河南平顶山沙北、南阳郭滩、漯河等几个水源地不同地层的钻孔资料统计分析发现,不同地层的钻孔口径对出水量的影响是不同的。从图l所示的关系由线中可以看出·粗颗粒地层(卵砾石、粗砂)中,在管径300~700mm之间单位涌水量随钻孔口径增加而增大;在细颗粒地层(细砂、粉砂、亚砂土)中钻孔口径与单位涌水量关系不大。
  成井结构目前更没有统一的规范和标准,不同地区差异较大。特别是安徽亳州、阜阳和河南的~、开封、商丘等地的中深(地热井,有的在70-- 120 m处变径,下部井管直径为159~168 mm’有的地热井下部管径只有127 - 146 mm。一旦水井在使用过程中下部井管出现问题和地下水位下降,会给水井的修复和处理带来很大难度,甚至导致水井寿命缩短或报废。

  井管和滤水管
  美国、德国等国家70%的水井工程都采用PVC-U塑料井和滤水管,国内常用的井管有铸铁管、钢管(无缝、直缝、螺旋)、水泥管,有些地区也开始试用PVC-U塑料井管。铸铁管主要用于300m以内的水井工程,钢管则用于深井或地热井。其井管本身存在的主要问题是:表面粗糙不平,管壁厚薄不均,材质不均和杂质含量高;滤水管主要以缠丝管为主’近年在地热井施工中多采用笼状管,这种滤水管是用缠丝管和桥式管焊接成环形状组合,再填装砾料后焊封上端。主要问题是:成本高,搬运和使用一段时间后砾料下沉,在初始充满砾料的封闭空间出现“空白,'-段,从而导致涌砂现象。PVC-U塑料井管在国内虽有少数地区应用,但是,人们的传统观念和产品质量标准等问题,致使这项技术处于徘徊不前的状态。金属井管存在的质量问题和滤水管设计的合理性,将直接影响着水井的质量和使用寿命。

  成井工序
  传统的成井工序为:钻孔→扩孔→下管→冲孔换浆→投砾→洗井→抽水试验→验收。由此可见,工序繁多且在扩孔、冲孔换浆和洗井时容易出现塌孔和洗井困难等问题,主要反映在成井效率低、质量难以保证、成本高三个方面,甚至出现报废现象,造成严重的损失。

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