地熱鉆井

深層井的施工方法及成井工藝

  1 工程概況
 
  山西魯能河曲電煤公司上榆泉煤礦2# 水源井位于上榆泉煤礦工業(yè)場區(qū)內,目的是為了解決選礦廠正式投產后礦井生產和生活用水。設計井深為750m,終孔井徑不小于219mm,工程建成后可日提供水量1800~2200m3 /d。該井水質要求達到生活飲用水水質標準,水質類型HCO3—Ca、Mg水,礦化度<0.5g/L。施工要求開采奧陶系深層巖溶裂隙水,對上部石炭、二疊系煤系地層進行永久性止水。
 
  2 工程地質、水文地質條件
 
  水源井工程地處天橋泉域北端,龍口泉域南端,西臨黃河,東臨黃土高原,黃河為本地區(qū)地表水地下水的最低侵蝕區(qū),水井位于兩大泉域的接壤處,為地下水的分水嶺處,補給與排泄分布不清。水井所處位置頂部為第四系全新統(tǒng)洪積土夾碎石,厚3.7m,其下為二疊系下統(tǒng)石盒子組,層厚37m左右,再下為石炭系地層,為二疊系下統(tǒng)本溪組和上統(tǒng)太原組,總厚292m,以下為中奧陶系中、上馬家溝灰?guī)r地層,埋深302m~750m,。施工區(qū)有縣級大路南北相連,交通便利。
 
  區(qū)內地下水類型主要兩種:即二疊、石炭系碎屑巖裂隙水和奧陶系碳酸鹽巖巖溶水。二疊、石炭系碎屑巖裂隙含水巖系水質極差,不宜開采。故鑿井過程中采用泥漿固壁封閉,鉆穿后進行永久性止水。下奧陶系白云巖、白云質灰?guī)r和中奧陶系上下馬家溝組灰?guī)r、白云質灰?guī)r和白云質泥灰?guī)r為主要含水巖層,裂隙與溶蝕發(fā)育,局部溶洞發(fā)育,透水性強,大部分屬中等富水或富水。含水層總厚在200m左右。區(qū)域穩(wěn)定水位高程約850~900m左右。
 
  3 施工方法及成井工藝
 
  3.1鉆進方法
 
  水源井孔孔口采用人工開挖,然后埋設護口管,護口管直徑為Φ500㎜,為捲管,護口管下入埋好后,管子周圍用人工夯實,確??卓诶喂?、穩(wěn)定。
 
  護口管埋設好后,開始鉆進,鉆具采用Φ350㎜牙輪鉆頭無芯鉆進, 鉆至12m,改用Φ500㎜牙輪鉆頭鉆進,奧陶系地層以上,石炭、二疊系砂頁巖和含煤地層,采用泥漿固壁循環(huán)鉆進,為了判別地層巖性,每鉆都要留取巖粉,對照本區(qū)已有的勘探孔SD1# ,確定穿過的地層巖性,基本滿足地質判層要求。
 
  鉆至292.5 m變層見灰?guī)r。為了止水,又鉆進灰?guī)r12 m停鉆,進行永久性止水,止水深度為303.8 m。
 
  奧陶系石灰?guī)r鉆進,也是采用牙輪鉆頭無芯鉆進,但沖洗液改為清水鉆進,并每鉆留取巖粉,便于判別地層,特殊情況用圓管鉆進,提取代表巖芯,幫助地質判別地層??偟目?,地層巖性判別基本與勘探孔SD1# 和1# 水源井一致,滿足要求。
 
  3.2 孔斜測量及孔深校正
 
  本井孔鉆進基本保持100m測斜一次,方法采用Kxp—1型井孔測斜儀,每次測量均在規(guī)范和設計要求范圍內。終孔偏差為0.1m。
 
  3.3 下井管
 
  本井孔下入的止水井管均采用國家優(yōu)質鋼材Q235系列,壁厚8mm,由太原勘測實業(yè)有限公司提供,均有資質證書,套管質量符合要求。下管時又請有資質證書的專業(yè)焊工進行井管焊接,焊接牢固、嚴密、不漏水,符合質量要求。
 
  3.4 止水
 
  本井孔穿過石炭、二疊系含煤砂頁巖地層,進入奧陶系地層,取奧陶系灰?guī)r水,但對上部含煤地層水要進行嚴密封水,以保證水質不污染,確保水質。
 
  止水工作有兩個主要環(huán)節(jié)必須有保證,一是確保見到奧陶系灰?guī)r地層無誤,保證止水真正在奧陶系灰?guī)r頂部;二是確保止水套管已穿過稠水泥漿,直插到孔底。只有做到這兩點,才能保證止水效果,本工程止水即按此要求進行的。
 
  鉆孔進入奧陶系灰?guī)r地層后,經過反復取芯證明已進入灰?guī)r后,才開始進行永久止水工作。止水前先進行清孔換漿,即從孔底送入清水,逐步將孔內泥漿頂出孔外,肉眼觀測已變清(不渾濁)為止。然后再向孔內填入拌和好的稠水泥漿至孔底。此次永久性止水水泥采用32.5# 普硅水泥共6t,拌和成稠水泥漿,填入孔底。隨后立即下入套管,在未下套管前,在止水套管底部向上,每隔0.5m纏一道膨脹膠帶,共25道,然后下入套管,使止水套管穿過稠水泥漿,直插孔底,再待凝72h。
 
  待凝時間結束后,進行止水效果檢查,測定止水套管內外水位,前后對比水位變化情況,無變化,說明止水效果良好,方可結束止水工作,可進行下道鉆進工作。
 
  止水工作結束后,開始對下部奧陶系灰?guī)r進行鉆進,孔徑變?yōu)棣?95mm,后又變?yōu)棣?44mm,直至751.87m,一徑到底。  3.5 井孔結構本井孔孔口直徑采用φ500mm,終孔孔徑為φ244mm,共變徑五次,由φ500mm 、φ377mm 、φ350mm 、φ295mm 、φ244mm。除孔口管外,采用4m長中φ500mm實管,其余304.2m井管采用φ325mm螺旋鋼管,為止水套管。  3.6 洗井  該水源井含水層很好,水量充足,洗井方式為機械洗井,共進行5個臺班。
 
  3.7 抽水試驗
 
  該孔洗井結束后即進行抽水試驗,抽水試驗前先測孔內穩(wěn)定水位,穩(wěn)定時間為4h,測得水位埋深5.06m,水位標高為851.766m,與區(qū)域水位基本吻合。
 
  抽水延續(xù)時間為7h,穩(wěn)定時間6h,均大于規(guī)范要求4h。抽水試驗共進行四次降深,四次降深和涌水量分別為:
 
  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
 
  根據四次抽水試驗成果,繪制出涌水量與降深Q=F(s)關系曲線和單位涌水量與降深q=F(s)曲線,曲線反映基本呈直線,但略帶拋物型,基本反映了奧陶系裂隙巖溶水流態(tài)性質,略帶潛水承壓水性。用該曲線推求降深6.6m時,涌水量可達到34.2L/s,日出水可達到2954.9t/d,見下圖1、圖2:
 
  3.8 水質評價
 
  在抽水試驗過程中,取全分析水樣一組,送太原地質礦產部山西省中心試驗室檢測。采樣均按試驗室要求采取,水樣無色、無味、透明,該放入的試劑試驗室裝配好,取樣器皿都是試驗室專門配備的,連采代送到試驗室不超過12小時,保證按時送樣。
 
  對水質進行評價,按生活飲用水水質標準(GB5749—85)進行評價。本次共分析色、渾濁度、嗅和味、肉眼可見物、pH、總硬度(碳酸鹽計)、鐵、錳、銅、鋅、揮發(fā)酚類(以苯酚計)、氫化物、砷、汞、硒、鉻(六價)、鉛、鎘、銀、偏硅酸、細菌總數(shù)、總大腸菌群等22項指標,對比各指標中只有兩項指標超標,其余均達到國標。因此綜合評定地下水水質為良好,符合飲用水標準,適用于生活飲用水水源。
 
  超標指標中有總硬度(以碳酸鹽計),總硬度超標極易形成極度積垢,生活和工業(yè)用水需要經常處理鍋爐積垢;其次是鐵含量超標,極易變味、變色、沉積及鐵菌的發(fā)育、濁度等。
 
  4 結論
 
  ⑴ 該水源井終孔深度751.87m,主要采取中奧陶系上下馬家溝組深層巖溶裂隙水。地下水位埋深5.06m,水位標高為851.766m。
 
  ⑵ 井孔斜度,止水效果均符合規(guī)范設計要求。
 
  ⑶ 根據抽水試驗Q=F(s)關系曲線推求,若水位S=66.0m時,涌水量可達34.2L/s,日出水量可達2954.9t/d。⑷ 水質分析檢測項目共22項,符合飲用水標準的占19項,占87%,只有三項有超標,占13%,故水質基本滿足生活飲用水和工業(yè)用水要求。  綜合以上所述:深層井施工流程為:井位選定、鉆井、取芯、止水、下井管、洗井、抽水試驗、水質分析等。同時施工中應加強安全生產、文明施工、環(huán)境保護等措施。