多層位超深試驗(yàn)觀測(cè)井施工技術(shù)

陶天才,石玲娣

1 概述

鄂爾多斯盆地西南部的甘肅平?jīng)觥獩艽ㄒ粠?位于區(qū)域大向斜——天環(huán)向斜的西翼。富含承壓水的下白堊系志丹群的 6個(gè)巖組在這里分布俱全,它們自上而下依次為:涇川組 (K6lzh);羅漢洞組 (K5lzh);環(huán)河組 (K4lzh);華池組 (K3lzh);宜君組 (K2lzh);洛河組(K1)。查明該區(qū)志丹群各組的地層特征、各層承

lzh壓水的埋藏、運(yùn)移、賦存及水化學(xué)特征、各層承壓水之間的互相聯(lián)系及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,對(duì)隴東盆地、乃至整個(gè)鄂爾多斯盆地的地下水系統(tǒng)分析具有十分重要的意義。B5號(hào)觀測(cè)井就布設(shè)于本區(qū)的花所鎮(zhèn)附近。

2 地層巖性及承壓含水巖組的劃分

2.1 地層巖性綜述

第四系 (Q)覆蓋層厚度約 20 m,其下為巨厚的志丹群各組地層,巖性均以泥巖、砂巖、砂質(zhì)泥巖為主,膠結(jié)中等,顏色有青灰、蘭灰、暗紫、棕紅等,雜亂無(wú)序,若沒(méi)有較直觀的對(duì)比資料,極難分層,然而各層所含的承壓水水質(zhì)差異極大,承壓水頭亦不相同,一般在 0～45 m之間。各層的厚度分別為:厚約280 m,厚約 260 m,厚約 220 m,厚約210 m,基底為侏羅系 (J)泥巖。

2.2 含水巖組的劃分

根據(jù)地層巖性、賦水特征及物探資料等地質(zhì)信息,專(zhuān)家們把白堊系志丹群劃分成了 3個(gè)承壓水含水巖組,自上而下分別為:涇川羅漢洞含水巖組);環(huán)河華池含水巖組 ();宜君洛河含水巖組(。

3 B5井主要地質(zhì)技術(shù)要求與質(zhì)量指標(biāo)

(1)設(shè)計(jì)孔深:1000 m;

(2)巖心采取率:白堊系、侏羅系地層全孔段取心,采取率≮70%,且必須在取心鉆孔的基礎(chǔ)上成井;

(3)鉆孔彎曲度:鉆孔頂角誤差每百米不超過(guò)1°;

由此可見(jiàn),B5號(hào)井實(shí)際上具有水文地質(zhì)勘探和長(zhǎng)期觀測(cè)的雙重意義。

4 井身結(jié)構(gòu)與施工工序

4.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

井身結(jié)構(gòu)必須完全滿(mǎn)足技術(shù)要求,其復(fù)雜程度顯而易見(jiàn)。井身結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

圖1 井身結(jié)構(gòu)示意圖

分層抽水試驗(yàn)共進(jìn)行 4次,均為裸眼試驗(yàn),其成敗的關(guān)鍵是在抽水過(guò)程中井壁保持完整,不垮不坍,且止水可靠。成井后,可自 ?168 mm管內(nèi)觀測(cè)層水位,自 ?273 mm套管與 ?168 mm管環(huán)狀間隙觀測(cè)層水位,自 ?426 mm套管與 ?273 mm套管環(huán)狀間隙觀測(cè),實(shí)現(xiàn)了多層位觀測(cè)。

4.2 施工工序流程

多次分層抽水與多層位觀測(cè),決定了工程施工的工序?qū)⒎浅?fù)雜。工序多、流程單一、關(guān)鍵質(zhì)量點(diǎn)多是工程的主要特點(diǎn)。工序流程為:開(kāi)孔鉆進(jìn)→下套管固井→取心鉆進(jìn)→測(cè)井→第一段擴(kuò)孔→止水、洗井→第一次抽水試驗(yàn)→第二次擴(kuò)孔→止水、洗井→第二次抽水試驗(yàn)→第三次擴(kuò)孔→止下部水→下?273 mm套管止水→洗井→第三次抽水試驗(yàn)→第四次擴(kuò)孔→洗井→下 ?168 mm套管止水→第四次抽水試驗(yàn)→封閉井口。

除上述工序外,在實(shí)際施工過(guò)程中,每次止水后的效果檢查也是必不可少且相當(dāng)復(fù)雜的。

5 施工工藝

5.1 施工設(shè)備和主要鉆具

鉆機(jī):TSJ-1000型水源鉆機(jī);

泥漿泵:TBW1200/7B型泥漿泵 1臺(tái),TBW850/50型泥漿泵 1臺(tái);

空壓機(jī):英格索蘭 XHP750型;鉆塔:AJ-24型;

鉆桿:?89 mm摩擦焊;

鉆鋌:?177 mm、?159 mm、?121 mm。

5.2 鉆進(jìn)與擴(kuò)孔工藝

5.2.1 取心鉆進(jìn)

采用 ?150 mm/?127 mm肋骨硬質(zhì)合金鉆頭、?127 mm巖心管組成單管取心鉆具。?121 mm、?89 mm鉆鋌加壓鉆進(jìn)。巖心管長(zhǎng)度 6～8 m,但回次進(jìn)尺不得超過(guò) 5 m。巖心卡取方法,視地層而分為干鉆取心法和卡料卡取法。巖心管上部加投球接手,即用投球加卡料 (干鉆)法采取巖心。實(shí)際施工過(guò)程中,用此法取心,巖心采取率達(dá)到了 90%以上。

取心孔段的鉆孔彎曲度對(duì)于整個(gè)工程來(lái)說(shuō)至關(guān)重要,它不止要達(dá)到≯1°/100 m的地質(zhì)技術(shù)要求,同時(shí)因?yàn)橐M(jìn)行近千米的擴(kuò)孔成井,擴(kuò)孔時(shí)鉆孔能否延原孔軌跡向下延伸,這與原鉆孔的彎曲度有極大關(guān)系,之所以采用鉆鋌,實(shí)現(xiàn)孔底加壓和加長(zhǎng)巖心管的工藝方法,就是為了降低鉆孔的彎曲度,保證垂直度。在實(shí)際施工過(guò)程中,通過(guò)堅(jiān)持加長(zhǎng)粗徑鉆具、孔底加壓“提拉吊打”的原則,全孔最大孔斜僅3.6°。

5.2.2 擴(kuò)孔工藝

6 洗井與止水工藝

6.1 洗井

洗井其實(shí)均在裸眼段進(jìn)行,加之承壓水水頭都較高,一般先換漿,再?zèng)_孔,刷孔,最后抽水洗井均能達(dá)到洗井要求,為了防止換、沖、刷、抽達(dá)不到洗井要求,預(yù)備了焦磷酸鈉洗井方案,在實(shí)際施工中,只需沖、抽即能達(dá)到洗井要求,備用方案未被啟用。

6.2 止水

在取心鉆進(jìn)之前,第四系地層應(yīng)先下 ?426 mm表層套管并管外用水泥封固,所以不再考慮第四系潛水的止水工作。第一、二試驗(yàn)段抽水試驗(yàn)前分別做下部止水工作,第三試驗(yàn)段抽水前,須做和兩層止水、第四試段抽水前做兩層上部水的止水工作,所以,總計(jì)止水 4次,6個(gè)部位,同時(shí)應(yīng)指出的是,下部止水均為臨時(shí)止水,而上部止水均為永久性止水。

6.2.1 下部止水方法

預(yù)制錐形水泥塞,用鉆桿將其送到止水位置,轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿、使之與塞體脫離提出鉆桿,向孔內(nèi)投紅土球并下鉆搗實(shí),止水工作即告結(jié)束。紅土在孔內(nèi)的高度在 2 m左右,多則有可能堵塞含水層。每次抽水試驗(yàn)結(jié)束后,掃掉水泥塞即可。

6.2.2 上部止水方法

共兩次上部止水,分別采用 ?273 mm和 ?168 mm套管止水,管腳帶壓縮式止水器、以保證止水效果。

6.2.3 止水效果檢查

下部止水的效果檢查采用泵壓法,即下粗徑巖管至止水部位,加壓使巖心管底唇進(jìn)入紅土、然后開(kāi)泵送漿,泵壓將很快上升,達(dá)到一定值后停泵憋壓,注意觀察泵壓變化,如果在 1 h內(nèi)泵壓下降 0.5MPa以?xún)?nèi),說(shuō)明止水質(zhì)量合格,否則應(yīng)重新止水。上部止水的效果檢查采用壓差法即可。在實(shí)際施工中,每次止水均一次成功,止水質(zhì)量完全達(dá)到要求。

7 結(jié)語(yǔ)

本觀測(cè)井結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工序繁瑣、質(zhì)量要求高。經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的精心設(shè)計(jì),施工人員的辛勤工作,歷時(shí)4個(gè)月終于完成。通過(guò)該井的施工積累了多層位超深觀測(cè)井施工經(jīng)驗(yàn)。

(1)全孔段取心。水文水井施工全孔段取心近年來(lái)少見(jiàn),本工程雖然取心難度不算太大,但深度大,工作量大、對(duì)施工人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)。

(2)設(shè)計(jì)巧妙,實(shí)現(xiàn)多層位試驗(yàn)和長(zhǎng)期觀測(cè)。技術(shù)人員巧妙地利用地層特性,大膽地在沉積巖中裸眼試驗(yàn),給工程實(shí)現(xiàn)多層位試驗(yàn)和長(zhǎng)觀奠定了基礎(chǔ)。

(3)多層次止水,實(shí)現(xiàn)多層位常觀。止水位置多達(dá) 6處,4次抽水試驗(yàn)相對(duì)獨(dú)立,在完成各項(xiàng)技術(shù)任務(wù)后又實(shí)現(xiàn)多層位觀測(cè),一個(gè)鉆孔完成了多個(gè)鉆孔的任務(wù)。總之,本觀測(cè)孔的實(shí)施為今后類(lèi)似工程樹(shù)立了一個(gè)榜樣。

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