地?zé)峥碧街懈邏鹤粤骶饩に噾?yīng)用探討

陳惠娟，趙 振，劉 峰

(青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局，青海 西寧 810007)

在地?zé)峥碧街?，承壓自流地?zé)峥碧娇孜茨苓_(dá)到要求，為了不污染環(huán)境，引發(fā)次生災(zāi)害，必須采取封井，一般來說，承壓水頭低，自流量小的地區(qū)采用常規(guī)封井工藝即可，但對于西寧盆地水頭高，自流量大的地區(qū)，但對地下水豐富的自流斜地及自流盆地的大流量井孔而言，常規(guī)封井工藝往往失效。本次采取了三級分段注漿封井工藝，一次封井成功，經(jīng)3年多時間運(yùn)行，未發(fā)現(xiàn)在鉆孔及其附近有涌水現(xiàn)象，說明該封井效果較好，該封井經(jīng)驗可在西寧地區(qū)地?zé)峄蚋邏鹤粤魉碧娇追饪讜r予以借鑒?，F(xiàn)將封井工藝介紹如下:

1 高壓自流形成條件

西寧盆地內(nèi)沉積著厚逾千米的中新生代侏羅、白堊紀(jì)和新生代古近、新近紀(jì)泥巖、砂巖、砂礫巖等碎屑巖地層。地層巖相的水平變化由盆地邊緣到盆地中心巖性顆粒由粗變細(xì)，在垂向上有粗細(xì)的相變和迭置，這些粗顆粒的砂巖、砂礫巖以及它們的褶皺斷裂構(gòu)造裂隙為裂隙孔隙水的儲存提供了空間條件，構(gòu)成了承壓自流盆地(圖1)，盆地內(nèi)眾多鉆孔都揭露出多層承壓自流水。

海湖新區(qū)位于西寧盆地中部，眾多地?zé)徙@孔揭露水頭高出地面 +55.84 ～59.98m，自流量 2 241 ～ 3 025m3/d［1－2］。徑流方向基本是由盆地四周向盆地中心運(yùn)移的，形成了相對封閉的高壓自流盆地，因此，西寧地區(qū)承壓水具有水頭高、流量大等特點。本次施工海湖新區(qū)R1號地?zé)峋矔r壓力水頭高達(dá)140m，涌水量達(dá)3 000m3/d。

2 R1號地?zé)峋┕ぜ熬斫Y(jié)構(gòu)

2.1 施工概況

R1號地?zé)峋@進(jìn)到839m鉆遇花崗巖。已經(jīng)達(dá)到本次勘探目的，由于底部水量小、水溫低，進(jìn)行封井。

在鉆進(jìn)過程中，曾多次涌水比較嚴(yán)重，199～202m處細(xì)砂巖層中有涌水現(xiàn)象，水頭高約+6.0m，涌水量約86.4m3/d。鉆進(jìn)至250m左右又有涌水現(xiàn)象，鉆進(jìn)至285～337m段巖芯破碎，大量涌水，測得瞬時水頭壓力14個大氣壓，水頭即140.0m，涌水量為3 000m3/d。因此，該井水壓大、自流量大，為后期封井帶來較大的困難。

圖1 西寧盆地承壓自流水等水壓線圖

2.2 井身結(jié)構(gòu)

本次施工的R1號地?zé)峋斫Y(jié)構(gòu)如下(圖2):

(1)0～205m段，孔徑為φ500 mm;

(2)205～856m段，孔徑為φ215 mm。

3 封井

3.1 封井目的

為了防止R1地?zé)峋院缶谟克?，對該地區(qū)造成環(huán)境污染，引發(fā)次生災(zāi)害，為此，全孔進(jìn)行封井。

3.2 封井方法

根據(jù)本地?zé)峋^壓力大、水量大等特點，本次封井方法采用三級分段注漿方法(圖3)。這種注漿方法經(jīng)常在煤礦井下煤層底板防止涌水及煤田水文涌水孔封孔時采用，注漿效果非常明顯，不會產(chǎn)生后患。

圖2 R1地?zé)峋斫Y(jié)構(gòu)示意圖

3.2.1 第一段注漿

封堵段為300～853m:直接下鉆桿至孔底850m左右，開泵注入一定量的清水，開始注入水泥漿液，采用小泵量注入并保持連續(xù)，為了安全需要提起鉆桿時，應(yīng)慢速提升，且鉆桿下端不要提離孔內(nèi)漿液面。直至泵入下部所需水泥漿液體積量或下部水泥漿液面到300m左右，提起鉆桿到250m左右沖洗鉆桿。

3.2.2 第二段注漿

封堵段為205～300m:直接下鉆桿至泵室管底端200m左右，然后封閉孔口法蘭盤及泥漿出水口，并在井口安裝壓力表一只，注入一定量的清水，開始注入水泥漿液，采用小泵量注入并保持連續(xù)，等待壓力突然升高或者達(dá)到4.5 MPa左右。注入一定量的清水，關(guān)泵候凝72h，并觀察止水效果。上述工作結(jié)束后發(fā)現(xiàn)還有小量涌水，重復(fù)上述工作直至完全不涌水為止。

3.2.3 第三段注漿

封堵段為0～205m:下鉆桿至泵室管底端200m左右，開泵注入一定量的清水，開始注入水泥砂漿液，采用小泵量注入并保持連續(xù)。為了安全，提起鉆桿時，慢速提升，且鉆桿下端不要提離孔內(nèi)漿液面，直至孔口返出水泥漿液為止，然后泵入計算好的壓漿清水，上提鉆具并清洗管路。

3.3 封井過程

R1地?zé)峥碧骄饩畤?yán)格執(zhí)行封井技術(shù)設(shè)計要求，從2010年6月24日開始至7月1日結(jié)束，歷時8 d，達(dá)到了設(shè)計預(yù)期的目的。封井程序如下:

6月24日下午5點開始，下鉆具至847.03m，分五次注入水泥漿液，中途上提鉆具四次，漿液相對密度1.96。

6月25日12點探孔至320m托住鉆具，上提鉆具至210m，封閉井口法蘭。連續(xù)注入水泥重晶石粉漿液，壓力開始時為 0.8 ～2.5 MPa，注入 65 t水泥，重晶石粉 40 t，水泥早強(qiáng)劑1噸時壓力升至3.5 MPa，停止注漿，清洗管路注入清水，壓力為 4.5 MPa，憋壓候凝。

6月26日17點，打開閥門發(fā)現(xiàn)有每小時1方左右的清水流出，封閉井口注入5 t水泥漿液至壓力達(dá)到3.5 MPa，清洗管路注入清水，壓力為4.5 MPa，憋壓候凝。

圖3 封井分段示意圖

6月27日16點，打開閥門，發(fā)現(xiàn)有少量滴水，在3.5 MPa的壓力下注入水泥漿液2噸至壓力達(dá)到4.5 MPa，清洗管路注入清水，壓力為5.3 MPa，憋壓候凝。

6月28日17點打開閥門，觀察2h，未發(fā)現(xiàn)涌水現(xiàn)象，注入水泥砂漿液，水泥5 t，砂子3 t，上提鉆具至140m，注入水泥砂漿液，水泥5 t，砂子3 t，上鉆清洗鉆具，候凝。

6月30日，探孔至49m，注入水泥砂漿3 t，砂子 2 t，候凝。

7月1日，探孔至7.8m，人工攪拌水泥砂漿，倒入孔內(nèi)至2.7m處，封井結(jié)束，候凝。

經(jīng)48h凝固后，檢查井口周邊無涌水現(xiàn)象。

3.4 封井效果

該鉆孔封井后經(jīng)3年多時間，未發(fā)現(xiàn)在鉆孔及其附近有涌水現(xiàn)象，說明該封井效果較好。

4 結(jié)語

通過本次對R1號井封井工程，采用高壓分級注漿封井工藝，可在西寧地區(qū)地?zé)峄蚋邏鹤粤魉碧娇追饪讜r予以借鑒，具有一定指導(dǎo)意義。

［1］湯洪康，等.西寧市區(qū)地下熱水資源調(diào)查評價報告［R］.2003(內(nèi)部出版).

［2］石維棟，李建，等.青海省西寧市海湖新區(qū)地下熱水資源調(diào)查評價報告［R］.2009(內(nèi)部出版).

［3］趙金淵，張桂林.鉆井工程技術(shù)手［M］.北京:中國石化出版社.2004.

［4］李世忠，等.鉆探工藝學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社.1989.