西海固地區(qū)脫貧引水工程大口徑水井施工方法研究

馬江

(寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)工程院，銀川 750004)

1 工程概況

擬建西海固地區(qū)脫貧引水水源工程位于黃河右岸中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)與中寧縣之間，擬在七星渠引水口(申灘)至清水河入河口的黃河河漫灘及一級階地范圍內(nèi)建設(shè)水源地，其東西方向長約25 km，南北方向?qū)捈s0.5～2.0 km，面積約30km2。從該水源地取水，經(jīng)匯集后通過4級加壓泵站和207km輸水線路沿清水河川逆流而上，在終端與中南部水源工程的中莊調(diào)節(jié)水庫相連，沿線向工程供水范圍(涉及同心縣、海原縣和固原市的原州區(qū)、西吉縣、彭陽縣)內(nèi)的城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水。本次試驗性大口徑井工作區(qū)位于中衛(wèi)市宣和鎮(zhèn)徐莊村北側(cè)、濱河路南側(cè)，距離黃河約180 m，分別為2#和3#井，該項目于2018年3月13日開工，4月23日完成。

2 施工目的

通過勘探成井，查明該孔所處位置的地層巖性情況和相對含水層的埋藏、厚度等特征及富水性；總結(jié)井群布置及群孔干擾抽水試驗提供基本的水文地質(zhì)原始數(shù)據(jù)及參數(shù)；查明水源地的水文地質(zhì)和地下水資源量(開采方案)提供基本的水文地質(zhì)原始數(shù)據(jù)及參數(shù)；為后期評價、開采、利用、管理和保護以及水源地設(shè)計提供基本的水文地質(zhì)原始數(shù)據(jù)及參數(shù)。

3 施工技術(shù)要求

擬完成的兩口大口徑井成井直徑為1200 mm，初步設(shè)計井深60 m。井管使用的材料必須為無污染和無毒性材料，材料的強度、耐久性應(yīng)滿足設(shè)計和使用功能，初步確定選用無縫鋼管，鋼管直徑分別采用530 mm和800 mm，井管壁厚8 mm。過濾管采用橋式過濾器結(jié)合打眼纏絲過濾器。濾料直徑選用2～5 mm的米粒砂，顆粒的磨圓度較好，嚴(yán)禁使用棱角碎石，不應(yīng)含土和雜質(zhì)，濾料圍填厚度為不小于200 mm。

4 施工方法

大口徑井施工工藝：平整場地→鉆機安裝→鉆進成孔→測斜測井→沖孔換漿→井管安裝→圍填濾料、止水→洗井→抽水試驗→資料整理。

4.1 鉆機安裝及孔口保護

按設(shè)計確定的井位進行鉆機就位，開孔前進行安裝質(zhì)量驗收，孔口埋設(shè)了加長鋼制護筒并用優(yōu)質(zhì)黏土回填密實，做好了保護好井口的工作。

4.2 沖擊鉆進

根據(jù)本項目地層特點我們選用了沖擊鉆機進行鉆進，沖擊鉆采用直徑1200 mm的鉆頭一鉆到底，沖擊鉆進過程中選用優(yōu)質(zhì)紅土進行造漿，合理控制了泥漿的黏度、含砂率、密度、濾失量等指標(biāo)，減少泥皮的生成，充分發(fā)揮了泥漿的作用，泥漿性能符合本地層的鉆進參數(shù)。鉆進過程中詳細記錄地層變化情況，鉆孔深度達到設(shè)計要求后，及時進行電測井，通過測井解釋曲線劃分地層巖性，進一步確定含水層的準(zhǔn)確位置，為安裝井管做好充分參考。

4.3 沖孔換漿

終孔后，在所需井管準(zhǔn)備到位的情況下，開始沖孔換漿工作。本次采用撈渣筒從孔底撈取泥漿，水泵進行孔口補水的方式進行換漿，清孔結(jié)束后，孔內(nèi)的泥漿密度小于1.05 g/cm3。

4.4 井管安置及填料

井壁管及濾水管長度根據(jù)鉆進過程中記錄的地層情況并結(jié)合測井情況確定。采用懸吊下管法，為保證下入的井管垂直、同心，防止靠孔壁，在每根井管的中部位分別焊接導(dǎo)正器。提吊下管時應(yīng)穩(wěn)拉慢放，如遇到阻力，不得猛沖或壓入，應(yīng)緩緩旋轉(zhuǎn)下放，避免損傷井管及造成井管變形。下管過程中有專業(yè)技術(shù)人員旁站指導(dǎo)進行。

本次選用礫徑為2～5 mm均勻純凈的礫料 (米粒砂)進行圍填，磨圓度較好，顆粒均勻，不含雜質(zhì)?？卓? m采用黏土封閉，確保止水和封孔質(zhì)量。填礫采用動水投礫法，投礫過程中，隨時觀測管外礫料的高度，核對數(shù)量，如出現(xiàn)搭蓬現(xiàn)象或方量不符時，要停止投礫，及時進行針對性處理。孔內(nèi)實際投礫高度應(yīng)高出濾水管最上端5 m以上。

最終2#試驗井下入直徑820 mm井管加濾水管51 m，其中濾水管長度為24.08 m，濾水管類型為橋式濾水管。3#試驗井下入直徑530 mm套管及濾水管54.07 m，其中濾水管長度為30.07 m，濾水管類型為橋式濾水管與纏絲濾水管相結(jié)合。

4.5 洗井

為防止孔壁泥皮硬化，造成洗井困難，影響出水量，在填礫結(jié)束后，立即進行洗井作業(yè)，本次采用活塞洗井法、水泵抽水法進行交替洗井。先用活塞洗井8 h，然后將水泵下到濾水管底部進行抽水洗井，同時加入適量焦磷酸鈉軟化泥皮浸泡12 h后，換活塞洗井8 h，再換水泵洗井12 h，直至水清砂凈，純洗井時間達到了36 h以上。

5 抽水試驗

2#井于2018年3月27日至2018年4月3日進行了試驗抽水、單井穩(wěn)定流正式抽水試驗及水位恢復(fù)。抽水延時61.5 h，水位恢復(fù)59 h，抽水成果詳見表1。

3#井于2018年4月6日至4月13日，進行了試驗抽水、單井穩(wěn)定流正式抽水試驗及水位恢復(fù)。抽水延時67 h，水位恢復(fù)45.5 h，抽水成果詳見表2。

表1 2#井抽水成果表

表2 3#井抽水成果表

6 管井最大可開采量估算

管井最大可開采量采用Q-s曲線外推法公式(1)估算。根據(jù)經(jīng)驗，管井最大出水量相對應(yīng)的最大降深約為含水層厚度的70%。

Q～s最大出水量公式：

(1)

式中：Qmax為與最大降深相對應(yīng)的最大出水量，m3/d；H為潛水含水層厚度，m；s為井中任何一個已知水位下降值，m；Q為與s對應(yīng)的已知出水量，m3/d。

計算結(jié)果見表3。

表3 管井最大可開采量成果表

2018年4月19日至4月21日，又對3#井進行了最大出水量抽水驗證，將揚程為46 m，泵量為140 m3/h的潛水泵下至井下37 m處，進行抽水驗證，經(jīng)過近30個小時抽水穩(wěn)定驗證，降深達到32.5 m時(含水躍值，約為含水層厚度的70%)，管井出水量為145 m3/h，即3480 m3/d。經(jīng)驗證，管井最大出水量估算結(jié)果可靠。

7 結(jié)論

通過本次試驗性大口徑井2#及3#井的施工與抽水試驗，查明了該區(qū)域地層巖性和含水層的埋深、厚度等特征及富水性；為水源地的水文地質(zhì)和地下水資源量(開采方案)提供基本的水文地質(zhì)原始數(shù)據(jù)及參數(shù)，為井群布置和井身結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了依據(jù)；優(yōu)化了施工方案，總結(jié)出新的施工方法，試驗結(jié)果和水質(zhì)水量達到了預(yù)期目標(biāo)。