非完整礦井穩(wěn)定流抽水試驗分析研究

張小興，張 影

（江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌 33001）

1 生產(chǎn)井背景

生產(chǎn)井所處地形地貌基本為濱湖平原，區(qū)域地層主要為前震旦系雙橋山群、石炭系下統(tǒng)華山嶺組、二疊系上統(tǒng)長興組、第四系中更新統(tǒng)和全新統(tǒng)沖積層。該井水源為孔隙水。生產(chǎn)井口標(biāo)高為18m。水源來自第四系全新統(tǒng)沖積層地層，礦區(qū)內(nèi)第四系全新統(tǒng)沖積層地層上部為厚度6m～7m的粉質(zhì)粘土，中部為厚度14.5m的中粗砂層，下部為厚度13.17m的砂礫卵石層，下部與中部夾0.7m厚的粘土或粉質(zhì)粘土透鏡體。

生產(chǎn)井上部的粘土層為隔水層，中部的中粗砂層含水層較弱，下部砂礫卵層含水層強(qiáng)。該生產(chǎn)井以下部砂礫卵層作為抽水含水層，該含水層為承壓含水層，含水層厚度13.17m砂礫卵石層，含水層頂?shù)装鍢?biāo)高為-4.20m～-17.37m。抽水篩管安裝在埋深27m～34m處，生產(chǎn)井其它部位都已進(jìn)行止水處理[1]。

2 抽水試驗技術(shù)要求

（1）進(jìn)行正式抽水時，首先應(yīng)準(zhǔn)備好抽水設(shè)備、動力設(shè)備，這是能保證正常抽水的前提條件。采用電流表進(jìn)行水位測試，井流量測試方法是用流量表和三角堰來測量。

（2）在正式抽水前均應(yīng)作試驗抽水。試驗抽水前，應(yīng)對抽水含水層（段）反復(fù)進(jìn)行抽洗，直至孔內(nèi)出水澄清無沉淀物時為止。試驗抽水應(yīng)作一次最大降深，初步了解水位降低值與涌水量的關(guān)系，以便正式抽水時合理選擇水位的降深。試驗過程的全部資料必須有正式記錄。

（3）穩(wěn)定流抽水試驗要求沒3次降深值，最大降深值（smax），2/3smax，1/3smax。本次抽水試驗為承壓水穩(wěn)定抽水試驗，對承壓水應(yīng)該接近而不低于含水層頂板，其它兩次間距應(yīng)大體均勻。

（4）水位降低順序：基巖含水層一般宜先深后淺，松散含水層宜先淺后深，逐次進(jìn)行。

（5）第一次水位降深的延續(xù)時間不得少于24h，其余各點(diǎn)降深的延續(xù)時間不作具體規(guī)定。各點(diǎn)降深的穩(wěn)定時間必須達(dá)8h。有觀測孔時，應(yīng)以最遠(yuǎn)觀測孔穩(wěn)定2h為準(zhǔn)。有特殊要求時應(yīng)適當(dāng)延長。

（6）抽水孔的動水位和流量的觀測，必須同時進(jìn)行。開始一般應(yīng)按每隔5min～15min觀測一次，延續(xù)1h后，可每隔30min觀測一次，直至抽水結(jié)束。觀測孔水位的觀測應(yīng)與主孔水位同時進(jìn)行，不得提前或延后。在抽水前及抽水過程中，應(yīng)經(jīng)常校正測繩的深度記號，若發(fā)現(xiàn)誤差應(yīng)及時修正。

（7）試驗需測水溫，同時取水樣。

（8）抽水試驗應(yīng)延續(xù)進(jìn)行。如抽水中斷，而中斷前已超過6h，且中斷時間不超過1h，則中斷前的抽水時間仍可計入延續(xù)時間內(nèi)，否則一律作廢。在中斷抽水時間內(nèi)，應(yīng)按觀測穩(wěn)定（靜止）水位的要求觀測水位（包括觀測孔），直到重新抽水為止。

3 抽水試驗過程

為確定生產(chǎn)井的允許開采量并取得有關(guān)數(shù)據(jù)，于2013年4月進(jìn)行抽水試驗。該生產(chǎn)井位于F5壓扭性斷層上盤，井深73.00m。抽水含水段位于第四系下部砂礫卵石層，為第四系承壓含水層，即井深22.20m～35.37m，含水段厚度13.17m。靜止水位埋深3.10m，承壓水頭高度19.1m。采用潛水泵對該生產(chǎn)井進(jìn)行三次降深非完整井穩(wěn)定流抽水試驗[2,3]。

3.1 抽水過程

A 豐水期（2013年4月）。

第一次降深（S1）從2013年4月24日10時開始，2013年4月25日13時完成，歷時28時，穩(wěn)定時間25時30分，動水位11.55m，降深8.45m，穩(wěn)定流量5.25L/S。

第二次降深（S2）從2013年4月25日19時開始，2013年4月26日7時完成，歷時12時，穩(wěn)定時間11時30分，動水位8.4m，降深5.2m，穩(wěn)定流量4.35L/S。

第三次降深（S3）從2013年4月26日14時開始，2013年4月26日23時完成，歷時9時，穩(wěn)定時間8時30分，動水位5.8m，降深2.7m，穩(wěn)定流量2.85L/S。

抽水試驗結(jié)束后，立即進(jìn)行恢復(fù)水位觀測，停泵后30分鐘，水位恢復(fù)至埋深3.10m，且穩(wěn)定。（見圖1）。

3.2 抽水曲線確定

本次抽水試驗涌水量——降深、單位涌水量——降深數(shù)據(jù)見表1、2，圖見圖2、3。

圖2 Q-s曲線圖

表1 流量、降深一覽表

表2 單位涌水量、降深一覽表

圖3 q-s曲線圖

根據(jù)Q-s曲線計算曲線的曲度值：

根據(jù)《水文地質(zhì)手冊》判定該抽水試驗Q-s曲線為指數(shù)型，公式采用：

通過表5-4抽水試驗數(shù)據(jù)計算出lga=0.21; m=0.55，即該抽水試驗Q-s曲線公式為lgQ=0.21+0.55lgs

3.3 抽水參數(shù)計算

本次抽水試驗為非完整井穩(wěn)定流抽水試驗，所以本次抽水參數(shù)計算采用非完整井穩(wěn)定流公式進(jìn)行計算（本次計算采用最大降深進(jìn)行計算），公式如下：

采用迭代法進(jìn)行計算，先取R=100m，代入公式可得K=6.52m/d，將K值代入得到R=215.2m；以此類推，最終得到抽水含水層的滲透系數(shù)K=7.0m/d，影響半徑R=224m。

3.4 最大涌水量計算

通過前期抽水試驗數(shù)據(jù)分析已確定了涌水量Q與降深s的相關(guān)關(guān)系，因此本次最大涌水量計算采用相關(guān)外推法進(jìn)行計算。

該生產(chǎn)井含水層為承壓含水層，厚13.17m，承壓含水層水頭高度為19.1m。本次最大降深位置確定為含水層水位到含水層底板二分之一處，即smax=16.135m。

根據(jù)涌水量Q與降深s的相關(guān)關(guān)系計算最大涌水量Qmax。

豐水期：lgQmax=0.21+0.55lgsmax得出Qmax=7.48l/s(646m3/d)根據(jù)抽水試驗數(shù)據(jù)，抽水試驗穩(wěn)定時間比較長，同時抽水試驗停抽后水位迅速恢復(fù)及并到穩(wěn)定，同時開采量計算外推的深度，只取含水層水位到含水層底板二分之一，均符合該套計算方法不超過抽水試驗降深≤2.0倍的一般要求。因此以抽水量Q=646m3/d具有充足的補(bǔ)給保證，開采水量仍有較大潛力。

本次工作已基本控制了水源地的邊界和含水層特征，并通過水樣分析詳細(xì)查明了礦泉水的物理化學(xué)特征；通過抽水試驗取得了允許開采量計算所需參數(shù)；已查明礦泉水開發(fā)條件及水源衛(wèi)生防護(hù)條件。

3.5 抽水試驗質(zhì)量評述

抽水試驗前先按照有關(guān)規(guī)程采用清水活塞或壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行洗井，直至穩(wěn)定返出清水后，才開始正式抽水試驗。

試驗設(shè)備采用抗溫?zé)嵘罹疂撍米鞫髁砍樗O(shè)計穩(wěn)定流降深三個落程，實(shí)際抽水降深三次。抽水穩(wěn)定時間≥8h。抽水試驗過程中，采用電測水位儀觀測動水位，水表及三角堰板綜合核定流量，并觀測水溫，同時對觀測過程中的水位、水溫及流量進(jìn)行相互校對，經(jīng)校核誤差值：水量≤0.01%、水溫≤0.1℃、水位≤0.03m，精度較高，符合規(guī)范對抽水試驗中抽水和測溫的質(zhì)量技術(shù)要求。

4 結(jié)論

4.1 從試驗成果可知

（1）通過對生產(chǎn)井豐水期及枯水期的抽水試驗，最終確定生產(chǎn)井抽水含水層的滲透系數(shù)K=7.0m/d，自然邊界范圍以影響半徑224m為半徑。

（2）該含水層涌水量與降深呈指數(shù)型曲線關(guān)系，抽水量Q=646m3/d具有充足的補(bǔ)給保證，開采水量仍有較大潛力。

4.2 在鉆孔抽水試驗過程中，應(yīng)注意做好以下工作

（1）試驗前應(yīng)注意洗孔。洗孔應(yīng)達(dá)到水清砂盡無沉淀。洗孔工作沒作好，會造測得的滲透系數(shù)偏小甚至導(dǎo)致試驗失敗。

（2）試驗過程中，應(yīng)邊測讀流量和降深，邊繪制Q-S曲線，一旦發(fā)現(xiàn)Q-S曲線反常，如Q-S曲線呈反拋物線型，應(yīng)查明原因，必要時重做。

（3）試驗中抽水設(shè)備及電力設(shè)備要有富余，以防出現(xiàn)意外，影響試驗進(jìn)行。

（4）在礦泉水開發(fā)過程中，必須進(jìn)行水質(zhì)、水量、水位和水溫的監(jiān)測工作，并建立監(jiān)測資料檔案，做到科學(xué)開發(fā)、科學(xué)管理，合理利用該礦泉水資源，以便取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。