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1、平?jīng)龃笳瘞X火車站機井施工工藝和方法趙秉恒（平?jīng)鍪兴牡刭|(zhì)工程局，甘肅平?jīng)觯?44000）【摘要】：本文筆者結(jié)合平?jīng)龃笳瘞X火車站水源機井項目的具體實踐，淺述在黃土梁峁丘陵區(qū)采用的施工技術(shù)控制指標(biāo)。重點介紹了鉆進工藝和成井工藝等關(guān)鍵施工技術(shù)和方法。關(guān)鍵詞：機井施工。鉆進工藝和方法。成井工藝和方法。機井質(zhì)量。一、自然地理概況平?jīng)龃笳瘞X火車站水源機井施工區(qū)為一狹長的溝谷地帶，地形地貌屬黃土梁峁丘陵區(qū)。縱橫交錯的山巒走向曲折；聳立陡峭的梁峁蜿蜒起伏；水流切割的溝谷分布密集，溝谷兩側(cè)黃土坪地面海拔多在13001400m之間，相對高差3050m。井位就坐落在大寨嶺的澗溝黃土坪之中。鉆井區(qū)地處內(nèi)陸腹地，屬大陸2、性半干旱、半濕潤季風(fēng)型大陸性氣候。溫帶氣候。一年四季分明，春季風(fēng)多雨少；夏季炎熱雨頻；秋季陰雨連綿；冬季寒冷干燥。年最高氣溫34.5，最低氣溫-16.7，年平均氣溫8，多年平均降雨量600毫米左右，多年平均蒸發(fā)量1400；相對濕度60%；最大凍土深度0.9m。日照2288小時，無霜期178天。二、水文地質(zhì)條件2.1地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造特征施工區(qū)內(nèi)地表全被黃土覆蓋，縱橫交錯的山巒走向曲折；聳立陡峭的梁峁蜿蜒起伏；水流切割的溝谷分布密集，山梁縱橫，溝谷深切，沖溝兩側(cè)多為黃土陡坎，高度3050m不等。山梁植被不發(fā)育，土質(zhì)疏松，水土流失嚴(yán)重，地表水溯源和下蝕作用較強烈，微地貌發(fā)育。該區(qū)在大地構(gòu)造上屬于鄂3、爾多斯盆地西南邊緣。 因受六盤山構(gòu)造的影響，特別是周寨小寨子構(gòu)造，由于其發(fā)育時間長，規(guī)模較大，它不僅控制著中、新生代地層的展布，成為鄂爾多斯盆地西南邊界，而且地形地貌、水文地質(zhì)條件也受到其嚴(yán)格控制。鉆孔過程中下白堊統(tǒng)志丹群涇川組（K61z）暗紫色、棕紅色砂質(zhì)泥巖夾黃色細砂巖上部裂隙發(fā)育，裂隙中充填有方解石；下部羅漢洞組（K15Z）灰白色泥灰?guī)r中可見磨蝕現(xiàn)象。而且地層顯得較為松散，在不同深度出現(xiàn)同樣的巖石斷裂帶中標(biāo)志性巖石斷層泥和角礫巖，具重組合膠結(jié)之特征。同時，孔內(nèi)出現(xiàn)不均勻漏水現(xiàn)象，這充分說明該井區(qū)地層已受到構(gòu)造的影響。地下水的形成不僅與氣象、水文等自然條件有著密切關(guān)系，而且直接受到地質(zhì)地貌4、條件的制約。它控制著不同類型地下水的形成和分布，決定著地下水的補給、逕流、排泄和埋藏條件、富水條件以及水化學(xué)特征等。2.2地層根據(jù)有關(guān)水文地質(zhì)鉆探資料，該施工區(qū)地層分布及巖性情況如下：(1）第四系上更新統(tǒng)松散堆積物（Q3 aI）:堆積建造具二元結(jié)構(gòu)形式，其巖性上部黃土狀砂粘土，分布于地表，具大孔隙，垂直裂隙發(fā)育。結(jié)構(gòu)疏松，透水性強；下部為溝谷沖洪積松散堆積物（Q3aI+pI）：巖性為黃灰色、雜色砂礫卵石。成分主要以砂巖、礫巖為主，含泥較多，礫卵石分選性差，磨圓度多為次圓狀、棱角狀，結(jié)構(gòu)松散，該層含水性和透水性均好，是溝谷潛水的富水層段。（2）新第三系甘肅群碎屑巖（Nn）：埋藏于第四系溝谷沖洪積5、砂礫卵石層之下。巖性上部為紫紅色砂質(zhì)泥巖，結(jié)構(gòu)致密，具可塑性；下部為灰綠、灰褐色礫巖，泥鈣質(zhì)膠結(jié)。（3）下白堊統(tǒng)志丹群涇川組碎屑物（K16Z）：埋藏于第四系砂礫石層之下。其巖性上部為桔紅色含礫細砂巖、棕紅色砂質(zhì)泥巖；中部巖層多為砂質(zhì)泥巖夾粉砂巖細砂巖等，均為含水層；下部為褐色含礫粉砂巖、細砂巖等碎屑物。（4）下白堊統(tǒng)志丹群羅漢洞組碎屑物（K15Z）：埋藏于涇川組地層之下。巖性以細砂巖和礫巖為主，上部為灰白色泥質(zhì)灰?guī)r；中部為灰褐色粉砂巖、紫褐色砂質(zhì)泥巖夾雜色礫巖，礫巖鈣質(zhì)膠結(jié)，較堅硬；下部紅褐色砂質(zhì)泥巖夾淺灰色細砂巖。三、施工流程機井施工流程見（水源機井施工流程圖）。四、鉆進工藝和方法4.1井位6、確定在選擇和確定井位時，根據(jù)近年來的水質(zhì)、水文地質(zhì)資料，了解附近水井的衛(wèi)生狀況、考慮地方病等因素，并注意電測與地質(zhì)相結(jié)合，以地質(zhì)為主，進行實地勘察，對地質(zhì)構(gòu)造，地形地貌等條件經(jīng)過認真分析和研究來判斷地下水的形成、運動、賦存規(guī)律，選用水質(zhì)良好、水量充沛、便于保護的地方。確定井位時做到：（1）井孔中心與靠近井孔一側(cè)架空輸電線路邊導(dǎo)線間的最小水平距離應(yīng)符合輸電線路的有關(guān)供電要求。（2）鉆探場地范圍內(nèi)使用的220V及380V架空輸電線路不受有關(guān)規(guī)定的限制，但不得使用裸電線。（3）井孔中心距電話線邊線至少10m；距地埋電力線路及松散層舊井孔邊線的水平距離至少5m（基巖鉆孔不受此限制）；通訊電纜構(gòu)筑物管道7、及其它地下設(shè)施邊線的水平距離至少2m。4.2準(zhǔn)備工作接到進場許可后，確定井位，組織設(shè)備進場，進行電源和鉆機安裝以及泥漿池、蓄水池的開挖等開鉆前的準(zhǔn)備工作。各項準(zhǔn)備工作就緒后開始施工。4.3井身結(jié)構(gòu)開口井徑460mm，終止井徑220mm，井深310m,分兩個井段成井，詳見管井結(jié)構(gòu)及地質(zhì)柱狀剖面圖。井內(nèi)安裝鋼質(zhì)井壁管和濾水管300m，其外徑273mm，內(nèi)徑260mm。濾水管為鋼板一次性沖孔成型的橋式型，其規(guī)格為：梯形長50，寬7；側(cè)縫長30.5，縫隙寬1.2mm，井管全部采用焊接方式連接。4.4鉆進方法水源機井施工流程圖接通臨時電路、水管施 工 準(zhǔn) 備查明地下管線測 量 放 點確 定 井 位平 整8、 場 地確定結(jié)構(gòu)方案鉆機對準(zhǔn)井位鉆 機 就 位調(diào)整水平、垂直度檢查鉆頭直徑配 制 泥 漿鉆 進 成 孔確定成井方案探井檢查，丈量深度擴 鉆 通 孔刮洗泥皮，排渣換漿檢查井管，編排濾水管井 管 安 裝記錄填礫深度及數(shù)量圍 填 濾 料觀測濾料下降及返水情況洗 井補填濾料，上部封井水泵安裝，抽水試驗水 質(zhì) 分 析資 料 整 編拆卸設(shè)備，清理鉆場竣 工 驗 收本工程鉆井設(shè)備采用SPJ300型水文水井鉆機。鉆進方法采用無芯泥漿正循環(huán)回轉(zhuǎn)全面鉆進的施工方案。為了減少鉆進和擴孔時的研切體積，減輕鉆具負荷，采用不同規(guī)格的噴射式三牙輪鉆頭分級擴孔鉆進。即“小鉆大擴，逐級成井”的方法鉆進施工。4.5鉆進工藝（1）9、在鉆孔過程中，及時撈取巖粉，并與圖紙?zhí)峁┑牡刭|(zhì)資料核對分析地質(zhì)變化情況，以便調(diào)整鉆進參數(shù)和泥漿指標(biāo)。（2）及時清除巖粉或沉淀，以免影響泥漿循環(huán)，同時嚴(yán)密觀察鉆進情況，有無跳鉆，失水過快，鉆進速度異常等情況。（3）不斷觀察孔內(nèi)水頭高度，檢查鉆桿軸心位置及鉆桿垂直度是否滿足規(guī)范要求，及時填寫原始記錄。（4）井身圓正、垂直，實際井身直徑大于設(shè)計井徑。（5）井段頂角偏斜小于3.0，頂角和方位角未出現(xiàn)出現(xiàn)突變。（6）井口設(shè)置護口管，保證了管井施工過程中不致坍塌。4.6泥漿（1）鉆進時對井孔上部松散地層采用密度1.11.2；粘度控制在1822S左右；含砂量不大于5%為宜。對密度、粘度和含砂量三者的性能指標(biāo)10、關(guān)系掌握控制在：提高泥漿粘度時，減小密度；而加大密度時，粘度亦隨之增加，在密度不變的情況下，含砂量降低，粘度增大?？傊?，根據(jù)鉆孔含水層巖性和循環(huán)液及孔內(nèi)地質(zhì)情況，隨時調(diào)整和控制泥漿性能指標(biāo)值，以防各種復(fù)雜情況的發(fā)生，有利于快速鉆進，提高管井出水量，保證井口安全。（2）停鉆期間，將鉆具提至安全孔段位置并定時循環(huán)或攪動孔內(nèi)泥漿；泥漿漏失隨時補充。（3）沖洗介質(zhì)的各項性能指標(biāo)均符合有關(guān)規(guī)定和要求。4.7鉆進技術(shù)參數(shù)開鉆前，各班組施工人員對鉆機和附屬設(shè)備、電器進行詳細檢查，潤滑后開動泥漿泵循環(huán)。（1）松散地層鉆進時，稠泥漿、低壓、慢速、泵量適中。（2）進入基巖時，調(diào)整泥漿使粘度保持在20S左右，大泵量11、中壓、中速鉆進。（3）鉆進過程中，會出現(xiàn)多層厚度不等砂巖和砂礫巖層，遇到該層時，根據(jù)地層結(jié)構(gòu)形式和巖性變化情況，隨時采取相應(yīng)的轉(zhuǎn)速、鉆壓及泵量等技術(shù)參數(shù)，嚴(yán)格按鉆進規(guī)程施工，以保證全井段各項技術(shù)指標(biāo)的順利完成和管井質(zhì)量。（4）在粘土、粘砂土等地層中擴孔時，要輕壓、中轉(zhuǎn)速、大泵量，微活動鉆具。由于地層軟，鉆頭壓力不宜過大，一般在300500左右。（5）在砂層中擴孔時，應(yīng)采用“輕壓、中速、稀泥漿、大泵量、勤活動鉆具”。（6）在粘砂夾礫石、卵石、礫石層中擴孔時，選用玉米式擴孔鉆頭，采用“輕壓、慢轉(zhuǎn)、優(yōu)質(zhì)泥漿、大泵量、勤活動鉆具”。一般壓力可在400600左右，轉(zhuǎn)速在80120Ymin左右，泥漿保持12、在22S以上，泵量在140min左右?？傊?，隨地層變化情況，根據(jù)進尺隨時調(diào)整技術(shù)參數(shù)，將轉(zhuǎn)速、鉆壓、泵量掌握和控制在最佳狀態(tài)，以滿足安全、有效、快捷的要求，保證全井段各項指標(biāo)的順利完成。4.8取樣（1）取出的土樣（或巖粉），宜能正確的反應(yīng)地層顆粒組成。（2）需鑒別地層巖性時的土樣（或巖粉），在非含水層段每5m取一個；含水層段3m取一個；變層時加取一個。標(biāo)本樣（或巖粉）數(shù)量，按順序編號暫時保管，以便詳細鑒定地層之用。4.9原始記錄（1）所有原始記錄內(nèi)容準(zhǔn)確、齊全、清晰、整潔。（2）土層記錄包括埋深、厚度、顏色、土層名稱及其特征描述。（3）各含水層段描寫其顆粒大小、各粒徑組成及其含量等。（4）鉆進13、過程中，對水位、水溫、沖洗液消耗、漏水位置、孔壁坍塌、涌砂情況、巖層變層深度、含水構(gòu)造的起止深度等進行了詳細描述。為準(zhǔn)確布置濾水管提供靠依據(jù)。五、成井工藝和方法5.1探井（掃孔）采用試孔器對全井段進行一次全面清掃檢查。通過檢查，使井內(nèi)沉淀物、井壁、井徑及深度均達到設(shè)計要求。做到管井垂直不偏斜、井壁圓滑無障礙；井徑均勻無異徑；井內(nèi)暢通無沉淀；深度正確符合設(shè)計要求,從而保證了井壁管和過濾器的安裝暢通。5.2換漿為縮短洗井時間，增加井內(nèi)涌水量，下管前將稠泥漿置換稀釋成輕型漿，使其比重在1.1左右，稠度17S左右。具體措施是將鉆具下入井底，并慢慢升降活動，同時用泥漿泵送入清水將稠泥漿不斷稀釋置換出來，14、直至泥漿達到輕型程度，為填礫和洗井提供條件。5.3井管編排根據(jù)管井結(jié)構(gòu)類型進行配管，將井壁管和濾水管進行一次檢查丈量，然后對每一根井管質(zhì)量進行一次復(fù)查，最后根據(jù)鉆井記錄，按照設(shè)計好的井管布置示意圖，對每個井管進行統(tǒng)一序次排列，自下而上編號。5.4井管安裝（1）下管前應(yīng)做好井口圍護工作，防止物件脫落井內(nèi)，做好外溢泥漿的引流，以免浸污機場影響操作。（2）校正井深，確定下管深度及過濾管長度和安裝位置，然后按下管先后次序?qū)⒕苤鸶闪俊⑴帕泻途幪枺_保下管深度和過濾管安裝位置準(zhǔn)確無誤。（3）對井管逐根檢查，不符合質(zhì)量要求的應(yīng)進行修理。（4）對下管設(shè)備和工具進行檢查，不符合要求的不準(zhǔn)使用。（5）下管作業(yè)15、時應(yīng)統(tǒng)一指揮，互相配合，操作時要穩(wěn)、要準(zhǔn)，速度不宜太快。（6）下管期間應(yīng)保持井內(nèi)液面達到井口，若有下降應(yīng)及時灌滿。（7）井管下完后，用升降機將管柱吊直，并在井口將其扶正、固定。直立于井口中心，上端口應(yīng)保持水平。（8）井管連接必須做到對正接直，封閉嚴(yán)實。接口要嚴(yán)密、焊接頭處強度應(yīng)滿足下管安全和成井質(zhì)量要求。（9）下入濾水管時，用水將井管表面淋濕，以避免濾水管干燥時的靜電作用，造成泥漿粘牢于濾水管表面產(chǎn)生阻水導(dǎo)致洗井困難。（10）依次將編排好的井壁管、濾水管分別安裝在設(shè)計（或相對應(yīng)的含水層）井段。濾水管長度81m，具體安裝位置見（井壁管與濾水管排列安裝示意圖）。5.5填礫井管安裝后應(yīng)及時填礫，填礫16、前做好以下準(zhǔn)備工作：（1）井管下入井內(nèi)后，將鉆桿下入井底，然后封閉井口，用泥漿泵通過鉆桿將清水送入井內(nèi)，使井管內(nèi)外的泥漿或巖粉從井壁外的環(huán)狀間隙中頂出孔口，直至返出清為止。（2）濾料要求篩選，顆粒的磨圓度要好，嚴(yán)禁使用棱角碎石。不合格的數(shù)量，不得超過設(shè)計數(shù)量的15%。（3）不含土和雜物。（4）濾料礫徑為5mm的圓狀或次圓狀硅質(zhì)礫石。（5）采用正循環(huán)沖洗填礫法（動水投礫），從管口四周均勻的填入井壁與井管的環(huán)狀間隙中。5.6洗井為了使過濾器周圍形成一個良好的濾水層，以增大管井出水量，應(yīng)進行洗井。（1）在洗井方式上優(yōu)先采用活塞與水泵聯(lián)合洗井。（2）采用鉆桿連接活塞，開泵供水自下而上提拉沖洗。直至井管17、內(nèi)外地下水完全貫通，水位變化反應(yīng)靈敏為止。（3）活塞膠皮外徑應(yīng)予井管內(nèi)徑一致或稍大。洗井過程中要定時檢查，已磨損的膠皮外徑小于井管內(nèi)徑4mm時，應(yīng)及時更換。（4）洗井過程中活塞不得在井內(nèi)停留；不準(zhǔn)將活塞下放到沉淀管中。（5）活塞洗井時，可采用分段進行，每段提拉時間不少于30min。（6）洗井效果的檢查：出水量應(yīng)接近設(shè)計要求連續(xù)兩次單位出水量之差小于10%。5.7抽水試驗（1）洗井后緊接著將型號為200QJ1029617潛水電泵下入井內(nèi)抽水段290m處進行試抽。以檢驗抽水系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)情況和觀測水位動態(tài)變化情況。（2）抽水試驗下降次數(shù)宜為一次（最大降深）。（3）采用非穩(wěn)定流抽水試驗方法。（4）出水量18、和動水位按穩(wěn)定值確定，水位和出水量連續(xù)觀測：延續(xù)時間48h,穩(wěn)定后延井壁管與濾水管排列安裝示意圖編號濾水管位 置井管長度井管安裝深度編號濾水管位 置井管長度井管安裝深度8233414156814740416080411394164794153841687841937濾31727742336濾3175764273541787543134418274濾335334186734383241907244231濾31947144630濾319770450294200694542842046845827濾320867濾36226濾321166濾365254214654682442186447223濾32219、26347622濾32256248021422861濾38420423260濾38719濾32365949018濾3239584941742425749816424656410215425055濾310514濾325454濾310813濾32575341121242605241161142645141201042685041249濾327249濾31288濾327548濾31317427847413464282464138542864541424濾32904441463濾329343濾31502429642濾315314300續(xù)時間8h.測得靜水位58.6 m；動水位105.5m；降深46.920、m；出水量30m3/h；單位出水量0.64m3/hm。六、機井質(zhì)量（1）出水量：最大涌水量30m3/h。（2）孔身質(zhì)量：孔身圓正、垂直，滿足規(guī)范要求。（3）管井結(jié)構(gòu)：井深310m，分為兩個井段成井。其中深度0300m時，井徑460mm；深度300310m時，井徑220mm。井內(nèi)安裝外徑為273mm的鋼質(zhì)井管300m。井管全部采用焊接方式連接。井管整體連接垂直，焊接牢固，質(zhì)量可靠。（4）止水：采用優(yōu)質(zhì)粘土球止水，效果良好，滿足規(guī)范要求。（5）水質(zhì)：經(jīng)檢驗分析，完全符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。參考資料：平?jīng)鍪兴牡刭|(zhì)工程局. 趙秉恒. 平?jīng)龃笳瘞X火車站水源管井施工技術(shù)總結(jié) 2012.11作者簡介：趙秉恒，男，出生于1955年12月，1977年12月畢業(yè)于西安地質(zhì)學(xué)校地質(zhì)勘探專業(yè)。現(xiàn)在平?jīng)鍪兴牡刭|(zhì)工程局，總工程師。從事水文地質(zhì)鉆探施工與管理工作。聯(lián)系地址：平?jīng)鍪嗅轻嘉髀?58號（三天門）單位電話：（0933）8712997 電子信箱：745472321