水井成井工艺ppt课件.ppt
水井成井工艺 Completing Water Wells,内 容,0.水井成井工艺井管冲孔、排渣、换浆与探孔下管填砾止水洗井抽水增产,思 考,水井成井包括哪些程序？为什么要洗井？有哪些增产措施？,水井成井工艺包括：钻孔结束后冲孔、换浆、安装井管、填砾、止水、洗井和试抽等工艺过程;成井目的:有选择地疏通和封闭含水层：将含水层（目的层）的水经过疏通而使其能够自由地流入井内；封闭或隔离非目的层，以防止地下含水层的水互相串通或污染含水层。,0.水井成井工艺,1.井 管,井管：由井壁管、过滤管和沉淀管等三部分组成。井壁管：内径应满足抽水设备的安装和正常抽水要求，若采用深井泵抽水时，安装泵管的井管内径应大于泵外径约50mm。过滤管：安装长度一般与含水层厚度大体一致，厚度超过30m时，可选用20-30m安装在主要含水层处；若含水层透水性很差时，可适当加长（观测孔采用2-3m即可）；直径根据出水量确定。沉淀管：应与相连的过滤管同径，安装长度一般为4-6m。,1.1 井管连接井管采用丝扣或电焊连接，若使用其它方法连接时，应保证接头不错动或渗漏；井管连接成管柱后，轴心线应一致；管柱底端和过滤管部位应装设扶正器，确保管柱处在井孔中心位置。,1.2 井管性能基本要求,具有良好的强度，能承受地层和静水侧压力以及管柱自重产生的拉压力；能抵抗井水腐蚀，有较好的防腐蚀性能；无毒、无味，对井水不污染；溶于水中的有害物质含量低于国家规定指标。管身圆直，端口平整，连接牢固，密封良好，无渗漏、无残缺、无裂纹。,1.3 井管类型及选择井管类型：铸铁井管，钢质井管，玻璃钢井管，聚氯乙烯井管（PVC）；井管类型选择：应根据地层、钻孔类型、孔深、孔径、设备能力、水质和经济性等参照表1-1选用。,表1-1 井壁管类型选择,1.4.1 过滤管及要求滤水管：安装在不稳定的、但要求出水的含水层段，如砂层、岩石碎裂的断层带。保证自由而通畅的流水，阻止砂或碎岩进入井内，即滤水阻砂。,1.4.1 过滤管及要求要求：进水面积最大；足够机械强度；耐腐蚀；滤水阻砂能力；安装方便，成本低廉，取材容易。,1.4.2 过滤管类型及选择类型：骨架式滤水管，缠丝过滤管，桥式过滤管，聚氯乙烯（PVC）过滤管，玻璃钢过滤管，贴砾过滤管，笼状过滤，包网过滤管，裸眼过滤管。选择：应根据含水层类型、水质和孔深，参照表1-2。,1.4.3 骨架式过滤管骨架式滤水管是一种结构最简单的滤水管;其结构特点是在各种材料的井管上用钻孔、模压、焊割、铣切等方法，开有圆孔或条缝作为进水通路;骨架式滤水管除独立用作滤水管外，还常作为其它类型滤水管的骨架;滤水孔的形状，骨架式滤水管有三种型式。,骨架式-圆孔滤水管结构图,圆孔滤水管，是在井管上利用钻床打眼加工制成。圆孔交错排列，如图所示。圆孔滤水管的圆孔直径d取决于滤水管的用途。若独立作为滤水管使用时；因滤水管直接与含水层颗粒接触，故d取决子含水层颗粒的大小及其均匀度，一般常为1-20mm左右。若作为其它类型滤水管的骨架，则d可取大些。孔间距a决定于d，一般 a=(2.5-3.0)d.钢质滤水管可制成孔隙率在30以上，铸铁滤水管可在23左右，石棉水泥滤水管则在15-16%。结构简单，加工容易，孔隙率较大，抗压强度大，适用于破碎带或含砂量不大于10%的卵砾石的含水层中。,骨架式-2 条缝滤水管的条缝形式图,条缝的宽度取决于含水层的粒度，其标准宽度为:2.0,2.5,3.0,4.0mm。长度一般为150mm，各排条缝之间的距离为10-20mm。孔隙率较圆孔大，应用范围较广：粗砂，砾石，破碎带等含水层中，也可以做为其它类型滤水管的骨架。,条缝式滤水管是在井管的管坯上采用模压，冲压，铣切或气割等方法加工而成。,筋条滤水管：是在滤水管两接头间焊以直径为10-16mm的钢筋或三角形的钢条。围成圆柱形，长约3-4m。其内每隔一米左右焊一支撑圈，以增加其强度。筋条滤水管的特点：孔隙率大，可达40-60。过水能力强，叉节省材料，在国外筋条滤水管主要用于贴砾滤水管的骨架和缠丝滤水管的骨架。单独使用筋条滤水管的地层，是涌水量大而薄的、富有开采价值的含水层。如裂隙、溶洞等。,筋条滤水管1-短管；2-筋条；3-支撑圈,1.4.4 缠丝滤水管是在骨架滤水管外缠以金属丝而成。倘若骨架管是圆孔滤水管或条缝滤水管，为使水流通畅在管外每隔40-50mm焊上直径6mm的垫筋，然后再缠金属丝；金属丝的断面可以是梯形，圆形或三角形，以梯形为好；缠丝时，梯形上底向内，下底向外，使滤水孔断面呈V”形。这种滤水孔既可减少砂粒堵塞，又有高的过水效率。,缠丝滤水管1-钢筋；2-梯形滤水丝,1.4.5 包网滤水管钢丝网，铜丝网，不锈钢 丝网，聚氯乙烯塑料网；水文地质勘探临时抽水。,包网滤水管1-骨架管；2-钢筋；3-包网,1.4.6 砾石滤水管根据含水层颗粒，在骨架管和含水层之间充填砾石；骨架管：骨架滤水管、缠丝滤水管或特制。预制-筐状砾石滤水管和带罩砾石滤水管填料-人工填砾，操作简单，在我国使用普遍,砾石滤水管A-填充式；B-筐状砾石滤水管；C-带罩砾石滤水管1-滤水管骨架或网状滤水管；2-砾石填料；3-铁质填砾筐；4-外罩,贴砾滤水管,1.4.7.贴砾滤水管将砾料、粘合剂、石膏等物质，按一定比例在模具里加压、固化而成。特点：透水性好，缩小井径，在细颗粒含水层和深水井中使用。,1.4.8.玻璃钢过滤管用玻璃纤维交织缠绕成表面呈网状结构的过滤管，有良好的防腐蚀性能，质量轻，强度较大,玻璃钢过滤管,1.4.9.塑料过滤管形式多，可以适用不同地层；成本低，成型快，适用面广；1.4.10 其它类型滤水管石棉水泥滤水管，水泥砾石滤水管，炉渣水泥滤水管等，用于农业灌溉井。,1.5 过滤管选择,砂层：缠丝滤水管、贴粒滤水管裂隙基岩层：骨架滤水管稳定基岩（稳定溶洞或裂隙地层）：裸眼选择：应根据含水层类型、水质和孔深，参照表1-2。,表1-2 过滤管类型及选择,续表1-2,续表1-2,2.成孔后冲孔、排渣、换浆与探孔,下管前的冲孔、排渣、换浆与探孔要求：应将冲孔钻杆下放到孔底，用大泵量冲孔排碴，待孔内岩碴排净后，将孔内冲洗液的粘度降低至1820s；密度降低到1.1-1.15g/cm3。若含水层护壁泥皮过厚时，可先用环状钢丝刷在含水层孔壁处上下提拉破坏孔壁泥皮后，再按上述要求进行冲孔、排渣、换浆。冲孔、排渣、换浆结束后，在下管前应进行探孔，所用探孔器直径比孔径小50-80mm，长度为1.5-2.5m。经探孔确认钻孔圆直、畅通无阻后，才可下管。,下管后填砾前的冲孔排渣换浆：应采用管底外返水冲洗的方法进行，冲孔钻杆下端应带阻流塞，并使其坐落在沉淀管内的阻流座上，使冲孔液在过滤管以下流出管外冲洗钻孔，岩粉排净后，将孔内泥浆粘度降低至16-18s，密度调至1.03-1.1g/cm3。,3.下 管,下管准备和基本要求：下管前应校正孔深，确定下管深度、过滤管长度和安装位置，按下管先后次序将井管逐根丈量、排列、编号、试扣，确保下管深度和过滤管安装位置准确无误。对井管逐根检查，不符合质量要求者不得下入孔内，过滤管的缠绕丝有错动者应进行修理使符合要求。对下管设备和工具进行检查，不符合安全要求者不准使用。,3.1 下管准备和基本要求：下管作业应统一指挥，互相配合，操作要稳要准，井管下放速度不宜太快，中途遇阻时不准猛墩硬提，可适当地上下提动和缓慢地转动井管，仍下不去时，应将井管提出，扫除孔内障碍后再下。下管期间应保持孔内液面到达孔口，若有下降应及时灌满。井管下完后，要用升降机将管柱吊直，并在孔口将其扶正、固定。,表3-1 下管方法选择,3.2 下管工艺和操作要求螺纹连接的井管，丝扣要涂油，连接螺纹要上满拧紧，若螺纹配合不好，丝扣上歪或丝扣损坏时，不得勉强紧扣，要卸开重上或更换。电焊连接的井管，其两端应车平，并将一端倒角，焊接时，管口内外壁要对平、焊正、焊牢，必要时应采用拉力筋加固。,4.填砾,填砾是在滤水管与含水层孔壁之间，填入大于含水层砂粒直径的砾石材料，造成一个人工过滤层，以增大出水量。这一工序必须在下完井管后立即进行，如拖延时间过长，则易造成孔壁坍塌、涌砂、缩径等现象，严重时会造成钻孔报废。因此，必须及时认真做好填砾工作。在滤水管与孔壁之间形成一个人工过滤层。经过洗井和抽水试验后，使砾料颗粒有规律地进行排列，即由滤水管向外砾料逐渐由大变小，以增大滤水管外的滤水性能，减少进水时的水头损失，可增大单井出水量。由于人工过滤层的形成，可防止含水层中细小砂砾涌进管内起挡砂滤水作用，故可延长水井使用寿命。平衡井壁与井管之间的力学状态。,4.1 砾料的选择砾料的规格、形状和材质，直接影响人工过滤层的透水性和井水中的含砂量。为增加水井出水量，延长水井使用寿命，必须合理选择砾料。正确的选择砾料规格是减少涌砂，取得最大出水量的基本保证。合理的砾料规格，必须通过对含水砂层的筛分资料来确定，砾料颗粒的大小决定填砾层的滤水性能。根据试验证明，砾料与含水砂层颗粒间的合理级配关系为：砾料直径D 50 应为含水砂层粒径d50 的6-10 倍。即：,当比值过大时渗透性能好，挡砂作用差，水中含砂量大，细颗粒易堵塞间隙；比值过小挡砂作用好，但砂层中的细砂冲不走堆积在砾料周围，使进水阻力增加，渗透性能差。选择填砾规格时，可参考表4-1。,表4-1 选择填砾规格,4-2 砾料形状、材质及填砾厚度、高度砾料形状以浑圆状为佳，浑圆状砾料具有较高的透水性和阻挡砂砾的能力。带有棱角的人工碎石，往往造成井水中含砂量增加。砾料的材质以坚硬、不易被腐蚀的石英砂砾为好。增大填砾层的厚度，扩大人工过滤层范围，可增大水井的出水量。因此，在条件允许时，应尽量加大填砾厚度，一般填砾厚度为75-100 mm。填砾高度：应考虑洗井、抽水过程中砾料会密实下沉（一般下沉15-110）填砾高度应超过含水层顶板，超过的高度应根据含水层的具体条件来确定。一般要求超过含水层顶板3-5 m。若被开采含水层靠近咸淡水界面时，填砾高度要低于咸淡水界面5 m以上。,填砾量的计算,孔内所需砾料的数量可用下式计算：Q 0.85（D 2 d2）LK式中：Q-填砾所需数量，m 3；D-孔径，m；d-井管直径，m；L-填砾孔段的长度，m；K-超径系数一般取，1.2 1.5。,5.止 水,为了对目的含水层以外的其它含水地层或非含水层进行封闭与隔离，以防止对目的含水层的干扰或污染，为此目的而进行的处理工作称为止水。水文地质钻孔和供水钻孔一般均采用套管隔离的方法进行止水，在止水位置用止水材料封闭套管与孔壁之间的间隙。选用的止水材料必须符合经济、耐久、可靠的原则。常用的止水材料有下列几种:,海带具有柔软、遇水膨胀、压缩后不透水、气等性能（海带遇水后两小时内体积剧增，四小时趋于稳定，膨胀后体积增大（3-4 倍）因此，多用在松散地层与基岩钻孔中作临时性止水材料，选用的海带以肉厚、叶宽、体长者为好。橡胶具有弹性和对水气不渗透的特性，将其制成一定几何形状如胶球、胶圈、胶囊等，固定在止水管外部，进行压缩、充气或充水等方法使之膨胀，将止水管与孔壁环状间隙封闭，从而达到止水目的。橡胶止水一般适用于较完整的基岩孔或探采结合孔的管内临时止水，在松散地层中也可使用。粘土具有一定粘结力和抗剪强度，压实后具有不透水性。可在一些地下水承压不高、流量不大松散地层或基岩中作永久止水材料。其优点是操作方便、成本低、止水效果可靠等。使用时多将粘土搓成直径30-40mm的小球，经阴干后投入孔内、投入厚度一般为3-5 m。水泥具有良好的隔水性，能在水中硬化，并且与孔壁岩石有一定的胶结力，是一种很好的永久止水材料。,粘土球为填止水（1）粘土球必须揉实、风干，投入速度不宜过快，以防中途堵塞，并以大小不同直径的粘土球混杂投入，以缩小粘土之间的空隙。在投的过程中要经常测量孔深，如发现中间架桥要及时处理，投球结束后，再投入1-2 m 粘土碎块，以使其遇水溶化后充填在粘土球间隙中，以增强止水效果。（2）填砾后，要用提筒或活塞进行提、拉洗井以使砾料沉实，然后再进行粘土球围填止水。,粘土球为填止水1-井管；2-粘土球；3-砾料；4-滤水管；5-沉淀管,6.洗 井,6.1 洗井的目的:洗井：清除井壁上的泥皮，把深入到含水层中的泥浆抽吸出来，恢复含水层 的孔隙；甚至抽出含水层的一部分细颗粒，扩大含水层的孔隙，形成人工过滤层。清除在钻进过程中孔内岩屑和泥浆对含水层的封闭。抽出滤水管周围含水层中的泥土、粉砂，细砂以疏通水路。在滤水管周围形成一层由粗到细的良好的人工滤水层，以增大滤水管周围的渗透性能，使其达到应有的出水量和使用寿命。洗井工作必须在下管，填砾，止水后立即进行，以防止因停置时间过长，井壁泥皮硬化，造成洗井困难，影响钻井的出水量。,6.2 洗井方法:活塞洗井：压缩空气洗井：喷射洗井：物理化学洗井：,喷嘴反冲洗井 空气激荡洗井 喷射洗井,7.抽水试验,抽水试验：获取水量、水位、水质和水温。抽水试验设备：提桶（抽桶）；离心泵；深井泵；潜水泵；射流泵；空气压缩机,水量测量测量水量的工具有量水堰、量水箱、水表等。在水文地质勘探工作中最常用的是量水堰。堰口为一顶角向下的直角等腰三角形，堰口高35cm，堰箱长2 m，宽1 m，高08 m。堰箱内设有挡水板，以使水面平稳。堰口旁设有带刻度的标尺，用以观测水流的高度。抽水时，井水注入堰箱，经挡水板由堰口流出，水流流经堰口时的高度H，可由标尺读出，然后用公式计算出水量。,三角堰1-三角堰；2-水位标尺；3-挡水板,8.增加出水量的措施,孔内爆破增大出水量的方法：在基岩裂隙水裸眼井中，由于钻进工艺不当，含水层的溶洞、裂隙被充填或堵塞，导致水井出水量减少时，可在主要含水层孔段、采用爆破法，使含水层的裂隙扩大、增多、延深、与远处裂隙沟通，以扩大和疏通含水层的通道，即可增大水井出水量。在碳酸盐类岩石（如石灰岩，白云岩等）含水层的裸眼井中，由于含水层的溶洞，裂隙被岩屑或其它物质填塞造成水井水量减少时，可用酸化处理，使含水层的溶洞裂隙，扩大，延深，与远处的裂隙溶洞沟通，从而使水井出水量增大。,水井成井工艺小结,水井成井是水文水井的重要程序之一；滤水管对水井成井质量很重要；在水井成井过程中，要严格注意操作程序。,
