海上抽水试验成井工艺探讨

2012-09-05于彦江张志刚耿雪樵

地下水 2012年5期

关键词：成井洗井粘土

于彦江，张志刚，莫建，耿雪樵

(广州海洋地质调查局，广东广州 510760)

海上抽水试验成井工艺探讨

于彦江，张志刚，莫建，耿雪樵

(广州海洋地质调查局，广东广州 510760)

海上抽水试验为海上建设项目前期工程勘察提供必要的水文地质资料。根据前期工程地质钻探的资料，设计抽水试验方案，完成抽水试验这一重要环节。关键在于一个质量较高的抽水试验孔。依据“奋斗五号”船在琼州海峡工程地质钻探项目时，海上抽水试验孔成井工艺进行分析探讨。

抽水试验;成井工艺;海上

抽水试验是一种在钻孔内进行的含水层原位渗透试验方法，其主要任务是测定含水层的渗透性参数，确定含水层及越流层的水文地质参数、分析确定含水层的富水程度、查明水文地质条件等。抽水试验常见于陆地水井勘察、大型建筑前期施工等过程。随着经济的快速发展，海上建设项目的日益增多，抽水试验也越来越多地应用到海上工程项目中。但海上抽水试验不同于陆地抽水试验，试验周期长、要求高、技术难度大，每个环节把握不好都会造成试验的失败。2010年8月，广州海洋地质调查局“奋斗五号”船执行了琼州海峡工程地质钻探项目，完成了该船第一个海上抽水试验孔。

1 概述

1.1 工区概况

琼州海峡东西长约80 km，南北宽16～30 km，水深0～90几米。具有水深、风大、浪高、流急等特点，其潮汐具有特殊的周期性和往复性。大潮时，海水流速最大达到4节，最大潮差2.5 m。海底地质构造复杂，地形变化大，地层多变。

1.2 调查船

“奋斗五号”船为一艘工程地质钻探船，总长68 m，型宽10 m，满载排水量1 091 t。艏锚为 2个重1.5 t的特种大抓力锚，锚绳长800 m;艉锚为2个重1.8 t的特种大抓力锚，锚绳长1 000 m。

图1 “奋斗五号”船抛锚作业中

1.3 钻机参数

“奋斗五号”船载HGD－300型海洋工程勘察钻机性能参数如下:

钻进深度 ≤300m(含水深)

工作水深 ≤100m

钻杆直径 Φ50、Φ127

钻孔直径 Φ91～Φ220

动力头行程 3.5m

最大输出扭矩 2290N.m

主卷扬最大提升力 120kN

副卷扬最大提升力 20kN

钻塔高度 12m

2 抽水试验孔地质条件

根据前期工程地质钻探资料，选择合适的抽水试验孔位。该钻孔地层分布大致为:水深 25.3 m，由海床起 0～12.4 m 淤泥，12.4 ～17.7 m 淤泥质粉质粘土，17.7 ～20.5 m粘土质粉砂，20.5 ～22.1 m 粉质粘土，22.1 ～28.4 m 细砂，28.4 ～34.7 m 粗砂，34.7 ～48.3 m 中砂，48.3 ～83.0 m 粘土，83.0～83.8 m 粉砂，83.8 ～85.0 m 粉质粘土，85.0 ～85.8 m粉砂，85.8～120.3 m 粉质粘土。地层层位多，地质情况较为复杂，适宜进行抽水试验的地层仅有22.1～48.3 m的细砂、粗砂及中砂第四纪含水砂层，该含水层具有一定的承压性。

3 抽水试验

根据该孔含水层特点，拟采用稳定流完整井单孔3个降深的抽水试验方法，设计出抽水试验孔结构示意图(如图2)。

3.1 成井工艺

在距原勘察孔20 m范围内选定抽水试验孔位置，采用扫孔沉管钻进的方法下入Φ178隔水套管至20.5 m主要止水层的顶部，然后用Φ146岩芯管辅助优质浓泥浆加高标号的水泥浆钻进至试验段底部5.0 m(53.50 m)，全部穿越砂层，然后下入 Φ108钢质滤水管(22.1～53.5 m为钢花管，用Φ108套管制作，在其管壁上按梅花型钻 Φ10 mm小孔，孔隙率25%，外包2层40目尼龙网，用铁丝扎紧)。将滤水管下好后，锤击Φ108套管，使滤水管底部紧密进入中砂层下的粘土层，防止井底涌砂回填水井;然后锤击Φ178套管，使之进入细砂层上部粘土层，进行海水封隔。

图2 抽水孔结构示意图

3.2 止水检验

海上抽水试验的关键是隔离海水影响，止水效果的好坏直接影响抽水试验的成败，因此要检查 Φ178套管是否真正隔离海水。在未进行洗井前，由于抽水试验地层被水泥泥坯封隔，所以地下水不能进入井内。首先从 Φ108和 Φ178套管注入清水，发现其水面到达井口，观察2小时后既不下降也不上升;然后用 BW－250泵往 Φ108管内压入清水，经测量，压入清水量与 Φ178套管排出水量相同。停泵后，Φ178套管的液面情况未发生任何变化，由此证明，止水成功。

3.3 洗井工艺

成井结束后，先用清水将井内泥浆替换出来。当水质变较清时，用潜水泵将井内清水导出，再下入活塞进行大行程干拉洗井，直至井内液面不断上升，水质由清变浊、并伴有大量砂泥出现，再由浊变清。此时再采用空压机洗井(图3)，直至将井底砂粒全部喷涌而出，水质完全变清，洗井完成。

3.4 抽水试验

洗井结束后，在井内安装一台潜水泵(或利用空压机)进行试验抽水。试验抽水的目的:一是为了继续清洗钻孔;二是检查抽水机械运转是否正常;三是了解初步数据，为正式抽水试验做准备。然后根据《公路工程水文勘测设计规范》(JTG C30－2002)完成正式抽水试验(图4)的相关技术要求，并采取水样，有关数据及样品在室内进行分析处理。