基于胶塞法的一孔多层抽水试验分层止水技术及应用

万 亿，韩 柳

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)



基于胶塞法的一孔多层抽水试验分层止水技术及应用

万 亿，韩 柳

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

在开展水文地质环境地质调查评价工作时，需要查明对地下水开发和利用有意义的含水层的分布特征及及富水性，因此，对各充水含水层进行分层抽水试验具有十分重要的意义。以新疆伊犁谷地水文地质环境地质调查评价项目KT13号勘探孔为研究对象，采用改进的胶塞进行分层抽水试验技术，进而获取不同含水层的水文地质参数和水质情况。通过对胶塞法分层抽水工艺的细节改进和管外水泥止水的顺利实施，该种方法可以在以后分层抽水勘探孔施工中进行广泛应用。

胶塞法；抽水试验；分层止水；伊犁

伊犁地处新疆维吾尔自治区西部天山北部的伊犁河谷内，2014年6月新疆维吾尔自治区国土资源厅开展了该地区水文地质环境地质调查评价工作，主要初步查明该区域水文地质条件，查明区内劣质水分布区段，为解决当地群众饮水安全问题。此外，并结合供水需求圈定1～3处可供进一步勘查的水源地靶区，评价地下水资源潜力，提出地下水资源优化配置建议及可持续开发利用方案，为地区社会经济发展、矿产资源开发和能源化工基地建设、地下水开发与生态环境保护及政府决策提供科学依据。

胶塞法分层抽水具有成本低、耗时短及操作简单的优点，该种方法方法可广泛应用于分层抽水勘探孔的施工。本文以新疆伊犁谷地水文地质环境地质调查评价项目KT13号勘探孔为研究对象，结合相关研究成果[1-5]，通过对胶塞法分层抽水工艺的细节改进和管外水泥止水的顺利实施，该种方法可以在以后分层抽水勘探孔施工中进行广泛应用，通过总结KT13号勘探孔施工过程，并对出现的各种问题进行了改进，改进后的措施在后续施工勘探孔KT9、KT12、KT12-1进行了应用，取得了良好的效果，水泥止水对于管外止水提高了管外止水的质量，胶塞法止水工艺在井内止水应用中提高了管内止水的质量，通过这两点从根本上保证了分层抽水勘探孔的顺利实施。

1 工程背景

1.1 勘探孔设计

KT13号勘探孔位于霍城县惠远镇，设计孔深300 m，设计孔径为上部Φ600 mm，下部Ф450 mm，变径成孔；井管规格为上部Φ325 mm，下部Φ273 mm。岩芯勘探在原有设计井深之上进行加深，加深至深度400 m，依据岩芯编录及测井曲线确定隔水层(粉质粘土)位置为303.51～311.10 m，隔水层上部地层为砂卵砾石地层，下部地层为中细砂、细砂层，设计分层止水位置为295～315 m，厚度20 m。

1.2 设计参数的修正

(1)管外止水工艺：止水位置(大于300 m)很深，粘土球从地表无法投入至设计位置，只能考虑其他材料止水。经过项目多人研究决定，加大原有钻孔直径，采取管外注水泥浆的方式进行永久止水。将原有孔径600 mm更改至660 mm且一径到底。注浆采用Ф50 mm钻杆在井管与钻孔环空下入，注浆管底部位置距离设计止水深度0.5 m位置。

(2)管外测水管的安装：分层止水后需对勘探孔上下层水位进行分层观测，在成井结束后需满足水文长观的要求，在井管外安装测水管，测水以弯头连接的形式与井管相连接，这样在胶塞法分层抽水试验结束后，从抽水设备及测量方式上来看，密封井管内胶塞位置，以利于水位长观。

2 胶塞的制作

在该项目实施过程中，分层抽水所采用的胶塞共有两种，具体加工尺寸及加工方法如下：

2.1 1#胶塞加工制作方法

采用已有的成品DN250-200变径接头，上部、下部分别焊接厚度不小于5 mm钢板，钢板上部预留电缆孔、焊接接头孔(将钢板中部圆心位置开大于121 mm直径圆孔)、测水管预留孔，焊接完毕后，在钢板与变径接头旁边设置流水孔。将Φ89 mm钻杆接头放置在上下钢板圆心位置后，焊接牢固。同时，将预留的电缆管穿过预留电缆孔进行焊接，将测水管穿过测水管预留孔后焊接。如图1所示。

2.2 2#胶塞加工制作方法

采用已有的成品DN250-200变径接头，上部、下部分别焊接厚度不小于5 mm钢板，钢板上部预留焊接接头孔,将加工好的Φ89 mm钻杆接手(上部为反丝扣型NC38-LH)穿过接头孔后，与上下部钢板焊接牢固，在钢板与变径接头旁边设置流水孔。如图2所示。

图1 1#胶塞实物图 图2 2#胶塞实物图

3 分层抽水试验止水效果

3.1 抽取下层水

将预制好的1#胶塞下部连接至潜水泵，潜水泵电缆紧贴钻杆固定，胶塞上部连接至Ф89 mm钻杆，在井内缓慢下入钻杆，将胶塞慢慢送入井内。当胶塞到达变径位置后，放松钻具依靠钻具及潜水泵重量将胶塞密封层压紧以确保管内止水效果。启动潜水泵进行试抽水，观测井管内部水位是变化情况。若发现管内水位下降，则胶塞密封性不足，应将潜水泵、胶塞随钻杆一并提出井外检查胶塞密封层情况，处理完毕后重新下入，启动潜水泵试抽水后若井管内水位不变，说明井内止水合格。可按照地质要求进行抽水试验工作，通过管外测水管对勘探孔下层水水位进行水位观测。

3.2 抽取上层水

将预制好的2#胶塞(上部接手为的89 mm钻杆反丝公接头)上部连接至钻杆正反接头后与Φ89 mm钻杆相连接，胶塞下部连接3根Ф89 mm报废钻杆(可用其他加重物代替)，将钻杆连同胶塞在井内下放，主要依靠3跟报废钻杆自重将密封胶塞的密封层压紧以确保止水合格。钻杆将胶塞送入至变径位置后，将钻杆正转，钻杆与底部胶塞在反丝接手位置退开，提出井内钻杆。将2#胶塞留在井管变径位置，在胶塞上部使用钻杆连接潜水泵进行试验抽水，抽水后，若管外测水管水位水位发生，将预制好的粘土球(填入粘土球数量可达到井内堆积高度大于1 m)投入井中，上部填入砾料压实，然后再进行试验抽水观测外部测水管内水位是否变化。若该种办法仍旧无效果，采用钻杆下入至胶塞上部距离胶塞0.5 m处，在地表预制水泥浆后，进行注浆，注浆厚度大于5 m，注浆结束后，候凝时间结束后，进行上层水抽水试验工作，最终将下层水密封成功。按照地质要求进行抽水试验工作，下层水水位通过管外测水管进行观测。

3.3 止水效果检验

用“水位压差法”检验止水效果，采用抽水测定上下层测水管内的水位差，使其差值达到10 m或抽水试验时的最大降深，稳定半小时，若水位波动幅度小于0.2 m，则止水有效。

4 分层抽水试验止水存在问题及注意事项

4.1 存在问题

分层止水存在主要问题为细颗粒地层按照设计排管顺序下入井管后，变径位置上部井管无法安装扶正器。若按照设计要求进行扶正器安装，止水材料(粘土球)及注浆管从井管与钻孔环空均无法顺利下入，最终导致该勘探孔无法进行分层止水。

扶正器无法安装是切实存在的无法彻底解决的问题，在勘探孔施工过程总结相对有效的解决办法有以下两点：一是切实保证下入井管的垂直度，在下入时确保井管垂直；二是增大钻孔孔径，当井管在钻孔内不居中时，采用增加砾料层相对厚度的办法最终确保成井质量。

4.2 施工过程注意事项

4.2.1 设计孔径的确定

由于进行管外注浆工艺，同时考虑上部地层下入的井管无法安装扶正器，设计孔径与成井管径差值需大于300 mm，也就是说，砾料单边填入厚度需大于150 mm。

4.2.2 下管排列顺序的确定

由于水泥浆在止水过程中，计算量与实际量相对误差较大，在井管排列时，若非必须在变径附近含水层取水，尽量在水泥止水位置上下20 m范围内不设滤水管。

4.2.3 管外测水管的安装

将Ф25 mm测水管在井管外部安装，测水管下部安装弯头，弯头底部与下部井管滤水管上部井壁管进行连接，测水管丝扣连接完毕后，将丝扣进行焊接密封，井管全部下完后，将测水管管口采用管箍封堵，并进行密封，以确保在后续洗井、冲孔、注浆过程中造成管外测水管堵塞。

4.2.4 止水位置的控制

在填砾过程中，严格控制填砾数量及填砾深度，若止水位置很深(大于300 m)，使用测绳无法进行测量，可采用管外下入钻具的方法进行测量，砾料填入后，拉提桶或拉活塞使砾料密实，同时准确测量填砾深度。按照理论计算量填入粘土球，要求粘土球厚度大于1 m，填入完毕后准确测量粘土球深度，禁止超填或填入量不够就进行水泥止水工序工作。

4.2.5 管外水泥止水注浆注意事项

粘土球填入到预计深度后，在井管与钻孔环空下入注浆管，下入注浆管的长度需进行准确测量并记录，确保注浆管下入位置控制在距离粘土球深度0.5 m位置，注浆前，先用清水尝试注浆管是否畅通，确保畅通后方可进行水泥浆的地面制浆工作，制浆工作结束后，将注浆管与泥浆泵高压管相连接，同时打开泥浆泵回水阀门，注浆以低压低量的方式进行，大排量注浆容易造成底部粘土球被冲开，粘土球密封性下降进而造成水泥浆顺砾料缝隙下流。在注浆过程中，不上提注浆管，注浆结束后，上提注浆管至井口。

4.2.6 胶塞法井内止水注意事项

胶塞加工制作按照尺寸进行，胶塞与钻杆接手连接应垂直90度，将胶塞制作好后，在胶塞外部缠绕高压绝缘胶带，要求高压绝缘胶带缠结紧密，最小厚度大于50 mm，高压绝缘胶带缠结完毕后，在绝缘胶带上部缠绕防磨胶带，防止在下入过程中，井管内壁对胶带层造成破坏。胶塞下入后，下部连接报废钻杆或加重物，要求加重物直径小于井管内径大于50 mm，以确保由于加重物直径过大进而影响胶塞安装角度，进而影响胶塞密封效果。

5 结语

胶塞法分层抽水具有成本低、耗时短及操作简单的优点，该种方法方法可广泛应用于分层抽水勘探孔的施工，通过总结KT13号勘探孔施工过程，并对出现的各种问题进行了改进，改进后的措施在后续施工勘探孔KT9、KT12、KT12-1进行了应用，取得了良好的效果，水泥止水对于管外止水提高了管外止水的质量，胶塞法止水工艺在井内止水应用中提高了管内止水的质量，通过这两点从根本上保证了分层抽水勘探孔的顺利实施。

通过对胶塞法分层抽水工艺的细节改进和管外水泥止水的顺利实施，该种方法可以在以后分层抽水勘探孔施工中进行广泛应用，但该种方法存在的问题也不容忽视，在以后的应用过程中，应继续总结分层抽水勘探孔施工过程，在此基础上对施工工艺进行再提高，以更加完善的工艺去进行分层勘探孔施工工作。

[1]赵宗昌, 邹海江, 李鹏飞. 一孔多层抽水试验分层止水技术及应用[J]. 地下水.2016.(3):128-130.

[2]金立元. 多层含水层抽水试验分层止水方法介绍[J]. 地下水.1984.(4):31-35.

[3]王明明. 多层监测井成井工艺与止水材料研究[D].中国地质大学(北京).2015.

[4]张建良.关于分层抽水试验的技术改进[J].探矿工程(岩土钻掘工程).2009.36(4):16-19.

[5]张云峰, 孙增兵, 王斌斌,等. 单孔分层抽水法的改进及在准东煤田的应用[J]. 煤田地质与勘探.2016.44(3):92-96.

2017-02-12

万亿(1983-)，男，辽宁铁岭人，工程师，主要从事水文地质勘探及钻探施工等方面工作。

P641.12

B

1004-1184(2017)03-0248-02