浅论机井建设中常见问题及解决措施

2021-01-18罗定

陕西水利 2021年9期

罗定

（宝鸡市凤翔区水利工程建设工作队,陕西宝鸡 721400）

1 基本概况

凤翔区位于关中西部的渭北平原上,东邻岐山,北接麟游,西北与千阳接壤,西面与南面与陈仓毗邻,总面积1179 mm,属暖温带半干旱季风气候区,多年平均降雨量610 mm。凤翔区也是一个资源型缺水地区。近年来,随着凤翔经济的不断发展,区域水资源的承载力越来越捉襟见肘。在满足居民生活用水,工业用水的情况下,农业用水已严重不足。为了保证农业生产不受或少受影响,发展高效节水型灌溉已成为大势所趋。发展高效节水的水源一般首选地下水,利用机井来进行灌溉。利用机井作为水源进行高效节水灌溉机动灵活,综合成本较低,也便于管理。机井是利用动力抽取地下水资源的取水工程。在干旱及半干旱地区的渭北平原,农用机井已经成为农田节水灌溉和农村饮水安全的主要水源工程。凤翔区地下水储藏量约为0.9 亿m3,含水层多为泥沙砂砾石层,区域地下水埋深80 m~130 m,单井出水量一般约为30 m3/h,抽水降深10 m左右。目前凤翔区域配套完整正在发挥效益的机井共有3780 眼。这些机井目前为凤翔区的工业、农业、居民生活用水发挥着不可替代的作用。

2 机井建设中存在的问题

从宝鸡市凤翔区机井灌区的调研情况来看,有80% 左右的农用机井经过数年的运行,机井出砂、井底淤积、出水量锐减现象比较严重,导致灌溉成本增大、耗能提高、效益变差,机井的使用寿命大大缩减,有些农用机井甚至濒临报废,严重影响着农村经济的发展和人民群众生产生活的安全。

通过笔者近年来对凤翔区农用机井的调研,机井存在的主要问题是机井出沙造成井底淤积严重,导致机井出水量严重下降,使机井的使用寿命大打折扣。通过对调研情况分析发现,笔者认为造成农用机井出砂严重的原因有以下几个方面。

2.1 施工中没有严格按照机井技术规范操作要求施工

农用机井的施工程序主要为：选址——立架——钻孔——取样分析——电测含水层——疏孔——换浆——安装井壁管——填筑滤料及管外封闭——洗井——抽水试验——水质分析——成井。只有各个工序做到一环扣一环,严格按技术规程操作到位,才能保证机井质量要求。但是,相当的钻井施工单位施工粗放,不严格按机井技术规程操作,施工不精细,司钻工技艺不精,直接影响到机井的成井质量。譬如机井在钻孔过程中,因泥浆比重调配不准确,没有根据地层的松散程度随时调节泥浆的粘稠度。遇到松散地层,没有及时调整泥浆比重,泥浆比重偏小,就会造成塌孔,甚至发生坍埋钻头事故,影响施工进度,处理不当的话,会发生井孔的垂直度超出孔斜要求的偏差范围,导致井壁管下管后外围滤料填筑厚度很不均匀。另外就是滤料填筑不规范。有的工队在填筑滤料时,不按技术规程办事,回填滤料时过急过猛,造成滤料填筑下沉不均匀不密实;有的采用单侧回填将井壁管挤偏,甚至错位,引起后来机井出砂;有的采用的滤料粒径不符合要求,起不到滤水拦砂的作用。

2.2 新打井配泵比较随意

按规范要求,一眼机井在成井前,要电测每个含水层出水量,如果含水层出水量符合设计要求,具备开采价值,然后再进行下管,箍井,填筑滤料,紧接着进行洗井,然后进行抽水试验,确定动水位后再进行配泵。可是,目前有不少施工队为了降低打井费用,根本就不严格洗井,有的甚至省略洗井这个重要工序。凭经验进行配泵,连抽水试验也不彻底搞,动水位都没弄清楚是多少,盲目配的泵不是扬程过大,就是扬程不足,下泵位置也不够准确。如果配泵扬程过大,势必造成吸水口流速过大,造成机井出砂现象。

2.3 所选用的混凝土井壁管存在质量问题

目前,市场上的混凝土井壁管质量良莠不齐,质量合格的井壁管价格比较贵,质量低劣耐久性差的井壁管价格相对便宜许多,施工企业为了追求利润往往选用价格便宜的井壁管。这些低劣的砼井壁管都是小作坊在生产,工艺落后,质量不过关,强度达不到要求,耐久性差,施工过程中会因为种种因素造成井壁管破损,这样一来就会有出砂隐患。

3 机井涌砂的危害

1）机井出砂可导致地下含水层地质结构的变化,严重的会引起含水层部位地层出现塌方,导致淤堵含水层出水口,影响机井的出水量,进而缩短机井的使用寿命,运行过程中部分泥砂淤积井底,使机井的有效深度大打折扣,直至导致机井的报废。

2）机井出砂还会造成水泵叶轮、泵轴、轴承的磨损,以至于使水泵的寿命缩短。如果用于节水灌溉或农村供水系统,会引起闸阀严重磨损,开启不灵活,关闭不严密,水中的泥砂会在流速小的管段中沉积,造成输水能力的减弱,甚至造成输配水系统不能正常工作。

4 机井出砂的解决措施

1）严格按机井技术规范进行施工

机井建设要选择具备凿井资质的施工企业,严格遵照凿井施工工艺规范。在施工过程中,先要观察摸清地层,根据地层情况采取不同的泥浆比重,一般比较稳定的粘土层及砾石地层可采取清水钻进。相对松散的地层可采取1.1 g/cm3~1.2 g/cm3泥浆比重钻进。钻进中尽量把出砂地层查清,如果出现大的流沙地层,就要立即采取稠泥浆进行封闭。对于松散型地层,尽量采用回转式钻机进行钻进,不宜用反循环冲击钻机一次钻进。

2）安装抽水设备时,建议将水泵的吸水口避开滤水花管部位安装在含水层以下的不透水层井壁管中间,这样做的原因是避免引起含水层的流速过大,导致机井的出砂加剧和淤塞。在水泵选型时,水泵的出水量选择要小于机井的出水量,这样就不会引起出沙。

3）对滤料直径及回填厚度有效控制

滤料是用不同粒径的石英砂或砂砾石填筑在滤水管周围起着滤水拦砂的作用。滤料颗粒之间存在着一定的空隙,空隙的大小大约为滤料粒径的1/7~1/10,含水层砂粒粒径小于滤料的空隙就可能从滤料中穿过进入井内。如果含水层砂子颗粒径等于或稍小于滤料空隙,就会在滤料空隙形成拱桥状,同滤料共同形成滤水层,增强了拦砂的能力。如果含水层的砂粒径大于滤料间空隙,那么砂粒就会被滤料拦住,在滤料外围形成滤水层,构成滤水拦砂体系,起到很好的过滤作用。滤料粒径越大,渗透系数越大。滤料的渗透系数必须大于含水层的渗透系数,机井才不会出砂。一般选取含水层渗透系数的2~2.5 倍作为滤料的渗透系数。根据含水层砂粘粘径来选择滤料粒径是一个可靠的办法。滤料一般根据含水层分段选取,滤料要有足够的强度和一定的化学稳定性及良好的滚圆度。凤翔区域地下水的含水层一般多为泥沙砂砾石层或亚黏土砂砾石,所以本区域的滤料粒径一般控制在10 mm以内为宜。滤料要进行严格筛选,冲洗掉泥砂和强度差的不合格部分,以免影响成井质量。对于滚圆度不好强度不达标的滤料坚决禁止使用。

填掷滤料的方法不当也会影响预期的效果。滤料应尽量选用均质滤料,滚圆度要好。如果采用非均质滤料,滤料粒径悬殊,填筑过程中,导致大小颗粒沉降速度不均,会产生离析现象,会降低滤水拦砂的作用。填筑滤料时要均匀连续,速度不能太快,太快容易造成堵塞棚架现象,滤料填筑不密实。严禁自卸农用车或装载机直接将滤料倒入井内,这样不仅填筑的滤料不均匀,同时容易撞击井壁管,容易导致井壁管发生偏心位移或倾斜,也会使井壁管与井壁之间的间隙不均匀,导致滤料填筑厚度不均匀,从而直接影响滤水拦砂的能力。滤料的填筑厚度,一般掌握在10 cm~15 cm。对于含沙量大的地层,滤料的填筑厚度可适当加厚至20 cm,能够起到有效的拦沙作用。滤料的填筑高度下部应低于含水层下端2 m为宜,上部应高于滤水管上端8 m为宜,主要是为防止洗井或抽水时滤料的不均匀、不密实或井管外围料石下沉,导致滤水段外围无滤料产生出砂使水变浑。