海上抽水試驗(yàn)成井工藝探討

于彥江，張志剛，莫 建，耿雪樵

(廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510760)

海上抽水試驗(yàn)成井工藝探討

于彥江，張志剛，莫 建，耿雪樵

(廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510760)

海上抽水試驗(yàn)為海上建設(shè)項(xiàng)目前期工程勘察提供必要的水文地質(zhì)資料。根據(jù)前期工程地質(zhì)鉆探的資料，設(shè)計(jì)抽水試驗(yàn)方案，完成抽水試驗(yàn)這一重要環(huán)節(jié)。關(guān)鍵在于一個(gè)質(zhì)量較高的抽水試驗(yàn)孔。依據(jù)“奮斗五號(hào)”船在瓊州海峽工程地質(zhì)鉆探項(xiàng)目時(shí)，海上抽水試驗(yàn)孔成井工藝進(jìn)行分析探討。

抽水試驗(yàn);成井工藝;海上

抽水試驗(yàn)是一種在鉆孔內(nèi)進(jìn)行的含水層原位滲透試驗(yàn)方法，其主要任務(wù)是測定含水層的滲透性參數(shù)，確定含水層及越流層的水文地質(zhì)參數(shù)、分析確定含水層的富水程度、查明水文地質(zhì)條件等。抽水試驗(yàn)常見于陸地水井勘察、大型建筑前期施工等過程。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，海上建設(shè)項(xiàng)目的日益增多，抽水試驗(yàn)也越來越多地應(yīng)用到海上工程項(xiàng)目中。但海上抽水試驗(yàn)不同于陸地抽水試驗(yàn)，試驗(yàn)周期長、要求高、技術(shù)難度大，每個(gè)環(huán)節(jié)把握不好都會(huì)造成試驗(yàn)的失敗。2010年8月，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局“奮斗五號(hào)”船執(zhí)行了瓊州海峽工程地質(zhì)鉆探項(xiàng)目，完成了該船第一個(gè)海上抽水試驗(yàn)孔。

1 概述

1.1 工區(qū)概況

瓊州海峽東西長約80 km，南北寬16～30 km，水深0～90幾米。具有水深、風(fēng)大、浪高、流急等特點(diǎn)，其潮汐具有特殊的周期性和往復(fù)性。大潮時(shí)，海水流速最大達(dá)到4節(jié)，最大潮差2.5 m。海底地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地形變化大，地層多變。

1.2 調(diào)查船

“奮斗五號(hào)”船為一艘工程地質(zhì)鉆探船，總長68 m，型寬10 m，滿載排水量1 091 t。艏錨為 2個(gè)重1.5 t的特種大抓力錨，錨繩長800 m;艉錨為2個(gè)重1.8 t的特種大抓力錨，錨繩長1 000 m。

圖1 “奮斗五號(hào)”船拋錨作業(yè)中

1.3 鉆機(jī)參數(shù)

“奮斗五號(hào)”船載HGD－300型海洋工程勘察鉆機(jī)性能參數(shù)如下:

鉆進(jìn)深度 ≤300m(含水深)

工作水深 ≤100m

鉆桿直徑 Φ50、Φ127

鉆孔直徑 Φ91～Φ220

動(dòng)力頭行程 3.5m

最大輸出扭矩 2290N.m

主卷揚(yáng)最大提升力 120kN

副卷揚(yáng)最大提升力 20kN

鉆塔高度 12m

2 抽水試驗(yàn)孔地質(zhì)條件

根據(jù)前期工程地質(zhì)鉆探資料，選擇合適的抽水試驗(yàn)孔位。該鉆孔地層分布大致為:水深 25.3 m，由海床起 0～12.4 m 淤泥，12.4 ～17.7 m 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，17.7 ～20.5 m粘土質(zhì)粉砂，20.5 ～22.1 m 粉質(zhì)粘土，22.1 ～28.4 m 細(xì)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 粉質(zhì)粘土，85.0 ～85.8 m粉砂，85.8～120.3 m 粉質(zhì)粘土。地層層位多，地質(zhì)情況較為復(fù)雜，適宜進(jìn)行抽水試驗(yàn)的地層僅有22.1～48.3 m的細(xì)砂、粗砂及中砂第四紀(jì)含水砂層，該含水層具有一定的承壓性。

3 抽水試驗(yàn)

根據(jù)該孔含水層特點(diǎn)，擬采用穩(wěn)定流完整井單孔3個(gè)降深的抽水試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)出抽水試驗(yàn)孔結(jié)構(gòu)示意圖(如圖2)。

3.1 成井工藝

在距原勘察孔20 m范圍內(nèi)選定抽水試驗(yàn)孔位置，采用掃孔沉管鉆進(jìn)的方法下入Φ178隔水套管至20.5 m主要止水層的頂部，然后用Φ146巖芯管輔助優(yōu)質(zhì)濃泥漿加高標(biāo)號(hào)的水泥漿鉆進(jìn)至試驗(yàn)段底部5.0 m(53.50 m)，全部穿越砂層，然后下入 Φ108鋼質(zhì)濾水管(22.1～53.5 m為鋼花管，用Φ108套管制作，在其管壁上按梅花型鉆 Φ10 mm小孔，孔隙率25%，外包2層40目尼龍網(wǎng)，用鐵絲扎緊)。將濾水管下好后，錘擊Φ108套管，使濾水管底部緊密進(jìn)入中砂層下的粘土層，防止井底涌砂回填水井;然后錘擊Φ178套管，使之進(jìn)入細(xì)砂層上部粘土層，進(jìn)行海水封隔。

圖2 抽水孔結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 止水檢驗(yàn)

海上抽水試驗(yàn)的關(guān)鍵是隔離海水影響，止水效果的好壞直接影響抽水試驗(yàn)的成敗，因此要檢查 Φ178套管是否真正隔離海水。在未進(jìn)行洗井前，由于抽水試驗(yàn)地層被水泥泥坯封隔，所以地下水不能進(jìn)入井內(nèi)。首先從 Φ108和 Φ178套管注入清水，發(fā)現(xiàn)其水面到達(dá)井口，觀察2小時(shí)后既不下降也不上升;然后用 BW－250泵往 Φ108管內(nèi)壓入清水，經(jīng)測量，壓入清水量與 Φ178套管排出水量相同。停泵后，Φ178套管的液面情況未發(fā)生任何變化，由此證明，止水成功。

3.3 洗井工藝

成井結(jié)束后，先用清水將井內(nèi)泥漿替換出來。當(dāng)水質(zhì)變較清時(shí)，用潛水泵將井內(nèi)清水導(dǎo)出，再下入活塞進(jìn)行大行程干拉洗井，直至井內(nèi)液面不斷上升，水質(zhì)由清變濁、并伴有大量砂泥出現(xiàn)，再由濁變清。此時(shí)再采用空壓機(jī)洗井(圖3)，直至將井底砂粒全部噴涌而出，水質(zhì)完全變清，洗井完成。

3.4 抽水試驗(yàn)

洗井結(jié)束后，在井內(nèi)安裝一臺(tái)潛水泵(或利用空壓機(jī))進(jìn)行試驗(yàn)抽水。試驗(yàn)抽水的目的:一是為了繼續(xù)清洗鉆孔;二是檢查抽水機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常;三是了解初步數(shù)據(jù)，為正式抽水試驗(yàn)做準(zhǔn)備。然后根據(jù)《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG C30－2002)完成正式抽水試驗(yàn)(圖4)的相關(guān)技術(shù)要求，并采取水樣，有關(guān)數(shù)據(jù)及樣品在室內(nèi)進(jìn)行分析處理。

圖3 空壓機(jī)洗井

圖4 正式抽水試驗(yàn)

圖5 Φ108濾水管明顯的透水特征

4 結(jié)語

海上抽水試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一是抽水試驗(yàn)孔的成井工藝。根據(jù)地質(zhì)條件，選擇足夠深度的粘土層作為止水層，完成抽水試驗(yàn)孔成井，檢查止水效果，完全隔離周圍海水的影響，才能保證抽水試驗(yàn)的真正成功。

［1］楊柳，楊正文.巖土工程勘察中抽水試驗(yàn)探討［J］.工程建設(shè).2009.6.第41卷第3期.21－28.

［2］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JTG C30－2002):公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院.

［3］顧云利，馮永勝，原野.淺談水文鉆井成井工藝.吉林地質(zhì).2007，9.第 26卷第 3期.70－73.

［4］李友龍.海上抽水試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)探討.地下水.2011，3.第33卷第2期.199－200.

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1004－1184(2012)05－0020－02

2012－04－13

于彥江(1983－)，男，廣東廣州人，工程師，主要研究方向?yàn)楹Ｑ罂辈煸O(shè)備設(shè)計(jì)與制造。