西昌川32井井口裝置改造及效果分析

陳光容，徐明軍，侯雅瓊，王登偉，陳學芬

(四川省地震局西昌地震中心站，四川 西昌 615000)

西昌川32井井口裝置改造及效果分析

陳光容，徐明軍，侯雅瓊，王登偉，陳學芬

(四川省地震局西昌地震中心站，四川 西昌 615000)

在長期觀測中，川32井經常出現不明原因的變化，經現場調查分析發現流沙堵塞和模擬觀測取水是干擾川32井觀測質量的主要因素。經過對比實驗后進行了井口裝置改造。改造后5個月的觀測結果表明：流沙堵塞、模擬觀測取水對數字化觀測的干擾問題得到解決。

地下流體；儀器改造；效果分析；干擾；地下水位

川32井是國家級地下流體綜合觀測井[1]，位于安寧河、則木河斷裂交匯處，距則木河斷裂約5 km，含水層巖性為礫巖，為多層含水，水質類型屬重碳酸鈉型，流量22.01 L/min，水溫23.0～26.5 ℃。該井于2009年12月15日投入觀測，有數字化氣氡、氣汞、氣氦、水位、水溫、氣象三要素和模擬水氡、水質、溶解氣共9個測項。川32井流體觀測資料在全國資料評比中成績優異,但實際觀測數據常出現不明原因的變化。經多次現場調查，發現造成川32井異常變化的主要因素為井水流沙堵塞出水口、井口裝置，以及模擬觀測取水干擾數字化觀測，前者影響尤為嚴重。在流體學科組專家指導下，依據對比實驗結果，制定了川32井井口裝置改造方案，經相關部門批準后于2015年5月15日至6月14日對該井進行了改造。改造后幾個月的實際觀測表明，多數測項的動態規律和改造前基本一致，其中水位、流量觀測質量得到提高，流沙堵塞問題得到解決，井口裝置改造達到預定的目的。

1 井口裝置改造

1.1 原井口裝置存在的問題

這套井口裝置系統由于整體設計不合理，在實際觀測中存在三個問題嚴重影響川32井的觀測質量。一是整個系統沒有沉沙裝置。井水流沙沉積在出水口和井口裝置中，造成堵塞，而清理沉沙、修理儀器不僅影響觀測的連續性還降低了觀測的準確性，嚴重妨礙對異常信息的有效識別和捕捉。二是井口裝置連接水管選用不當。原連接水管為細口徑塑料管，質量差且更換作業不便，連接水管直徑太小，井水泄流不足，需打開井管泄流口排水，這導致觀測到的數據為分流量而非總流量，不能準確、及時地反映井水流量。三是出水口、取水口、泄流口設計不合理。一方面是井管出水口位置低于井口裝置連接水管，水在連接水管中向下流動后再折回向上，井水流沙因壓力不足在這個位置產生沉積淤滯，造成出水口和連接水管堵塞；另一個方面是人工取水口位置設計不合理，連接水管和井內的水形成封閉回路，每天取水作業時壓力增大，導致水位突跳升高，影響觀測結果的正確性。

1.2 改造過程

經過多次對比實驗，在流體學科組專家的指導下制定了改造方案，并獲得相關部門的批準(井口裝置設計方案參見圖1)，按照井口裝置改造方案于5月15日正式開始施工，6月14日完成整井改造。本次改造通過斜向開口、Y型漏沙裝置、水箱沉沙裝置三道工序解決了困擾川32井多年的流沙沉積堵塞井口問題；通過調整取水口位置解決了模擬觀測人工取水干擾數字化水位觀測問題；加裝電磁自動流量計改變過去模擬觀測分流量為自動觀測總流量，使得流量觀測更加科學合理；改換大直徑金屬出水管、在各連接處安裝止水閥門，解決了過去塑料水管更換拆卸時修理難的問題，使得裝置系統的檢測清理簡便易行。

圖1 井口裝置改造設計

2 改造后的觀測效果分析

2.1 改造對各觀測項的綜合影響評估

本次井口裝置改造對各觀測項的綜合影響評估列于表1。

表1 井口裝置改造對各觀測項的綜合影響評估

2.2 改造前后動水位、流量動態特征及觀測效果分析

圖2 動水位日值

由圖2、圖3可見，本次井口裝置改造對動水位觀測質量提高作用明顯。這首先表現在背景值變化的大幅下降，改造后待觀測平穩時水位背景值下降了3 m。這主要是因為改造時將井管中的水全部放完后，由于流速突然變大，水流將長期沉積在井管中的流沙徹底帶出井管外，造成水位大幅下降(此效果類似洗井)。井口裝置改造對動水位的影響同時還反映在短期動態變化上。改造前，川32井水位動態變化呈現緩慢上升形態，改造后的水位動態變化就相對平穩。改造前，水位緩慢上升主要是由于井中流沙沉積所致；改造后，水位相對平穩，真實反映了井水受力狀況，使得動水位對地殼應力變化更敏感，地震監測效果更好。人工取水口的位置調整消除了模擬觀測取水時對動水位的觀測干擾。原裝置水管和井內的水形成了一個封閉回路，每天取水作業時壓力增大，導致水位突跳升高，取水結束后水位逐步回歸正常。改造后5個月的觀測結果表明，本次井口裝置改造解決了過去模擬觀測取水時對數字化觀測的干擾。由圖4可見，井口裝置改造對流量觀測影響較大，流量測值成倍數增加，流量由改造前的0.1 L/s突變至改造后的0.3 L/s。這主要是因為改造后觀測流量由分流量變為了總流量，流量測值也就相應升高了。改造后的井口裝置沒有了流沙干擾，且觀測整井的自然流量，改造后的川32井流量觀測數據更加科學可靠，可見改造對流量觀測有積極影響。

圖3 改造前后取水時段動水位對比

圖4 流量日值

2.3 改造前后水溫動態特征及觀測效果分析

如圖5所示，深層水溫在改造后測值略有上升，中層水溫測值則略有下降，但它們的動態變化規律和改造前基本一致。目前還不能確定這種變化是否和改造有關，還需繼續觀察。

圖5 中層、深層水溫動態日值

2.4 改造前后氣氡、氣汞、氦氣動態特征和觀測效果分析

由圖6可見，川32井氣氡觀測值變化一直不太正常。主要表現在兩個方面：一是曲線不連續，數據有中斷；二是曲線起伏變化無常沒有規律，也無相對固定常態。這一方面是為清理流沙沉積而中斷觀測，而造成數據不連續，以及集氣量非正常變化，因此氣氡觀測無法及時、真實地反映井水變化情況。另一方面則是川32井的氡氣集氣脫氣裝置工作不穩定。川32井于6月14日完成改造，多數測項于7月初達到穩定觀測狀態，唯獨氣氡觀測沒有穩定，經過仔細排查，確定是由于氣氡集氣脫氣裝置工作極不穩定所致，于是改換了新的集氣脫氣裝置，目前該裝置仍處于調試階段。因此本次改造雖解決了氣氡觀測連續性的問題，但有關集氣脫氣裝置的穩定可靠性仍需繼續實驗觀察。川32井氣汞、氦氣觀測至今一直都不正常[2]，基本沒有學科監測效果和意義。這是因為川32井逸出氣不含汞和氦，氣汞和氦氣含量低于儀器檢測值造成的，因此本次井口裝置改造對氣汞和氦氣觀測沒有影響。

2.5 改造前后水氡動態特征和觀測效果分析

由圖7可見，川32井井口裝置改造后，水氡動態無論長期趨勢、年變規律、短期動態特征都沒有發生變化，因此本次改造對水氡觀測沒有影響。

2.6 改造前后溶解氣動態特征和觀測效果分析

改造后溶解氣的總量背景值、動態特征和改造前基本一致，改造對溶解氣總量觀測沒有影響。改造后的CO2、N2、O2背景值和動態特征和改造前基本一致，因此改造對溶解氣觀測沒有影響。

2.7 改造前后 HCO3-、Ca2+、Mg2+、PH值、電導率動態特征及觀測效果分析

改造前后HCO3-、Ca2+、Mg2+、PH值、電導率的背景值和動態特征趨勢基本一致，因此本次改造對水質觀測的地震監測能力沒有產生明顯影響[3]。

圖6 川32井逸出氣氡濃度日值

圖7 模擬水氡日值

圖8 溶解氣CO2、氣體總量、N2、O2日值

3 結論

川32井作為流體綜合觀測井在地區地下流體學科監測、實驗、研究方面發揮著重要作用，但不合理的井口裝置設計導致井水流沙堵塞嚴重影響了它的觀測質量。本次井口裝置改造解決了流沙堵塞問題，排除了模擬觀測取水時對數字化觀測的干擾。加裝電磁自動流量計實現了井口總流量的自動化觀測，使流量觀測更加合理。改造后5個月的觀測實踐表明：水氡、溶解氣、水質觀測的背景值、年變動態、短期動態和改造前基本趨勢一致，因此本次改造對這些測項沒有產生不良影響，同時解決了模擬觀測取水時對數字化水位、流量觀測的干擾。存在的問題是，集氣脫氣裝置不夠穩定，還需繼續實驗研究。

[1] 陳學芬.西昌川32井水溫傳感器不同投放深度監測能力分析[J].四川地震，2014(1)：32.

[2] 王華.聊古1井井口裝置改造及其觀測效果分析[J].地震，2009(4):79.

[3] 王華.聊古1井井口裝置改造及其觀測效果分析[J].地震，2009(4):81.

Equipment Reconstruction of No.32 Well in Xichang and Analysis of its Observation Effect

CHEN Guangrong, XU Mingjun,HOU Yaqiong, WANG Dengwei,CHEN Xuefen

(Seismic Central Station of Xichang, Earthquake Administration of Sichuan Province, Sichuan Xichang 615000, China)

There are always some unexplained abnormal data changes of No.32 well during our past long-term observation. Field investigation and analysis indicate that sand jams and manual water taking for the analogue observation are two main reasons which effect the quality of the fluid observation. After experiments, we rebuilt the wellhead. After 5 months observing， the data shows that the problem of sand jams and manual water taking has been resolved.

under-ground fluid; equipment reconstruction; effect analysis; interfere;under-ground level

2016-06-07

陳光容(1987-)，女，四川省達州市人，助理工程師，主要從事水化觀測工作.

2015年中國地震局三結合課題“西昌川32井流體綜合觀測干擾因素分析及解決途徑研究”資助.

P315.724

B

1001-8115(2017)02-0010-05

10.13716/j.cnki.1001-8115.2017.02.003