淺論機井建設中常見問題及解決措施

羅 定

（寶雞市鳳翔區水利工程建設工作隊,陜西 寶雞 721400）

1 基本概況

鳳翔區位于關中西部的渭北平原上,東鄰岐山,北接麟游,西北與千陽接壤,西面與南面與陳倉毗鄰,總面積1179 mm,屬暖溫帶半干旱季風氣候區,多年平均降雨量610 mm。鳳翔區也是一個資源型缺水地區。近年來,隨著鳳翔經濟的不斷發展,區域水資源的承載力越來越捉襟見肘。在滿足居民生活用水,工業用水的情況下,農業用水已嚴重不足。為了保證農業生產不受或少受影響,發展高效節水型灌溉已成為大勢所趨。發展高效節水的水源一般首選地下水,利用機井來進行灌溉。利用機井作為水源進行高效節水灌溉機動靈活,綜合成本較低,也便于管理。機井是利用動力抽取地下水資源的取水工程。在干旱及半干旱地區的渭北平原,農用機井已經成為農田節水灌溉和農村飲水安全的主要水源工程。鳳翔區地下水儲藏量約為0.9 億m3,含水層多為泥沙砂礫石層,區域地下水埋深80 m~130 m,單井出水量一般約為30 m3/h,抽水降深10 m左右。目前鳳翔區域配套完整正在發揮效益的機井共有3780 眼。這些機井目前為鳳翔區的工業、農業、居民生活用水發揮著不可替代的作用。

2 機井建設中存在的問題

從寶雞市鳳翔區機井灌區的調研情況來看,有80% 左右的農用機井經過數年的運行,機井出砂、井底淤積、出水量銳減現象比較嚴重,導致灌溉成本增大、耗能提高、效益變差,機井的使用壽命大大縮減,有些農用機井甚至瀕臨報廢,嚴重影響著農村經濟的發展和人民群眾生產生活的安全。

通過筆者近年來對鳳翔區農用機井的調研,機井存在的主要問題是機井出沙造成井底淤積嚴重,導致機井出水量嚴重下降,使機井的使用壽命大打折扣。通過對調研情況分析發現,筆者認為造成農用機井出砂嚴重的原因有以下幾個方面。

2.1 施工中沒有嚴格按照機井技術規范操作要求施工

農用機井的施工程序主要為：選址——立架——鉆孔——取樣分析——電測含水層——疏孔——換漿——安裝井壁管——填筑濾料及管外封閉——洗井——抽水試驗——水質分析——成井。只有各個工序做到一環扣一環,嚴格按技術規程操作到位,才能保證機井質量要求。但是,相當的鉆井施工單位施工粗放,不嚴格按機井技術規程操作,施工不精細,司鉆工技藝不精,直接影響到機井的成井質量。譬如機井在鉆孔過程中,因泥漿比重調配不準確,沒有根據地層的松散程度隨時調節泥漿的粘稠度。遇到松散地層,沒有及時調整泥漿比重,泥漿比重偏小,就會造成塌孔,甚至發生坍埋鉆頭事故,影響施工進度,處理不當的話,會發生井孔的垂直度超出孔斜要求的偏差范圍,導致井壁管下管后外圍濾料填筑厚度很不均勻。另外就是濾料填筑不規范。有的工隊在填筑濾料時,不按技術規程辦事,回填濾料時過急過猛,造成濾料填筑下沉不均勻不密實;有的采用單側回填將井壁管擠偏,甚至錯位,引起后來機井出砂;有的采用的濾料粒徑不符合要求,起不到濾水攔砂的作用。

2.2 新打井配泵比較隨意

按規范要求,一眼機井在成井前,要電測每個含水層出水量,如果含水層出水量符合設計要求,具備開采價值,然后再進行下管,箍井,填筑濾料,緊接著進行洗井,然后進行抽水試驗,確定動水位后再進行配泵。可是,目前有不少施工隊為了降低打井費用,根本就不嚴格洗井,有的甚至省略洗井這個重要工序。憑經驗進行配泵,連抽水試驗也不徹底搞,動水位都沒弄清楚是多少,盲目配的泵不是揚程過大,就是揚程不足,下泵位置也不夠準確。如果配泵揚程過大,勢必造成吸水口流速過大,造成機井出砂現象。

2.3 所選用的混凝土井壁管存在質量問題

目前,市場上的混凝土井壁管質量良莠不齊,質量合格的井壁管價格比較貴,質量低劣耐久性差的井壁管價格相對便宜許多,施工企業為了追求利潤往往選用價格便宜的井壁管。這些低劣的砼井壁管都是小作坊在生產,工藝落后,質量不過關,強度達不到要求,耐久性差,施工過程中會因為種種因素造成井壁管破損,這樣一來就會有出砂隱患。

3 機井涌砂的危害

1）機井出砂可導致地下含水層地質結構的變化,嚴重的會引起含水層部位地層出現塌方,導致淤堵含水層出水口,影響機井的出水量,進而縮短機井的使用壽命,運行過程中部分泥砂淤積井底,使機井的有效深度大打折扣,直至導致機井的報廢。

2）機井出砂還會造成水泵葉輪、泵軸、軸承的磨損,以至于使水泵的壽命縮短。如果用于節水灌溉或農村供水系統,會引起閘閥嚴重磨損,開啟不靈活,關閉不嚴密,水中的泥砂會在流速小的管段中沉積,造成輸水能力的減弱,甚至造成輸配水系統不能正常工作。

4 機井出砂的解決措施

1）嚴格按機井技術規范進行施工

機井建設要選擇具備鑿井資質的施工企業,嚴格遵照鑿井施工工藝規范。在施工過程中,先要觀察摸清地層,根據地層情況采取不同的泥漿比重,一般比較穩定的粘土層及礫石地層可采取清水鉆進。相對松散的地層可采取1.1 g/cm3~1.2 g/cm3泥漿比重鉆進。鉆進中盡量把出砂地層查清,如果出現大的流沙地層,就要立即采取稠泥漿進行封閉。對于松散型地層,盡量采用回轉式鉆機進行鉆進,不宜用反循環沖擊鉆機一次鉆進。

2）安裝抽水設備時,建議將水泵的吸水口避開濾水花管部位安裝在含水層以下的不透水層井壁管中間,這樣做的原因是避免引起含水層的流速過大,導致機井的出砂加劇和淤塞。在水泵選型時,水泵的出水量選擇要小于機井的出水量,這樣就不會引起出沙。

3）對濾料直徑及回填厚度有效控制

濾料是用不同粒徑的石英砂或砂礫石填筑在濾水管周圍起著濾水攔砂的作用。濾料顆粒之間存在著一定的空隙,空隙的大小大約為濾料粒徑的1/7~1/10,含水層砂粒粒徑小于濾料的空隙就可能從濾料中穿過進入井內。如果含水層砂子顆粒徑等于或稍小于濾料空隙,就會在濾料空隙形成拱橋狀,同濾料共同形成濾水層,增強了攔砂的能力。如果含水層的砂粒徑大于濾料間空隙,那么砂粒就會被濾料攔住,在濾料外圍形成濾水層,構成濾水攔砂體系,起到很好的過濾作用。濾料粒徑越大,滲透系數越大。濾料的滲透系數必須大于含水層的滲透系數,機井才不會出砂。一般選取含水層滲透系數的2~2.5 倍作為濾料的滲透系數。根據含水層砂粘粘徑來選擇濾料粒徑是一個可靠的辦法。濾料一般根據含水層分段選取,濾料要有足夠的強度和一定的化學穩定性及良好的滾圓度。鳳翔區域地下水的含水層一般多為泥沙砂礫石層或亞黏土砂礫石,所以本區域的濾料粒徑一般控制在10 mm以內為宜。濾料要進行嚴格篩選,沖洗掉泥砂和強度差的不合格部分,以免影響成井質量。對于滾圓度不好強度不達標的濾料堅決禁止使用。

填擲濾料的方法不當也會影響預期的效果。濾料應盡量選用均質濾料,滾圓度要好。如果采用非均質濾料,濾料粒徑懸殊,填筑過程中,導致大小顆粒沉降速度不均,會產生離析現象,會降低濾水攔砂的作用。填筑濾料時要均勻連續,速度不能太快,太快容易造成堵塞棚架現象,濾料填筑不密實。嚴禁自卸農用車或裝載機直接將濾料倒入井內,這樣不僅填筑的濾料不均勻,同時容易撞擊井壁管,容易導致井壁管發生偏心位移或傾斜,也會使井壁管與井壁之間的間隙不均勻,導致濾料填筑厚度不均勻,從而直接影響濾水攔砂的能力。濾料的填筑厚度,一般掌握在10 cm~15 cm。對于含沙量大的地層,濾料的填筑厚度可適當加厚至20 cm,能夠起到有效的攔沙作用。濾料的填筑高度下部應低于含水層下端2 m為宜,上部應高于濾水管上端8 m為宜,主要是為防止洗井或抽水時濾料的不均勻、不密實或井管外圍料石下沉,導致濾水段外圍無濾料產生出砂使水變渾。

5 結語

機井出砂是一個十分棘手的鑿井技術問題,要因地制宜,根據不同地層采取不同的切實可行的措施。鑿井過程必須嚴格按機井技術規范規程標準嚴格進行施工,才能使機井不出砂或把出砂的危害程度降低到最低限度,從而使機井為區域工農業生產用水和居民生活用水更好地發揮效益。