非完整礦井穩定流抽水試驗分析研究

張小興，張 影

（江西省煤田地質勘察研究院，江西 南昌 33001）

1 生產井背景

生產井所處地形地貌基本為濱湖平原，區域地層主要為前震旦系雙橋山群、石炭系下統華山嶺組、二疊系上統長興組、第四系中更新統和全新統沖積層。該井水源為孔隙水。生產井口標高為18m。水源來自第四系全新統沖積層地層，礦區內第四系全新統沖積層地層上部為厚度6m～7m的粉質粘土，中部為厚度14.5m的中粗砂層，下部為厚度13.17m的砂礫卵石層，下部與中部夾0.7m厚的粘土或粉質粘土透鏡體。

生產井上部的粘土層為隔水層，中部的中粗砂層含水層較弱，下部砂礫卵層含水層強。該生產井以下部砂礫卵層作為抽水含水層，該含水層為承壓含水層，含水層厚度13.17m砂礫卵石層，含水層頂底板標高為-4.20m～-17.37m。抽水篩管安裝在埋深27m～34m處，生產井其它部位都已進行止水處理[1]。

2 抽水試驗技術要求

（1）進行正式抽水時，首先應準備好抽水設備、動力設備，這是能保證正常抽水的前提條件。采用電流表進行水位測試，井流量測試方法是用流量表和三角堰來測量。

（2）在正式抽水前均應作試驗抽水。試驗抽水前，應對抽水含水層（段）反復進行抽洗，直至孔內出水澄清無沉淀物時為止。試驗抽水應作一次最大降深，初步了解水位降低值與涌水量的關系，以便正式抽水時合理選擇水位的降深。試驗過程的全部資料必須有正式記錄。

（3）穩定流抽水試驗要求沒3次降深值，最大降深值（smax），2/3smax，1/3smax。本次抽水試驗為承壓水穩定抽水試驗，對承壓水應該接近而不低于含水層頂板，其它兩次間距應大體均勻。

（4）水位降低順序：基巖含水層一般宜先深后淺，松散含水層宜先淺后深，逐次進行。

（5）第一次水位降深的延續時間不得少于24h，其余各點降深的延續時間不作具體規定。各點降深的穩定時間必須達8h。有觀測孔時，應以最遠觀測孔穩定2h為準。有特殊要求時應適當延長。

（6）抽水孔的動水位和流量的觀測，必須同時進行。開始一般應按每隔5min～15min觀測一次，延續1h后，可每隔30min觀測一次，直至抽水結束。觀測孔水位的觀測應與主孔水位同時進行，不得提前或延后。在抽水前及抽水過程中，應經常校正測繩的深度記號，若發現誤差應及時修正。

（7）試驗需測水溫，同時取水樣。

（8）抽水試驗應延續進行。如抽水中斷，而中斷前已超過6h，且中斷時間不超過1h，則中斷前的抽水時間仍可計入延續時間內，否則一律作廢。在中斷抽水時間內，應按觀測穩定（靜止）水位的要求觀測水位（包括觀測孔），直到重新抽水為止。

3 抽水試驗過程

為確定生產井的允許開采量并取得有關數據，于2013年4月進行抽水試驗。該生產井位于F5壓扭性斷層上盤，井深73.00m。抽水含水段位于第四系下部砂礫卵石層，為第四系承壓含水層，即井深22.20m～35.37m，含水段厚度13.17m。靜止水位埋深3.10m，承壓水頭高度19.1m。采用潛水泵對該生產井進行三次降深非完整井穩定流抽水試驗[2,3]。

3.1 抽水過程

A 豐水期（2013年4月）。

第一次降深（S1）從2013年4月24日10時開始，2013年4月25日13時完成，歷時28時，穩定時間25時30分，動水位11.55m，降深8.45m，穩定流量5.25L/S。

第二次降深（S2）從2013年4月25日19時開始，2013年4月26日7時完成，歷時12時，穩定時間11時30分，動水位8.4m，降深5.2m，穩定流量4.35L/S。

第三次降深（S3）從2013年4月26日14時開始，2013年4月26日23時完成，歷時9時，穩定時間8時30分，動水位5.8m，降深2.7m，穩定流量2.85L/S。

抽水試驗結束后，立即進行恢復水位觀測，停泵后30分鐘，水位恢復至埋深3.10m，且穩定。（見圖1）。

3.2 抽水曲線確定

本次抽水試驗涌水量——降深、單位涌水量——降深數據見表1、2，圖見圖2、3。

圖2 Q-s曲線圖

表1 流量、降深一覽表

表2 單位涌水量、降深一覽表

圖3 q-s曲線圖

根據Q-s曲線計算曲線的曲度值：

根據《水文地質手冊》判定該抽水試驗Q-s曲線為指數型，公式采用：

通過表5-4抽水試驗數據計算出lga=0.21; m=0.55，即該抽水試驗Q-s曲線公式為lgQ=0.21+0.55lgs

3.3 抽水參數計算

本次抽水試驗為非完整井穩定流抽水試驗，所以本次抽水參數計算采用非完整井穩定流公式進行計算（本次計算采用最大降深進行計算），公式如下：

采用迭代法進行計算，先取R=100m，代入公式可得K=6.52m/d，將K值代入得到R=215.2m；以此類推，最終得到抽水含水層的滲透系數K=7.0m/d，影響半徑R=224m。

3.4 最大涌水量計算

通過前期抽水試驗數據分析已確定了涌水量Q與降深s的相關關系，因此本次最大涌水量計算采用相關外推法進行計算。

該生產井含水層為承壓含水層，厚13.17m，承壓含水層水頭高度為19.1m。本次最大降深位置確定為含水層水位到含水層底板二分之一處，即smax=16.135m。

根據涌水量Q與降深s的相關關系計算最大涌水量Qmax。

豐水期：lgQmax=0.21+0.55lgsmax得出Qmax=7.48l/s(646m3/d)根據抽水試驗數據，抽水試驗穩定時間比較長，同時抽水試驗停抽后水位迅速恢復及并到穩定，同時開采量計算外推的深度，只取含水層水位到含水層底板二分之一，均符合該套計算方法不超過抽水試驗降深≤2.0倍的一般要求。因此以抽水量Q=646m3/d具有充足的補給保證，開采水量仍有較大潛力。

本次工作已基本控制了水源地的邊界和含水層特征，并通過水樣分析詳細查明了礦泉水的物理化學特征；通過抽水試驗取得了允許開采量計算所需參數；已查明礦泉水開發條件及水源衛生防護條件。

3.5 抽水試驗質量評述

抽水試驗前先按照有關規程采用清水活塞或壓風機進行洗井，直至穩定返出清水后，才開始正式抽水試驗。

試驗設備采用抗溫熱深井潛水泵作定流量抽水，設計穩定流降深三個落程，實際抽水降深三次。抽水穩定時間≥8h。抽水試驗過程中，采用電測水位儀觀測動水位，水表及三角堰板綜合核定流量，并觀測水溫，同時對觀測過程中的水位、水溫及流量進行相互校對，經校核誤差值：水量≤0.01%、水溫≤0.1℃、水位≤0.03m，精度較高，符合規范對抽水試驗中抽水和測溫的質量技術要求。

4 結論

4.1 從試驗成果可知

（1）通過對生產井豐水期及枯水期的抽水試驗，最終確定生產井抽水含水層的滲透系數K=7.0m/d，自然邊界范圍以影響半徑224m為半徑。

（2）該含水層涌水量與降深呈指數型曲線關系，抽水量Q=646m3/d具有充足的補給保證，開采水量仍有較大潛力。

4.2 在鉆孔抽水試驗過程中，應注意做好以下工作

（1）試驗前應注意洗孔。洗孔應達到水清砂盡無沉淀。洗孔工作沒作好，會造測得的滲透系數偏小甚至導致試驗失敗。

（2）試驗過程中，應邊測讀流量和降深，邊繪制Q-S曲線，一旦發現Q-S曲線反常，如Q-S曲線呈反拋物線型，應查明原因，必要時重做。

（3）試驗中抽水設備及電力設備要有富余，以防出現意外，影響試驗進行。

（4）在礦泉水開發過程中，必須進行水質、水量、水位和水溫的監測工作，并建立監測資料檔案，做到科學開發、科學管理，合理利用該礦泉水資源，以便取得較好的經濟效益和社會效益。