水文地質鉆探與水源井成井技術

■李穩剛

（陜西省水工程勘察規劃研究院　陜西　西安　710002）

水文地質鉆探與水源井成井技術

■李穩剛

（陜西省水工程勘察規劃研究院陜西西安710002）

水源井是人類開采地下水資源的主要構筑物，在世界各國(尤其是干旱地區)得到了廣泛的應用。目前由于地表水局部缺乏及易遭受人為污染，地下水資源開采和利用成了我國西北地區及許多城市的重要供水渠道。同時還有相當大數量的灌溉用機井，可以說機井建設的發展保證了我國西北地區工農業和糧食生產的穩步增長。文中將針對水文地質鉆探以及水源井成井技術進行了研究。

水文地質鉆探水源井成井技術

隨著人們對地下水資源的利用力度不斷加大，水源井作為開采地下水的主要構筑物，將會得到更加廣泛的應用。本文結合水文地質勘察施工實踐，對松散層水源井的施工工藝及其技術要點進行了闡述，以期在今后的工程實踐中加以論證應用，以進一步提高水源井施工的技術水平，并取得更大的經濟效益和社會效益。

1　影響水源井出水量的原因以及處理方法

1.1巖屑阻水

由于水源井成孔孔徑大，且泥漿泵排量不足，攜巖不徹底，致使部分巖屑和泥皮成孔后仍殘留孔內，下管后巖屑、泥皮阻止地下水透過過濾器進入井內；成孔后換漿不徹底立即下管，使得井底泥漿過稠，嚴重影響了水井的出水量。

1.2礫料不到位

因投放礫料中出現架橋現象，使得礫料部分或全部不能投放到過濾器部位，即:不能形成人工過濾層，出現涌砂現象，地下水中的粉細砂粒透過過濾器進入井內，淤積、沉淀，埋沒部分濾水器，使水井開始水量大，隨著使用水量越來越小。

1.3水源井洗井的基本方法

1.3.1活塞洗井

活塞洗井時，活塞在鉆桿或抽筒的重力作用下，迅速下降，沖擊井水，使井水透出過濾器沖擊含水層。然后猛然上提活塞，在活塞下面的井段內形成真空，含沙層中的水迅速注入井內，破壞井壁泥皮，并攜帶出含水層的泥、細砂和滲入水層中的泥漿。

1.3.2空壓機大返洗

所謂大返洗井是指將風管下到井的過慮器以下部位，壓風機不斷向井內送風，隨著壓力的增高，體積不斷膨脹，部分水形成水氣結合水，等壓力達到一定后，氣將水托起，井內水沿著井筒密風管的空隙返出。特點是安裝簡便，出水快，是一般水源井常用的洗井方法。

1.3.3化學試劑洗井

所謂化學試劑洗井是通過向井內投放化學試劑，在井內形成一定濃度的溶液，溶液透過過濾器，進入井壁與井管之間的環狀間隙內，使得泥皮或泥質巖被溶蝕，分解成細小顆粒。隨著抽洗井被抽出管外，從而增大了地下水進水通道，增加出水量。化學藥品通常有鹽酸、偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、氨基磺酸等等。

2　水源井成井技術

2.1關于濾料級配

井管外填濾料砂礫的粒級級配和填礫厚度是否得當，是水井進水效果過濾防砂的關鍵之一，亦是水井成敗和服務年長短的決定因素之一。有關文獻和手冊中對填礫粒級和厚度作有明確的規定，對中粗砂礫含水層：填料粒級為含水層砂粒D50的6～10倍，厚度為75～100mm；細粉砂層含水層：填砂粒級為D50的6～8倍，厚度為100～200mm。按此可以概括，對中細砂層而言，填濾料礫砂粒徑、均勻者為0.5～1mm，半均勻者則為0.5～2mm。試驗結果：對細粉層達到即防砂又不影響出水，其極限填礫粒徑為D50的24倍，正常應在D50的14～16倍為最好。而且認為在上述極限填礫粒級以內，出水含砂量隨清砂排水時間的延長而逐漸減少。

2.2擴孔

第四系松散層水源井的施工中，上部開孔一般應選用和設計孔徑大小相同的鉆頭一次成孔，以保證孔口和上部孔壁的穩定；當下部地層變硬，進尺較慢、扭矩過大時，應更換小鉆頭鉆進，進尺30m左右提出鉆具，重新下入大鉆頭擴孔，這樣循環往復，直至鉆到設計深度。注意在粘土層中用小鉆頭一次不宜鉆進深度過大，防止縮孔包鉆。水源井井徑要達到設計要求，擴孔是成孔的一道重要工序。在松散粘性土層和砂土中擴孔一般采用翼片式擴孔鉆頭，在固結粘土和砂卵石地層中采用牙輪鉆頭鉆進和擴孔，并帶加重鉆具。為使鉆具回轉時平穩并修正孔壁，通常在擴孔鉆頭翼片上方焊接一個小于鉆頭直徑4～10 mm的扶正圈，必要時也可在鉆桿上適當位置加焊一個扶正圈，為使擴孔時不脫離勘探鉆孔，保證擴孔孔斜，應在擴孔器底部焊接長約0.5～1 m左右的比原徑孔徑小一級的前導向管。完井后下管前，先用試孔器對孔內進行導正破壁，并將孔內的泥漿適當換稀。

2.3井管的下置

井管是垂直安裝在地下的取水管道，由井壁管、濾水管及沉砂管組成，井壁管安裝在非含水層處，起護壁作用，濾水管安裝在含水層處，起濾水擋砂的作用，井管最下端為沉砂管，底部封閉，用以沉淀水中所含砂粒。對于井管，通常要求無殘缺、斷裂、彎曲等現象，連接后應保持同心；管內壁應平整、圓滑，連接后應吻合嚴密；應有一定的抗壓、抗拉、抗彎曲強度，以保證承受井壁巖層和填礫的側向壓力和井管自重；應具有較強的抗腐蝕能力，以延長其使用年限；材質要無毒和不污染水質；濾水管要有較大的孔隙率、能減少地下水流入管內的阻力并起到良好的濾水擋砂性能。

2.4成井過程中鉆探泥漿的清除

成井施工時均需泥漿護壁鉆探，鑿井達到設計深度后方將井管及所配置的過濾器系統裝置下入井中。清除井中鉆探泥漿的方法，通常是在井管過濾系統裝置下完之后，將鉆具下入至井管底部，用清水沖洗井內泥漿。基于井管口一般均高于地面，清水沖洗時常見沖洗液從井管外溢。待清水返出一段時間后，即認為井中泥漿被清除，隨即邊沖洗邊開始投放人工濾料，充填砂礫濾層，直至投滿填實方停止清水沖洗，此乃成井施工中的通用工藝，亦為普遍采用的施工方法。上述施工方法，在客觀實際上是難以達到理想的清除井內泥漿的效果，主要受兩方面的因素制約：一種情形是鉆具將清水送至井底部沖洗，雖見清水從井管外溢返，但由于井中泥漿與沖洗清水的比重差異，清水在泵壓作用下，多從過濾管上部或某段過濾孔突破，其下部的泥漿并未被置換清除。另一種情形是成井鉆探口徑大多在0.8～1.00m的直徑的空間，沖洗清水在沖洗運行中，從濾管某一部位突破到管外環狀空間，不可能形成全斷面頂托流返，而是沿一條突破通道流返、致使管外環狀空間中的泥漿及懸浮泥屑不能有效清除。

2.5成井后的洗井

在富水區可直接下入大流量的潛水泵抽洗井內泥漿水（即大流量大降深），將井內水抽清后停泵，待井內水位恢復穩定后再次起動水泵抽水，這樣多次反復，直至水泵起動后不出混水為至，然后用空氣壓縮機清除井底沉淀，該方法省時省力，便于操作，且效果較好。

在弱富水區或貧水區，應首先用空氣壓縮機洗井，若水位過深，空氣壓縮機壓力無法達到時，可采用井內注水的方法抬高水位，進行洗井，并結合活塞與氨基磺酸聯合洗井；氨基磺酸的最大比例為井管內水的10%，將配制好的溶液用虹吸管或直接經抽水管送到過濾器部位，用活塞將液體壓入過濾器外面，待靜置24小時后，使酸溶液與過濾器外面的泥皮或結垢充分溶解后，再用空壓機抽水，可采用邊拉活塞邊抽水的方法，效果更加顯著，可根據出水量變化情況重復進行。

3　結束語

通過對水源井成井工藝的不斷探索與總結，并在水文地質勘探與水源井施工中不斷進行理論與實踐的有機結合，目前對關中地區厚松散層鉆進地質條件已有了充分的了解，按所設定的成井技術方案進行施工，水井的成井質量較高，出水量及穩定性較好。但受地質條件的限制，采取好的成井技術，完善深井施工成井工藝仍是鉆探技術人員需要思考的問題，努力發展不同地質條件的成井技術，將會為地下水資源的有效開發與利用發揮更大的作用。

[1]戴隆沛，秦福剛，李磊.松散層深部水源井成井技術與工程應用 [J].西部探礦工程，2008，06:60-62.

[2]樊小舟.水文地質鉆探和水源井成井技術 [J].中國煤炭地質，2016，01:57.

[3]秦福剛，李磊.松散層水源井成井工藝研究 [J].地下水，2007，05:114-116.

P634[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-81-1