1 引言

 

  鑿建供水井用泥漿作沖洗介質時,在泥漿壓力大

 

  于地層壓力的情況下,往往使許多泥漿滲入含水層中,同時,會在孔壁上形成泥皮,下管前如處理不當會堵塞或阻止地下水向井內的運動,造成供水井出水量少或不出水,成為“干水井”。所以供水井的洗井環節尤為重要,并且洗井質量的好與壞直接影響著井的出水量和壽命。從洗井的目的角度來講,一是盡可能消除客觀因素和主觀因素的影響,使含水層的富水程度得到充分的反映,二是最大限度地使水井采水段的含水層及濾水管的滲透能力達到最好的理想狀態,以保證供水井發揮最佳效益。故長期以來從事水井工程的工作人員采用許多的洗井工藝來處理供水井,活塞、空壓機、酸化、多磷酸鹽、液態CO2等常規法都能取得一定的效果,且適用范圍廣,但對于一些特殊的“干水井”收效不佳。近幾年來筆者發現采用水錘法洗“干水井”效果很好,盡管操作工藝嚴格,又有一定的風險,但畢竟是不再守著“干水井”無奈了,只 要能熟練掌握洗井的操作要領,不會有風險。

 

  2 水錘洗井法的機理

 

  該方法是利用“水錘”沖擊產生的沖擊波來破壞吸附在孔壁上的泥皮和固結在人工濾層、濾水管上的粘性顆粒,達到增加滲透性,減少地下水入管(井)水阻,從而增加井的出水量。“水錘”是如何產生的呢,見下圖:當活塞在井內水中某一位置,讓其突然產生上行速度V1,然后立即讓活塞下行,這時活塞底部便會由其上部水柱壓力及慣性水頭形成象“錘”一樣對活塞下部的一次撞擊,出現向下和四周的震蕩沖擊波,這種物理現象我們稱為“水錘”,它的能量大小主要由活塞上部水柱高度和下行速度決定。 水錘震蕩沖擊波洗井的作用是:

 

  1) 上行作用:如圖1,當活塞突然急速上行時,便在井內產生單向的抽吸作用,由于速度極快和含水層無法將水及時補給井內(尤其水井出水量很小時),所以活塞下部井內會立即產生負壓真空。

 

  2) 下行作用:如圖2,活塞的突然下行產生速度V2,由于活塞及水柱的自身重力及活塞上下間的壓力差,使活塞迅速下降,其動量動能隨之增大,活塞與其下部液面相接觸時間t又極短,所以活塞及水柱的動能瞬間釋放到水面,即對其下部和四周產生猛烈的震蕩沖擊,類似爆破,這一過程的震蕩壓力沖擊波在水中的快速傳遞猛烈地沖擊井(孔)壁的四周,能在效地擴大疏通含水層縫隙并使人工濾層、濾水管處滯留、固結的粘土顆粒、巖屑、泥沙分解排出,減低地下水入井水阻,增加水井的產量。活塞下部液面受到的撞擊力F由動量定理可知:Ft=mv2從而導出F=mv2t 式中:F—產生的撞擊力; v2—撞擊速度; m—活塞及水柱的質量;t—撞擊的時間。 從式中可以知道,m、v2越大,t越小,產生的F越大,即產生的震蕩沖擊壓力波越大。

 

  3 工藝和注意事項 該工藝洗井可以充分利用現有的洗井機具,不需要另外添置專用設備。首先,選擇一個合適的普通活塞即可,但其外徑應大于井管內徑1～5mm,其上接10～40m適宜規格的鉆桿,并與通過鉆塔上滑車的卷揚機上的油絲繩連接(單繩),活塞上接鉆桿和連接卷揚機單繩的目的都是為了增加活塞的提升和下放速度。

 

  當一切準備妥當,檢查就緒后,即可開動動力機械帶動工作機械進行作業了,上崗的操作人員必須有豐富熟練的操作使用卷揚機的經驗,能預估活塞的下入深度和下放速度產生的撞擊能量,還應掌握井用管材的材質、壁厚、機械性能強度等。操作人員掌握了解被洗井的相關情況后,進入崗位操作,將活塞下入井內,并到達預訂位置,即可反復的提升和下放活塞。速度視井用管材、深度等情況適當把握,應控制在0.3～10.0ms,拉程控制在0.3 ～1.0m。此過程進行3～10回次為一階段,即可提出活塞抽水。一般都能隨出水攜帶出大量泥漿、巖屑、粘性顆粒等,如不理想 可另選層位或反復進行。

 

  洗井過程一定要牢記安全生產,首先注意人身安全,其次確保井內安全,還必須注意機械安全,即遵守施工水井的生產操作規章規程,并確保錘擊能量不致損壞井體,以防造成壞井。

 

  4 效果與應用實例

 

  水錘法洗井的機理決定了它的作用,一是適用于下入井管(套管)的松散或破碎地層中的水井,同時也適宜基巖裸眼井;二是不單純用于新鑿建的量小或“干水井”,同時也可處理廢井舊井;三是即可用于鋼管井、鑄鐵管井、也可用于鋼筋水泥管井。近些年來在總結實踐和提高的基礎上,采用此方法成功地挽救了許多供水井,避免了上百萬元的經濟損失,也大大減少了建設單位與施工單位的合同糾紛,收到了較好的綜合效益。

 

  應用實例介紹:滄州某地供水井于2000年12月10日進場,12日開鉆,25日完井下管,井深506.5m,采水段345～489m,井用管材為螺旋鋼管和橋式濾水管。其中5325×7mm的螺旋鋼管183m,5219×6mm的螺旋鋼管251m,5219×6mm的橋式濾水管72.5m。完井下管、填礫、封固井后經16天的洗井,產水量由260td增至360td,其間(2000年12月28日至2001年1月12日)施工單位采用了水泵洗井、活塞洗井、多磷酸鹽洗井、空壓機洗井,均效果不好。距設計和協議要求1080td相差甚遠。經反復分析研究認為:設計和協議要求合理;經對鉆孔的物探成果分析認為:該層段出水量也應達到45th。

 

  目前雖經多方法洗井達不到出水量,其主要原因是完井下管前因供水不足,沖洗介質循環沖托鉆孔不凈,造成井孔內大量泥沙、巖屑、粘性顆粒的滯留,它們嚴重阻塞了地下水的入井通道所致。故應采用水錘洗井法進行作業。經周密計劃安排,用2天的時間在適當合理的層位進行了五段位,百余回次的水錘高壓震蕩沖擊洗井后,第三天進行抽水試驗,水量達到了51.6th(即1238td),超過了設計合同指標要求,也達到了物探成果的預估水量。綜上所述水錘洗井法有洗井時間短、疏通含水層和地下水入井通道效果好的明顯作用;并且具有使用設備簡單、成本低廉、適用范圍大、易普及推廣等優點;但同時存在此法洗井類似爆破,具有一定的風險,對操作人員素質要求高等,但畢竟它能有效地解決“干水井”的出水量問題,并且也是一個新探索形成的洗井工藝,應隨其發展,對它的洗井機理、相關計算等需要進一步的進行推敲和驗算,操作工藝應需不斷地完善和改進。