水文水井成井作業(yè)6

1、云南國(guó)土資源職業(yè)學(xué)院云南國(guó)土資源職業(yè)學(xué)院2012.04水文水井成井作業(yè)項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack一、認(rèn)識(shí)填礫一、認(rèn)識(shí)填礫 在濾水管與含水層井壁之間圍填礫料，稱為在濾水管與含水層井壁之間圍填礫料，稱為填礫。填礫。填礫的目的是使其在濾水管周圍形成一個(gè)填礫的目的是使其在濾水管周圍形成一個(gè)人工過(guò)濾層，以增大濾水管及其四周的有效孔隙人工過(guò)濾層，以增大濾水管及其四周的有效孔隙率和透水性。同時(shí)，還可起到濾水擋砂作用，以率和透水性。同時(shí)，還可起到濾水擋砂作用，以防止含水層中的細(xì)小砂粒封堵濾水管進(jìn)水孔隙。防止含水層中的細(xì)小砂粒封堵濾水管進(jìn)水孔隙。從而達(dá)到減少進(jìn)水時(shí)水頭損失和穩(wěn)定過(guò)濾層結(jié)構(gòu)，從

2、而達(dá)到減少進(jìn)水時(shí)水頭損失和穩(wěn)定過(guò)濾層結(jié)構(gòu)，增大水井的出水量和延長(zhǎng)水井的使用年限。增大水井的出水量和延長(zhǎng)水井的使用年限。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel packGravel pack在下管工作結(jié)束后，應(yīng)立即進(jìn)行填礫，在下管工作結(jié)束后，應(yīng)立即進(jìn)行填礫，拖延時(shí)間則井壁可能發(fā)生縮徑、坍塌，影響拖延時(shí)間則井壁可能發(fā)生縮徑、坍塌，影響填礫質(zhì)量。填礫質(zhì)量。填礫工序不符合要求，會(huì)使水井大量填礫工序不符合要求，會(huì)使水井大量涌砂，出水量減小，甚至全井報(bào)廢。涌砂，出水量減小，甚至全井報(bào)廢。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack二、礫料的選擇與計(jì)算二、礫料的選擇與計(jì)算（一）礫料的選擇（一）礫料的選擇選擇

3、礫料時(shí)，應(yīng)選擇質(zhì)地堅(jiān)硬，不易發(fā)生選擇礫料時(shí)，應(yīng)選擇質(zhì)地堅(jiān)硬，不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，顆粒圓度好且泥沙雜質(zhì)含量少的礫料，化學(xué)反應(yīng)，顆粒圓度好且泥沙雜質(zhì)含量少的礫料，我國(guó)主要采用河灘硅化巖礫石。我國(guó)主要采用河灘硅化巖礫石。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack礫料的形狀和規(guī)格直接影響人工礫料的形狀和規(guī)格直接影響人工過(guò)濾器的透水性和井水中的含沙量。礫過(guò)濾器的透水性和井水中的含沙量。礫料應(yīng)具有良好的滾圓度，因?yàn)?，滾圓的料應(yīng)具有良好的滾圓度，因?yàn)?，滾圓的礫石層具有較高的透水性和擋砂能力。礫石層具有較高的透水性和擋砂能力。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack1 1、礫料的直徑、礫料的直徑礫料的

4、規(guī)格直接影響人工過(guò)濾層的透水性礫料的規(guī)格直接影響人工過(guò)濾層的透水性和井水中的含砂量。如礫料粒度過(guò)大，則孔隙增和井水中的含砂量。如礫料粒度過(guò)大，則孔隙增大，擋砂作用減弱，抽水時(shí)會(huì)大量涌砂，礫石之大，擋砂作用減弱，抽水時(shí)會(huì)大量涌砂，礫石之間的孔隙也會(huì)被細(xì)砂充填，影響透水性間的孔隙也會(huì)被細(xì)砂充填，影響透水性 。如礫。如礫料粒度過(guò)小，則孔隙小，不僅透水性差，且使填料粒度過(guò)小，則孔隙小，不僅透水性差，且使填礫外圍含水層中的細(xì)砂很少被抽出，以致在含水礫外圍含水層中的細(xì)砂很少被抽出，以致在含水層中不能很好地形成天然過(guò)濾層，因而使水井的層中不能很好地形成天然過(guò)濾層，因而使水井的出水量減少。出水量減少。項(xiàng)目九項(xiàng)

5、目九 填礫填礫 Gravel pack礫料的規(guī)格應(yīng)根據(jù)含水層砂樣篩分后的礫料的規(guī)格應(yīng)根據(jù)含水層砂樣篩分后的粒徑來(lái)確定，即礫料的大小應(yīng)與含水層的粒粒徑來(lái)確定，即礫料的大小應(yīng)與含水層的粒徑相級(jí)配。世界各國(guó)在不同的條件下以不同徑相級(jí)配。世界各國(guó)在不同的條件下以不同的方法通過(guò)大量的試驗(yàn)，得到了近乎相同的的方法通過(guò)大量的試驗(yàn)，得到了近乎相同的結(jié)論結(jié)論礫料直徑與天然含水層顆粒粒徑之比，礫料直徑與天然含水層顆粒粒徑之比，其比值在其比值在 4 48 8 的范圍，以的范圍，以6 6為最佳。天然含為最佳。天然含水層的砂樣都是通過(guò)篩分，來(lái)確定它的規(guī)格水層的砂樣都是通過(guò)篩分，來(lái)確定它的規(guī)格等級(jí)的。等級(jí)的。項(xiàng)目九項(xiàng)目九

6、 填礫填礫 Gravel pack我國(guó)水井成井中，當(dāng)前仍沿用前蘇聯(lián)標(biāo)我國(guó)水井成井中，當(dāng)前仍沿用前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。以過(guò)篩顆粒累計(jì)重量占總重量的準(zhǔn)。以過(guò)篩顆粒累計(jì)重量占總重量的5050的的篩孔直徑，代表該砂樣的標(biāo)準(zhǔn)直徑，記作篩孔直徑，代表該砂樣的標(biāo)準(zhǔn)直徑，記作d d5050。礫料也以同樣方法規(guī)定，記作礫料也以同樣方法規(guī)定，記作D D5050。按下式確。按下式確定礫料直徑：定礫料直徑：D D5050=(4=(410)d10)d5050項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack2 2、礫料的均勻度、礫料的均勻度 礫料的均勻度是指用一種規(guī)格的礫料還是礫料的均勻度是指用一種規(guī)格的礫料還是用多種規(guī)格礫料的混合

7、體，即采用用多種規(guī)格礫料的混合體，即采用“均勻填礫均勻填礫”還是還是“混合填礫混合填礫”的問(wèn)題，當(dāng)前未得到統(tǒng)一的的問(wèn)題，當(dāng)前未得到統(tǒng)一的看法。室內(nèi)試驗(yàn)證明了均勻礫料滲透性好，填看法。室內(nèi)試驗(yàn)證明了均勻礫料滲透性好，填礫層孔隙度大，井的出水量大?；旌咸畹[過(guò)濾礫層孔隙度大，井的出水量大?；旌咸畹[過(guò)濾性好，水中含砂量少。性好，水中含砂量少。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack 選擇礫石的均勻度應(yīng)從增大地層滲透性、選擇礫石的均勻度應(yīng)從增大地層滲透性、擋砂效果和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮。每一地層的礫擋砂效果和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮。每一地層的礫料需要先確定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)直徑，然后給定誤差料需要先確定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)直徑，然后

8、給定誤差范圍（推薦誤差范圍為范圍（推薦誤差范圍為8 8），經(jīng)兩次過(guò)），經(jīng)兩次過(guò)篩篩 ，即可獲得所需的填礫規(guī)格。，即可獲得所需的填礫規(guī)格。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack（二）填礫厚度與高度（二）填礫厚度與高度 國(guó)內(nèi)外在試驗(yàn)室內(nèi)都證明過(guò)這樣的事實(shí)：只國(guó)內(nèi)外在試驗(yàn)室內(nèi)都證明過(guò)這樣的事實(shí)：只要礫石直徑和砂樣直徑選擇合適，填礫的最小厚要礫石直徑和砂樣直徑選擇合適，填礫的最小厚度只要相當(dāng)于礫料標(biāo)準(zhǔn)直徑度只要相當(dāng)于礫料標(biāo)準(zhǔn)直徑2 23 3倍就足能夠擋砂。倍就足能夠擋砂。當(dāng)然，填入井下的礫料，以此厚度能完全包圍住當(dāng)然，填入井下的礫料，以此厚度能完全包圍住濾水管并能經(jīng)得起洗井抽水等攪動(dòng)，卻是不太

9、可濾水管并能經(jīng)得起洗井抽水等攪動(dòng)，卻是不太可能的。但認(rèn)為填礫厚度越大就越好，也是無(wú)科學(xué)能的。但認(rèn)為填礫厚度越大就越好，也是無(wú)科學(xué)根據(jù)的。根據(jù)的。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack 當(dāng)前有些國(guó)家規(guī)定填礫厚度為當(dāng)前有些國(guó)家規(guī)定填礫厚度為200mm200mm，美國(guó)水井協(xié)會(huì)建議美國(guó)水井協(xié)會(huì)建議3 388（7676203mm203mm）。）。我國(guó)水文水井成井填礫厚度規(guī)定為我國(guó)水文水井成井填礫厚度規(guī)定為5050150mm150mm。為此，要求水井的終孔直徑比過(guò)濾。為此，要求水井的終孔直徑比過(guò)濾器外徑大器外徑大150150200mm200mm，各種口徑水井的井，各種口徑水井的井徑與管徑配合關(guān)系如

10、下：徑與管徑配合關(guān)系如下：井管井管粗砂、礫石層粗砂、礫石層中、細(xì)砂中、細(xì)砂公稱（公稱（吋吋）外徑（外徑（mmmm） 井徑井徑(mm)(mm) 填礫厚填礫厚(mm)(mm)井徑井徑(mm)(mm)填礫厚度填礫厚度(mm)(mm)6 610810832532575753773771001008 8219219377377757542642610010010102732734264267575480480100100121232532548048075755305301001001414372372530530757557557510010016164264265755757575675675100

11、10020205305306756757575725725100100項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack 在確定填礫高度時(shí)，應(yīng)考慮到在洗井抽水在確定填礫高度時(shí)，應(yīng)考慮到在洗井抽水過(guò)程中礫料會(huì)下沉（一般為過(guò)程中礫料會(huì)下沉（一般為1/101/10）。管外礫料）。管外礫料高度應(yīng)當(dāng)超過(guò)含水層頂板，其超過(guò)高度應(yīng)根據(jù)高度應(yīng)當(dāng)超過(guò)含水層頂板，其超過(guò)高度應(yīng)根據(jù)含水層的條件來(lái)定。當(dāng)開(kāi)采離地表最近的含水含水層的條件來(lái)定。當(dāng)開(kāi)采離地表最近的含水層時(shí)，填礫應(yīng)高出含水層層時(shí)，填礫應(yīng)高出含水層8 81010米。米。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack 在

12、開(kāi)采兩個(gè)相鄰的含水層時(shí)，如兩層相距在開(kāi)采兩個(gè)相鄰的含水層時(shí)，如兩層相距在在1515米以內(nèi)，則將兩層間不取水段分為兩部分，米以內(nèi)，則將兩層間不取水段分為兩部分，下部為下部為4/54/5填入與下含水層同規(guī)格的礫石，上填入與下含水層同規(guī)格的礫石，上部為部為1/51/5填入與上含水層相同規(guī)格的礫石。填入與上含水層相同規(guī)格的礫石。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack 如兩層相距超過(guò)如兩層相距超過(guò)1515米，則下段取米，則下段取1212米，米，填礫與下層相同，上段取填礫與下層相同，上段取3 3米，填礫與上層相米，填礫與上層相同，中間填入不和規(guī)格的礫石。這樣可防止同，中間填入不和規(guī)格的礫石。這樣可

13、防止中間段的坍塌，也降低成本。如開(kāi)采的含水中間段的坍塌，也降低成本。如開(kāi)采的含水層靠近咸淡水界面時(shí)，填礫要低于界面層靠近咸淡水界面時(shí)，填礫要低于界面5 5米以米以上。上。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack（三）礫料量估算（三）礫料量估算 礫料的數(shù)量應(yīng)與需要填礫的井段的環(huán)礫料的數(shù)量應(yīng)與需要填礫的井段的環(huán)狀體積相等。但要考慮在鉆進(jìn)過(guò)程中，由狀體積相等。但要考慮在鉆進(jìn)過(guò)程中，由于井壁坍塌或鉆具擺動(dòng)而使井徑的擴(kuò)大，于井壁坍塌或鉆具擺動(dòng)而使井徑的擴(kuò)大，含水層愈松散，井徑擴(kuò)大的愈嚴(yán)重，需要含水層愈松散，井徑擴(kuò)大的愈嚴(yán)重，需要的礫料也愈多。的礫料也愈多。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pa

14、ck 同時(shí)要考慮洗井、抽水過(guò)程中，礫同時(shí)要考慮洗井、抽水過(guò)程中，礫料在振動(dòng)和水流擾動(dòng)作用下重排下沉，料在振動(dòng)和水流擾動(dòng)作用下重排下沉，填礫時(shí)的初始高度要超過(guò)濾水管上端一填礫時(shí)的初始高度要超過(guò)濾水管上端一定高度。其超過(guò)量一般為理論填礫高度定高度。其超過(guò)量一般為理論填礫高度的的 5 51010。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack礫料需用量可用下式估算：礫料需用量可用下式估算：Q=0.785(DQ=0.785(D2 2d d2 2 )Lk)Lk式中：式中：QQ需要礫料數(shù)量（需要礫料數(shù)量（m m3 3）；）；DD井徑井徑(m)(m)；dd井內(nèi)濾水管的外徑井內(nèi)濾水管的外徑(m)(m)；LL填

15、礫井段長(zhǎng)度（填礫井段長(zhǎng)度（m m）；）；KK超徑、下沉系數(shù)，一般取超徑、下沉系數(shù)，一般取 K=1.2 K=1.21.51.5實(shí)踐證明，理論數(shù)據(jù)往往小于實(shí)際情況，一般說(shuō)，實(shí)踐證明，理論數(shù)據(jù)往往小于實(shí)際情況，一般說(shuō)，實(shí)際情況為理論的實(shí)際情況為理論的1.21.21.41.4倍。倍。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack三、填礫方法三、填礫方法1. 1. 靜水填礫法（先沖后填法）：填礫時(shí)，靜水填礫法（先沖后填法）：填礫時(shí)，井孔中的沖洗液處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，故稱靜井孔中的沖洗液處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，故稱靜水填礫法。水填礫法。靜水填礫法工藝簡(jiǎn)單，但易產(chǎn)生礫料靜水填礫法工藝簡(jiǎn)單，但易產(chǎn)生礫料在中途架橋現(xiàn)象

16、，因此，它只適用于填礫厚在中途架橋現(xiàn)象，因此，它只適用于填礫厚度較大的淺井。度較大的淺井。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack2. 2. 動(dòng)水填礫法（邊沖邊填法）：動(dòng)水填礫法（邊沖邊填法）：動(dòng)水填礫是在向井內(nèi)注水（正循環(huán)）的同動(dòng)水填礫是在向井內(nèi)注水（正循環(huán)）的同時(shí)向井管四周進(jìn)行填礫。時(shí)向井管四周進(jìn)行填礫。 將送水管下入井管內(nèi)，然后密封管口開(kāi)泵將送水管下入井管內(nèi)，然后密封管口開(kāi)泵送水。沖洗液被壓入井管內(nèi)，并通過(guò)濾水管進(jìn)送水。沖洗液被壓入井管內(nèi)，并通過(guò)濾水管進(jìn)入井管與井壁之間的環(huán)狀間隙內(nèi)，然后從井管入井管與井壁之間的環(huán)狀間隙內(nèi)，然后從井管外返回地面。從井口返出泥漿的粘度達(dá)外返回地面。從井

17、口返出泥漿的粘度達(dá) 18s 18s左左右時(shí)，即可邊送水，邊圍填礫料。右時(shí)，即可邊送水，邊圍填礫料。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack若用鉆桿托盤法下管時(shí)，則不需要封閉管若用鉆桿托盤法下管時(shí)，則不需要封閉管口，可在鉆桿返回之前進(jìn)行填礫，直接利用下口，可在鉆桿返回之前進(jìn)行填礫，直接利用下管鉆桿與托盤上的通水眼，由井底返漿沖孔，管鉆桿與托盤上的通水眼，由井底返漿沖孔，與此同時(shí)進(jìn)行填礫。送水填礫法，由于礫料下與此同時(shí)進(jìn)行填礫。送水填礫法，由于礫料下沉方向與水流方向相反，填礫速度較慢、分選沉方向與水流方向相反，填礫速度較慢、分選性較強(qiáng)，且有一定清洗礫料中雜質(zhì)的效果。當(dāng)性較強(qiáng)，且有一定清洗礫料

18、中雜質(zhì)的效果。當(dāng)送水泵泵壓突然變大時(shí)，說(shuō)明濾水管已被礫料送水泵泵壓突然變大時(shí)，說(shuō)明濾水管已被礫料埋沒(méi)，具有填礫到位報(bào)信功能。埋沒(méi)，具有填礫到位報(bào)信功能。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack送水填礫法填礫不易架橋。適用于礫送水填礫法填礫不易架橋。適用于礫料圓度較好、填礫厚度較薄的中深井填礫。料圓度較好、填礫厚度較薄的中深井填礫。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack3. 3. 抽水填礫法：抽水填礫是將抽水泵或者空抽水填礫法：抽水填礫是將抽水泵或者空氣升液器下至濾水管底部以上氣升液器下至濾水管底部以上0.5m 0.5m 處，進(jìn)行處，進(jìn)行反循環(huán)抽水，同時(shí)在井管外部進(jìn)行投礫，礫反循環(huán)

19、抽水，同時(shí)在井管外部進(jìn)行投礫，礫料隨著反循環(huán)水流而高速下降，沉落在濾水料隨著反循環(huán)水流而高速下降，沉落在濾水管周圍。這種方法充填的礫石比較密實(shí)，填管周圍。這種方法充填的礫石比較密實(shí)，填礫速度快，不易架橋。并具有填礫到位報(bào)信礫速度快，不易架橋。并具有填礫到位報(bào)信功能。功能。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack抽水填礫法還可將井底大量的巖屑和抽水填礫法還可將井底大量的巖屑和稠泥漿吸入井管內(nèi)，并被抽出井外，有利于稠泥漿吸入井管內(nèi)，并被抽出井外，有利于沖孔洗井。適用于填礫量較大的中深井填礫。沖孔洗井。適用于填礫量較大的中深井填礫。抽水填礫時(shí)，由于水流向下流動(dòng)，液柱壓強(qiáng)抽水填礫時(shí)，由于水流向下

20、流動(dòng)，液柱壓強(qiáng)小，必須由井口向井管與井壁之間的環(huán)狀間小，必須由井口向井管與井壁之間的環(huán)狀間隙內(nèi)回灌稀優(yōu)質(zhì)泥漿，以防井壁坍塌。隙內(nèi)回灌稀優(yōu)質(zhì)泥漿，以防井壁坍塌。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack4.4.鉆桿泵入法鉆桿泵入法鉆桿泵入法是在井內(nèi)下入鉆桿柱，將礫鉆桿泵入法是在井內(nèi)下入鉆桿柱，將礫料混入沖洗液中用泵自鉆桿內(nèi)泵送注入填礫料混入沖洗液中用泵自鉆桿內(nèi)泵送注入填礫層位的填礫方法。當(dāng)在深井、超深井中填礫層位的填礫方法。當(dāng)在深井、超深井中填礫時(shí)，礫料在井管與井壁的環(huán)狀間隙內(nèi)下沉距時(shí)，礫料在井管與井壁的環(huán)狀間隙內(nèi)下沉距離長(zhǎng)，極易發(fā)生架橋堵塞或礫料粘附在非填離長(zhǎng)，極易發(fā)生架橋堵塞或礫料粘附在

21、非填礫段井壁上，不僅造成填礫質(zhì)量差，浪費(fèi)礫礫段井壁上，不僅造成填礫質(zhì)量差，浪費(fèi)礫石，而且影響非填礫段的止水效果。石，而且影響非填礫段的止水效果。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack 鉆桿泵入法有兩種方式：一是從井管與鉆桿泵入法有兩種方式：一是從井管與井壁的環(huán)狀間隙內(nèi)下入鉆桿至濾水管上端，井壁的環(huán)狀間隙內(nèi)下入鉆桿至濾水管上端，直接從鉆桿內(nèi)泵送礫料與輕泥漿的混合物。直接從鉆桿內(nèi)泵送礫料與輕泥漿的混合物。二是利用深井二次下管法，在下完一級(jí)井管二是利用深井二次下管法，在下完一級(jí)井管后，然后下入一套特殊鉆桿泵入填礫裝置進(jìn)后，然后下入一套特殊鉆桿泵入填礫裝置進(jìn)行填礫。行填礫。項(xiàng)目九項(xiàng)目九 填礫填礫 Gravel pack5. 5. 整體下入法：這種方法是使礫料作為整體下入法：這種方法是使礫料作為過(guò)濾器的一個(gè)組成部分，在地表將礫料裝過(guò)濾器的一個(gè)組成部分，在地表將礫料裝入過(guò)濾器的箱或籠，再將過(guò)濾器下入井內(nèi)，入過(guò)濾器的箱或籠，再將過(guò)濾器下入井內(nèi)，用