黑龍江地區(qū)機(jī)井設(shè)計(jì)與成井工藝

黑龍江地區(qū)機(jī)井設(shè)計(jì)與成井工藝

機(jī)井設(shè)計(jì)和鉆孔技術(shù)的質(zhì)量是合理利用地下水資源、提高機(jī)井質(zhì)量、降低成本、提高效率的重要舉措。1管井及管井的設(shè)計(jì)內(nèi)容機(jī)井的設(shè)計(jì)是在水文地質(zhì)調(diào)查分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)機(jī)井規(guī)劃,為盡量滿足對(duì)取水量、水質(zhì)的要求,并考慮現(xiàn)時(shí)條件下技術(shù)可能,經(jīng)濟(jì)合理,盡快得到其設(shè)計(jì)內(nèi)容包括:井的深度;開孔與終孔口徑;井管的種類,規(guī)格及安裝位置;管井的封閉、污染含水層位置與封閉措施;水泵與電機(jī)選擇。1.1井深度應(yīng)根據(jù)開采含水層的埋藏深度、含水層不同類型及據(jù)機(jī)井規(guī)范布局和使用要求而定。1.2開孔口徑與終孔口徑的差應(yīng)根據(jù)對(duì)水量的要求、選用的提水設(shè)備,成井使用的鉆機(jī)類型,濾水管口徑和人工填礫厚度定。若使用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)鉆進(jìn)松散巖層時(shí)開孔口徑與終孔口徑之差就比較小些。若使用沖擊式鉆機(jī),特別是鉆井硬巖層時(shí),因鉆頭磨損快,必須設(shè)計(jì)較大的開孔口徑才能確保終孔口徑達(dá)到要求;安裝的濾水管口徑越大,人工填礫越厚,要求井孔的開孔及終孔口徑就越大。但歸根結(jié)底要滿足取水設(shè)備如深井泵或潛水泵能下到井內(nèi)。1.3管井結(jié)構(gòu)類型應(yīng)根據(jù)井孔口徑,含水層,隔水層,層數(shù)及位置和規(guī)范要求的出水量,水質(zhì)要求條件決定,結(jié)合考慮成井后抽水設(shè)備類型,規(guī)格而定。一般情況下井深小于60m,井徑大于400mm,管徑大于20cm時(shí),選用混凝土管,缸瓦管比較經(jīng)濟(jì)。井深大于60m并在200m以內(nèi)可選用鑄鐵管,塑料管混凝土管。1.4管道關(guān)閉根據(jù)對(duì)水質(zhì)的要求,對(duì)不取用的含水層進(jìn)行封閉止水,可用粘土、水泥、桐油石灰作封閉材料。否則機(jī)井不能發(fā)揮正常作用。1.5相關(guān)設(shè)備和泵的選擇應(yīng)根據(jù)靜水位、降深、出水量而配套選用。努力做好機(jī)井設(shè)計(jì),是機(jī)井建設(shè)的第一程序。2集中用砂還是分散用砂成井的關(guān)鍵在于揭穿含水層,牡丹江地區(qū)多數(shù)機(jī)井是在第四紀(jì)松散地層內(nèi)成井,這就涉及利用砂層的問題。一眼井一般成井用砂以粗顆粒,單層厚度大砂層集中的水量才多,反之則反。每一眼井應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求用砂才合理。這就是說即使某一深度砂層很好,但此層布井很多,新打井最好不用這段砂層,否則可能出現(xiàn)供不應(yīng)求,減少了單井出水量。集中用砂還是分散用砂要根據(jù)具體情況具體處理。集中用砂的優(yōu)點(diǎn)是保證較高的水位,抽水方便經(jīng)濟(jì),抽水降深大,出水量多,缺點(diǎn)是若成井群集中用砂,容易造成水位下降,水量減少。分散用砂可解決集中用砂的缺點(diǎn),這在井灌區(qū)虎林、密山及撲水灌區(qū)都有很大作用?？傊删蒙耙皇强紤]當(dāng)前水量要求多少,二是選用下多粗管,三是考慮砂層分布位置,再?zèng)Q定集中用砂還是分散用砂,再是分析選用砂層的粗細(xì)、厚度、純度等。3關(guān)注調(diào)整井管結(jié)構(gòu)濾水管的主要作用是濾水阻砂,選用適用的濾水管是取得最大水量,解決涌砂問題的關(guān)鍵,它關(guān)鍵到單井出水量和機(jī)井使用壽命。選用濾水管的依據(jù)是含水層的性質(zhì),若是在堅(jiān)硬巖層中一般不需要下濾水管,但在松散地層中必須安裝濾水管。濾水管要有很好的過濾及透水作用,而這兩個(gè)作用往往是相互制約的。過濾性好,攔砂能力強(qiáng)但往往影響透水性,反之透水性好,阻砂能力就差。濾水管的進(jìn)水孔徑和含水層的顆粒大小要相適應(yīng),使砂顆粒既不能進(jìn)入井內(nèi)又不堵塞進(jìn)水孔或少阻水,這就要求解決好濾水管的孔隙率問題。濾水管的孔隙率大,阻水作用就小,出水量就大。我區(qū)機(jī)井多用包網(wǎng)也有用纏絲的,它的孔隙率包含著濾水管管壁圓孔或條孔的孔隙率和外部包網(wǎng)纏絲的孔隙率。若采用井壁外填礫料,纏絲或包網(wǎng)的孔隙率要比管壁的孔隙率大些才合理,但多數(shù)機(jī)井在這點(diǎn)上沒有達(dá)到要求。如寧安縣英山林場(chǎng)井下的濾水管,由于孔隙率太低影響了機(jī)井出水量。一般管壁的圓孔或條孔的孔隙率為:鋼管要達(dá)到30%-37%,鐵管要達(dá)到25%-30%,混凝土管因有強(qiáng)度條件制約也要達(dá)到20%左右。濾水管管壁圓孔的孔隙率可用下式計(jì)算:P=m?n?r2R?LΡ=m?n?r2R?L式中:P—濾水管管壁圓孔的孔隙率;m—濾水管圓周上孔眼的行數(shù);n—濾水管每行的孔眼個(gè)數(shù);γ—孔眼的半徑(mm);R—濾水管的外直徑(mm);L—濾水管工作部分長(zhǎng)度(mm)。濾水管纏絲、孔隙率:p=(1-d1/m1)·(1-d2/m2)濾水管纏絲、包網(wǎng)孔隙率:p=(1-d1/m1)·(1-d2/m2)·np—濾水管纏絲或纏絲、包網(wǎng)的孔隙率;d1—豎向墊筋的寬度(mm);m1—由墊筋中心算起的間距(mm);d2—纏絲直徑(mm);m2—纏絲中心算起的間距(mm);n—包網(wǎng)的孔隙率。井管下入孔內(nèi)之后,井管的孔隙率又受填礫或取用含水層的給水度的影響,因此我們定義實(shí)際發(fā)揮作用的孔隙率叫有效孔隙率。要根據(jù)含水層性質(zhì)即砂顆粒粒徑大小與級(jí)配來選用相應(yīng)的濾水管,在中、細(xì)、粉砂層中采用真礫濾水管比采用包網(wǎng)或纏絲不填礫的濾水管,有效孔隙率可增大3倍左右對(duì)增加井的出水量關(guān)系很大,這應(yīng)在虎林地區(qū)成井中廣泛應(yīng)用。在虎林、密山、雞東地區(qū)的中、細(xì)、粉砂層中不應(yīng)采用包網(wǎng),纏絲不填料的濾水管,否則濾水管的有效孔隙率將大大減少,而且容易造成堵塞,大大減少出水量。在粗砂層中,填礫濾水管對(duì)增加井的出水量也有相當(dāng)?shù)男Ч?。在礫石卵石中效果不顯著可采用包網(wǎng),纏絲濾水管?？傊捎锰畹[濾水管對(duì)增加井的出水量是有好處的。濾水管的口徑大小和出水量有一定關(guān)系,在其它條件完全相同的條件,出水量將隨井徑的增大有不同程度的增加。一般在中細(xì)砂層中管徑選用250mm左右,在砂礫層中250-350mm左右,在卵石層中可選用>350mm。濾水管的長(zhǎng)度選用,應(yīng)根據(jù)含水層的厚度、顆粗組成,出水量的大小,濾水管的直徑等因素確定但是主要控制條件是含水層的厚度。當(dāng)含水層厚度小于10m時(shí),濾水管的長(zhǎng)度應(yīng)與含水層厚度相等,若含水層很厚根據(jù)抽水試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)濾水管的長(zhǎng)度可達(dá)含水層厚度的3/4。4關(guān)注天然濾水層纏絲、包網(wǎng)濾水管,首先要保證濾水管的抗壓強(qiáng)度與使用壽命其次要使濾水管外面形成良好的天然濾水層,把各種阻力減至最低限度,以增加出水量。纏絲、包網(wǎng)濾水管適用于礫石,卵石層中。由于包網(wǎng)容易被含水層砂顆粒堵塞,且易腐爛,為延長(zhǎng)管井壽命盡量采用纏絲濾水管為優(yōu)。但我區(qū)目前條件下建議在中、細(xì)、粉砂層中采用棕皮材料包網(wǎng)為好。5礫料規(guī)格的確定填礫料濾水管井適用于中、細(xì)、粉砂層中,它可以起到增加機(jī)井的濾水管四周的有效孔隙率,減少進(jìn)水時(shí)的水頭損失,防止淤砂,增大出水量,延長(zhǎng)機(jī)井使用壽命。合理選用填礫的形狀與規(guī)格是使填礫起到作用的關(guān)鍵。礫料以均質(zhì)的近圓形的為宜,因?yàn)檫@種礫料滲透性能比非均質(zhì)的帶棱角的大。礫料的規(guī)格:在砂層均質(zhì)條件下以含水層的顆粒d50-d60直徑的8-10倍為佳,這樣可以使機(jī)井四周形成良好人工濾水層。在卵石、礫石層中如果均勻性較好,可采用d70-d80的含量顆徑的8倍左右作為填礫規(guī)格,若均勻性較差則可適當(dāng)縮小到8倍左右。礫料規(guī)格的選擇一般采用混合礫料,因?yàn)樘烊坏貙訜o論經(jīng)過篩分劃成中砂或粗砂,其中都含有大量細(xì)粒,若允許這些細(xì)粒進(jìn)入濾水層便可以按中砂或粗砂的標(biāo)準(zhǔn)選擇礫料;若不允許細(xì)粒穿過,防止細(xì)粒破壞濾水層和井管透水性,則在礫料中應(yīng)當(dāng)含有相當(dāng)數(shù)量的小顆粒。6影響單井出水量的問題影響單井出水量的因素很多,歸納起來主要有4點(diǎn):6.1條件決定因素含水層的富水性受巖性、分選程度、單層厚度、含水層累計(jì)厚度和分布等水文地質(zhì)條件決定的它是判定單井出水量大小的決定性因素,一般情況下砂層粗的比細(xì)的出水多,均勻純潔的比不均勻含泥質(zhì)的出水量多,單層厚度大的比單層厚度小的出水量多,含水層層次多的比層次少的出水量多,砂層集中比分散的出水量多。6.2淺井多在無壓含水層,深度符合激發(fā)流水量的需要,井實(shí)踐證明加大井徑可以提高機(jī)井出水量。所以相同條件下,井徑大的比井徑小的出水多,根據(jù)野外抽水試驗(yàn)資料可知:在無壓含水層中,相同深度的試驗(yàn)井孔,其水量的增加與井徑增加的一半大約成正比,如:淺井多在無壓含水層,河谷第四紀(jì)潛水中成井,井徑為150mm,出水量為40t/h,如果深度不變,把井徑變?yōu)?50mm,出水量是多少呢?因?yàn)榫畯皆黾恿?00mm,井徑增加數(shù)的一半為50mm。根據(jù)上述試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)結(jié)論,可這樣估計(jì):150:40=50:x,則x=13.3t/h,所以250mm井徑的出水量為40+13.3=53.3t/h,但是出水量隨井徑增加到一定程度后即不再增加了,這也是野外抽水試驗(yàn)資料證明了的。6.3施工控制在承壓水高、成井后,既根據(jù)野外抽水試驗(yàn)成果,抽水降深對(duì)出水量影響很大,在潛水中出水量的增加隨降深的加大而增加呈拋物線形狀,但抽水降深加大到一定程度,水量不再增加了。在承壓水中,出水量隨降深的加大成正比增加。只有當(dāng)抽水降深達(dá)到承壓含水層頂板以下才變成潛水的那種關(guān)系。因此成井后安裝抽水機(jī)應(yīng)與抽水降深相適應(yīng)。例如深井泵比離心泵的吸程大,也就是降深大,同樣一眼井,安裝深井泵,潛水泵就比安離心泵出水量大,原因在于前兩種泵抽水降深大。6.