06-水井成井工艺

水井成井工艺 Completing Water Wells
内容
0. 水井成井工艺 1. 井管 2. 冲孔、排渣、换浆与探孔 3. 下管 4. 填砾 5. 止水 6. 洗井 7. 抽水 8. 增产
思考
1. 水井成井包括哪些程序？ 2. 为什么要洗井？ 3. 有哪些增产措施？
0. 水井成井工艺
➢ 水井成井工艺包括： 钻孔结束后冲孔、换浆、安装井管、 填砾、止水、洗井和试抽等工艺过程;
➢ 成井目的: 有选择地疏通和封闭含水层：
a) 将含水层（目的层）的水经过疏通而使其能够自由地流入 井内；
b) 封闭或隔离非目的层，以防止地下含水层的水互相串通或 污染含水层。
1. 井 管
➢ 井管：由井壁管、过滤管和沉淀管等三部分组成。
a. 井壁管：内径应满足抽水设备的安装和正常抽水要求，若采 用深井泵抽水时，安装泵管的井管内径应大于泵外径约 50mm。
b. 过滤管：安装长度一般与含水层厚度大体一致，厚度超过 30m时，可选用20-30m安装在主要含水层处；若含水层透水 性很差时，可适当加长（观测孔采用2-3m即可）；直径根据 出水量确定。
c. 沉淀管：应与相连的过滤管同径，安装长度一般为4-6m。
1.1 井管连接 a. 井管采用丝扣或电焊连接，若使用其它方法连接时，应保
证接头不错动或渗漏；
b. 井管连接成管柱后，轴心线应一致；
c. 管柱底端和过滤管部位应装设扶正器，确保管柱处在井孔 中心位置。
1.2 井管性能基本要求
a. 具有良好的强度，能承受地层和静水侧压力以及管柱自 重产生的拉压力；
b. 能抵抗井水腐蚀，有较好的防腐蚀性能； c. 无毒、无味，对井水不污染；溶于水中的有害物质含量
低于国家规定指标。 d. 管身圆直，端口平整，连接牢固，密封良好，无渗漏、
无残缺、无裂纹。
1.3 井管类型及选择
井管类型：铸铁井管，钢质井管，玻璃钢井管， 聚氯乙烯井管（PVC）；
➢ 井管类型选择：应根据地层、钻孔类型、孔深、 孔径、设备能力、水质和经济性等参照表1-1选用。
表1-1 井壁管类型选择
井管类型
井管特性
适用条件
孔深
水质
铸铁井管 钢质井管
抗压、抗侧压强度较高，耐 冲击、抗拉强度较低，有一 定防腐蚀性能
抗拉、抗压、抗侧压抗弯强 度高，有一定的抗腐蚀性能， 成本较高
中深孔、浅孔 深孔、中深孔
适于一般 水质的水 井中使用
玻璃钢井管
耐腐蚀性能良好，质量轻， 有较高的强度，但成本较高
聚氯乙烯井管 耐腐蚀性良好，质量轻，价 （PVC） 格低，强度较低
中深孔、深孔 浅孔、中深孔
适于一般 水质的水 井和腐蚀 性较大的 水井中
➢1.4.1 过滤管及要求
滤水管：安装在不稳定的、但要求出水的含水层段，如砂层、 岩石碎裂的断层带。保证自由而通畅的流水，阻止砂或碎岩 进入井内，即滤水阻砂。
1.4.1 过滤管及要求 要求： a. 进水面积最大； b. 足够机械强度； c. 耐腐蚀； d. 滤水阻砂能力； e. 安装方便，成本低廉，取材容易。
1.4 .2 过滤管类型及选择
类型：骨架式滤水管，缠丝过滤管，桥式过滤管，聚氯乙 烯（PVC）过滤管，玻璃钢过滤管，贴砾过滤管，笼状过 滤，包网过滤管，裸眼过滤管。
➢ 选择：应根据含水层类型、水质和孔深，参照表1-2。
1.4.3 骨架式过滤管 骨架式滤水管是一种结构最简单的滤水管; 其结构特点是在各种材料的井管上用钻孔、模压、焊割、
铣切等方法，开有圆孔或条缝作为进水通路; 骨架式滤水管除独立用作滤水管外，还常作为其它类型滤
水管的骨架; 滤水孔的形状，骨架式滤水管有三种型式。
骨架式-圆孔滤水管结构图
➢ 圆孔滤水管，是在井管上利用钻床打眼 加工制成。圆孔交错排列，如图所示。
➢ 圆孔滤水管的圆孔直径d取决于滤水管 的用途。若独立作为滤水管使用时；因 滤水管直接与含水层颗粒接触，故d取 决子含水层颗粒的大小及其均匀度，一 般常为1-20mm左右。若作为其它类型 滤水管的骨架，则d可取大些。孔间距a 决定于d，一般 a=(2.5-3.0)d .
➢ 钢质滤水管可制成孔隙率在30％以上， 铸铁滤水管可在23％左右，石棉水泥滤 水管则在15-16%。
➢ 结构简单，加工容易，孔隙率较大，抗 压强度大，适用于破碎带或含砂量不大 于10%的卵砾石的含水层中。
骨架式-2 条缝滤水管的条缝形式图
条缝式滤水管是在井管的管坯上采用模压，冲压，铣切或气割等方 法加工而成。
条缝的宽度取决于含水层的粒度，其标准宽度为: 2.0, 2.5, 3.0, 4.0mm。长度一般为150mm，各排条缝之间的距离为10-20mm。 孔隙率较圆孔大，应用范围较广：粗砂，砾石，破碎带等含水层中， 也可以做为其它类型滤水管的骨架。
筋条滤水管
1-短管；2-筋条；3-支撑圈
筋条滤水管：是在滤水管两接头间焊以直径为10-16mm的钢筋或三 角形的钢条。围成圆柱形，长约3-4m。其内每隔一米左右焊一支撑 圈，以增加其强度。
筋条滤水管的特点：孔隙率大，可达40-60％。过水能力强，叉节省 材料，在国外筋条滤水管主要用于贴砾滤水管的骨架和缠丝滤水管 的骨架。单独使用筋条滤水管的地层，是涌水量大而薄的、富有开 采价值的含水层。如裂隙、溶洞等。
缠丝滤水管
1-钢筋；2-梯形滤水丝
1.4.4 缠丝滤水管是在骨架滤水管外缠 以金属丝而成。倘若骨架管是圆孔滤 水管或条缝滤水管，为使水流通畅在 管外每隔40-50mm焊上直径6mm的垫 筋，然后再缠金属丝；
金属丝的断面可以是梯形，圆形或三 角形，以梯形为好；
缠丝时，梯形上底向内，下底向外， 使滤水孔断面呈‘V”形。这种滤水孔 既可减少砂粒堵塞，又有高的过水效 率。
1.4.5 包网滤水管 ➢钢丝网，铜丝网，不锈钢 丝网，聚氯乙烯塑料网； ➢水文地质勘探临时抽水。
包网滤水管 1-骨架管；2-钢筋；3-包网
1.4.6 砾石滤水管
a. 根据含水层颗粒，在骨架 管和含水层之间充填砾石；
b. 骨架管：骨架滤水管、缠 丝滤水管或特制。
c. 预制- 筐状砾石滤水管和 带罩砾石滤水管
砾石滤水管
d. 填料-人工填砾，操作简
A-填充式；B-筐状砾石滤水管；C-带罩砾石滤水管
单，在我国使用普遍
1-滤水管骨架或网状滤水管；2-砾石填料；3-铁质填砾筐； 4-外罩
1.4.7. 贴砾滤水管
将砾料、粘合剂、石膏等 物质，按一定比例在模具 里加压、固化而成。 特点：透水性好，缩小井 径，在细颗粒含水层和深 水井中使用。
贴砾滤水管
玻璃钢过滤管
1.4.8.玻璃钢过滤管
用玻璃纤维交织缠绕成 表面呈网状结构的过滤 管，有良好的防腐蚀性 能，质量轻，强度较大
1.4.9. 塑料过滤管 形式多，可以适用不同地层； 成本低，成型快，适用面广； 1.4.10 其它类型滤水管 石棉水泥滤水管，水泥砾石滤水管，炉渣
水泥滤水管等，用于农业灌溉井。
1.5 过滤管选择
砂层：缠丝滤水管、贴粒滤水管 裂隙基岩层：骨架滤水管 稳定基岩（稳定溶洞或裂隙地层）：裸眼 选择：应根据含水层类型、水质和孔深，参照表
1-2。
表1-2 过滤管类型及选择
过滤管类型 缠丝过滤管
桥式过滤管
过滤管特性
易于制造，适应性 广，可根据水质选择缠 丝的材料和断面形状， 具有一定的防腐蚀能力 和较好的挡砂透水性能
滤缝为桥式结构， 不易堵塞，透水性好， 应根据水质选择骨架材 料，有较好防腐蚀性能
适用条件
与管外填砾配合， 适用于第四纪和基岩含 水层，若能按水质选择 骨架管和缠丝材料，可 用于各种水质水井中
与管外填砾配合， 适用于第四纪含水层和 基岩含水层，若能按水 质选择骨架管，可用于 各种水质水井中
续表1-2
聚氯乙烯 滤缝直接开在骨架管上，呈外窄 （PVC） 内宽结构，不易堵塞，透水性好， 过滤管 有良好的防腐蚀性能，成本较低 与管外填砾配合，适用
于第四纪和基岩含水层，
尤其适用于腐蚀性较大 用玻璃纤维交织缠绕成表面呈网 的水井中 玻璃钢过滤管 状结构的过滤管，有良好的防腐 蚀性能，质量轻，强度较大
贴砾过滤管
砾石和过滤管合为一体具有良好 的挡砂、透水性能，应根据含水 层颗粒大小，选择相应的贴砾规 格的过滤管
应根据水质选择骨架管 可适用于各种水质的水 井中，尤其适用于填砾 困难的细粉砂含水层水 井中
续表1-2
笼状过滤管
填砾和过滤管合为一体，具有良 好的挡沙和透水性能
适用于粉细砂含水层和 填砾困难的井中
包网过滤管
滤网孔眼容易堵塞，透水性能差
用于不能填砾的中细粉 沙含水层中
裸眼过滤管 透水性能好，挡沙作用差
只适用于粗颗粒含水层 和不含细粒的虺隙含水 层水井中
2. 成孔后冲孔、排渣、换浆与探孔
下管前的冲孔、排渣、换浆与探孔要求：
a. 应将冲孔钻杆下放到孔底，用大泵量冲孔排碴，待孔内岩碴 排净后，将孔内冲洗液的粘度降低至18～20s；密度降低到1.11.15g/cm3。
b. 若含水层护壁泥皮过厚时，可先用环状钢丝刷在含水层孔壁 处上下提拉破坏孔壁泥皮后，再按上述要求进行冲孔、排渣、 换浆。
c. 冲孔、排渣、换浆结束后，在下管前应进行探孔，所用探孔 器直径比孔径小50-80mm，长度为1.5-2.5m。经探孔确认钻孔 圆直、畅通无阻后，才可下管。
下管后填砾前的冲孔排渣换浆：
应采用管底外返水冲洗的方法进行，冲孔钻杆下端应带阻 流塞，并使其坐落在沉淀管内的阻流座上，使冲孔液在过 滤管以下流出管外冲洗钻孔，岩粉排净后，将孔内泥浆粘 度降低至16-18s，密度调至1.03-1.1g/cm3。
3. 下 管
下管准备和基本要求：
下管前应校正孔深，确定下管深度、过滤管长度和安装位 置，按下管先后次序将井管逐根丈量、排列、编号、试扣， 确保下管深度和过滤管安装位置准确无误。
对井管逐根检查，不符合质量要求者不得下入孔内，过滤 管的缠绕丝有错动者应进行修理使符合要求。
对下管设备和工具进行检查，不符合安全要求者不准使用。
3.1 下管准备和基本要求：
下管作业应统一指挥，互相配合，操作要稳要准，井管下 放速度不宜太快，中途遇阻时不准猛墩硬提，可适当地上 下提动和缓慢地转动井管，仍下不去时，应将井管提出， 扫除孔内障碍后再下。
下管期间应保持孔内液面到达孔口，若有下降应及时灌满。
井管下完后，要用升降机将管柱吊直，并在孔口将其扶正、 固定。
3.2 下管工艺和操作要求
螺纹连接的井管，丝扣要涂油，连接螺纹要上满拧紧，若 螺纹配合不好，丝扣上歪或丝扣损坏时，不得勉强紧扣， 要卸开重上或更换。
电焊连接的井管，其两端应车平，并将一端倒角，焊接时， 管口内外壁要对平、焊正、焊牢，必要时应采用拉力筋加 固。
4. 填砾
填砾是在滤水管与含水层孔壁之间，填入大于含水层砂粒直径的砾 石材料，造成一个人工过滤层，以增大出水量。这一工序必须在下 完井管后立即进行， 如拖延时间过长，则易造成孔壁坍塌、涌砂、 缩径等现象，严重时会造成钻孔报废。因此，必须及时认真做好填 砾工作。
a. 在滤水管与孔壁之间形成一个人工过滤层。经过洗井和抽水试验后， 使砾料颗粒有规律地进行排列，即由滤水管向外砾料逐渐由大变小， 以增大滤水管外的滤水性能，减少进水时的水头损失，可增大单井 出水量。
b. 由于人工过滤层的形成，可防止含水层中细小砂砾涌进管内起挡砂 滤水作用，故可延长水井使用寿命。
c. 平衡井壁与井管之间的力学状态。
4.1 砾料的选择
砾料的规格、形状和材质，直接影响人工过滤层的透水性 和井水中的含砂量。为增加水井出水量，延长水井使用寿 命，必须合理选择砾料。
正确的选择砾料规格是减少涌砂，取得最大出水量的基本 保证。合理的砾料规格，必须通过对含水砂层的筛分资料 来确定，砾料颗粒的大小决定填砾层的滤水性能。根据试 验证明，砾料与含水砂层颗粒间的合理级配关系为：砾料 直径D 50 应为含水砂层粒径d50 的6-10 倍。即：
当比值过大时渗透性能好，挡砂作用差，水中含砂量 大，细颗粒易堵塞间隙；比值过小挡砂作用好，但砂层中 的细砂冲不走堆积在砾料周围，使进水阻力增加，渗透性 能差。选择填砾规格时，可参考表4-1。
表4-1 选择填砾规格
4-2 砾料形状、材质及填砾厚度、高度
砾料形状以浑圆状为佳，浑圆状砾料具有较高的透水性和阻挡砂砾的 能力。带有棱角的人工碎石，往往造成井水中含砂量增加。砾料的材 质以坚硬、不易被腐蚀的石英砂砾为好。