大直径岩溶水井施工技术.pdf

2009年7月
探矿工程(岩土钴掘工程)
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大直径岩溶水井施工技术
谢常茂
(广西水文地质工程地质勘察院,广西柳州545006)
摘要:通过广西河池市九圩镇水厂大直径供水井的施工实例,详细介绍了岩溶复杂地层大直径、大涌水钻孔的空
气潜孔锤钻进技术、扩孔技术、钻孔护壁技术及施工工艺。
关键词:大直径;水井;岩溶发育;空气潜孔锤钻进;人工造壁
中日分类号:TU991.12文献标识码:A文章编号:1672-7428(2009)07-0021-04
Construction Technology of Large Diameter Karst Water Welvxechang-ma(Guangxi Investigation Institute of
Hydrogeology and Engineering Geology, Liuzhou Guangxi 545006, China)
Abstract: By the construction case of a large diameter water supply well in a water plant of Guangxi, the paper detailed air
downhole hammer drilling, hole reaming, orehole wall protection and construction technology in borehole with large diame
ter and serious water flow in complicated karst formation
Key words: large diameter; waer well; karst development; air downhole hammer drilling; artificial borehole wal
0前育
物为泥质夹砾砂,20~31m裂隙、溶隙、溶孔极度发
广西河池市近20万居民、50多个行政和企事育。该地段岩溶发育在浅层,而且裂(溶)隙呈密集
业单位的日常生活生产用水由河池市自来水有限责型网格状,与地表沟槽相通,地表水与地下水混合,
任公司提供,河池市九圩镇水厂是该公司四个水厂地下水位埋深1.2m。
中的一个。该水厂位于该市西面一条溪沟旁,依靠
(3)31~90m为完整灰岩,少量裂隙发育。
筑坝菩集溪水向用户供水,该溪沟由发育于上游约
(4)90~98m为空洞(岩溶管道),洞高8m,为
7km、流量约100L/s的岩溶大泉和降雨补给,丰水承压含水层,水量丰富,揭露后地下水向上涌流。
期水量充足,能满足水厂生产需要,枯水季节由于降
雨量和泉水流量减少,水量补给不足,每天只能向用2井眼结构和井管程序
户供水2~3h,为解决枯水期供水问题,该公司曾在
根据水文地质条件和单井开采量的要求,设计
其储水水域内筑岛钻井,水井含水层为岩溶管道,水井眼结构和井管程序如图1所示。
量丰富,但因井内故障废弃多年。随着城市的发展,
即使修复该井仍不能满足供水需要,决定重新施工3钻井技术难点分析
一眼供水能力为10000m/d以上的供水井。
(1)钻孔直径大,钻进困难。该井眼开孔直径
为580mm,终孔直径为280mm,人工回填浆砌石以
1水文地质条件
下松散无胶结层和强岩溶发育层取心钻进只能采用
为确保新井命中地下岩溶管道,采用井下电视千钻堵塞法,钻孔直径越大取心越困难,微风化灰岩
技术确定新井位置,新井与旧井中心距为2m。根可钻性等级为5~7级,采取常规取心钻进不仅效率
据旧井揭鋡获得的信息,其水文地质条件如下。
低,而且岩心难以扭断或提断,全断面钻进效率更
(1)0-5m上部为人工筑岛浆砌石,下部为人低,且功耗大,采用空气潜孔锤全断面钻进虽然效率
工堆积粘土和砾砂,结构松散。
较高,但需要配置大功效大风量空压机,经济上不可
(2)5~31m为灰岩,强岩溶发育。其中8~
取。根据技术先进、经济可行的原则,需采取分级钻
m发育二层溶洞,洞高分别为1.1m和3.9m,第
进和扩孔。
层溶洞为充填溶洞,第二层溶洞为半充填溶洞,充填
(2)钻孔护壁难度大。人工回填层浆砌石以下
收稿日期:2009-05-05
作者筒介;谢常茂(1963-),男(汉族),广西贵港人,广西水文地质工程地质勘察院副总工程师、高级工程师,钴探工程专业,从事铺固与注
浆工程、岩土工程劫察与施工、地基与基础工程、地质灾害防治工程勘察与施工等技术、质量管理及施工管理工作,广西柳州市东环路12号,
xcm801@126.com.
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探矿工程(岩土钻掘工程)
第36卷第7期
中580m孔
m,裸眼钻进。扩孔成井前钴孔结构和套管程序如
中510m套管
图2所示。
Φ430mm孔
中425mm套管
中510m套管
5.70m
中425m套管
中377m套管
17.o0m
中280mm孔
套管
中280m孔
Φ225mm孔
219mm套管
图1井眼结构及井管程序示意图
结构松散、岩溶强发育段孔隙、裂隙充填物为泥质夹
图2护孔前钻孔结构与套管程序示意图
砾砂,均为遇水不稳定和力学不稳定地层。采用水
或水基泥浆或空气介质循环钻进,钴进过程中在力4.2扩孔成井程序
学不稳定因素、遇水不稳定因素、孔内液动力和钴具
钻进到设计深度后,按井眼设计直径扩孔。首
敲打等作用下,极易发生掉块、坍塌、超径和冲洗介先,将0194m扩孔到m25mm;其次,在25m
质漏失等现象,严重威胁钻孔安全和生产效率。浅上部架桥投水泥球封堵钻孔(封堵长度约1.0m),
待水泥凝固后起拔273mm套管,将0280mm扩
层岩溶极度发育且与地表沟槽相通,泥浆护壁堵漏
很难达到效果。旧井终孔直径为220mm,采用了5孔到の380mm,下人377m套管;第三,钴穿封堵
水泥,将225mm扩孔到280mm。
层套管护壁,护壁难度可见一斑
(3)孔垂直度要求高。虽然地层促斜能力不4.3分层钴进技术
强,但新井距旧井中心距只有2.0m,钴孔稍有偏斜4.3.1回填层钻进和孔口管填设
上部回填浆砌石采取人工挖掘,下部回填土采
就有可能引起新旧井串通,甚至引起井内事故;另
取筒状无泵钻具无循环取心钻进和捞渣筒排渣;为
方面根据岩溶水的特征,要求找准岩溶管道或裂隙,保证孔口管埋设垂直,孔直径为580m,下人
否则钻孔有偏离含水层的可能。因此,钴孔垂直度
510mm套管时用钻机卷扬上提呈铅垂状态,用粘
要求较高。
土回填四周。
(4)钻屑排泄困难。由于钻孔直径大,一方面4.3.2强岩溶发育层钻进方法
单位时间产生的钻渣量大,不稳定地层的涌、漏泥
5~31m强岩溶发育层,裂隙和溶隙呈密集型
(砂)严重,另一方面钻孔环状空间大,取心钻进或
网格状,岩心呈碎块状,混合大量泥砂,可钻性好,但
全断面针进排屑困难。
裂隙、溶洞、溶孔(隙)充填物在钻进过程特别是提
钻后容易涌人孔内,孔壁不稳定。为避免循环介质
4钴井技术方案
对孔壁的破坏,采用硬质合金无循环取心钻进,对孔
4.1钻孔结构和套管程序
壁塌落和溶洞涌出的泥砾,采用钴具