水文地质勘察水文地质钻孔结构与设计正确输出

2023-09-18 理论教育版权反馈

【摘要】：对于水文地质勘探试验孔的终孔直径的确定问题,到目前为止,尚无较合理的统一规定。合理地选择滤水管,才能保证对钻孔的质量要求和降低成本。

4.2.3.1 钻孔的结构和典型钻孔结构型式

1.钻孔(井)的结构

包括孔径、孔段和孔深等三个方面[3]。包括孔的结构(孔径、孔段和孔深)和井身结构两方面。除地质孔外,井身结构又包括:①井管,包括井壁管、过滤管、沉淀管的直径、孔段和深度;②填砾、止水与固井位置及深度。

2.典型钻孔(井)结构型式[3]

(1)一径成孔(井)。除孔口管外,一径到底的钻孔,即一种口径、一套管柱的钻孔。这类钻孔通常是在地层较稳定的第四纪松散地层或基岩为主的水文地质钻孔、探采结合孔或观测孔。有下井管、过滤管并填砾或不填砾的孔及没有井管、过滤管的基岩裸孔等几种。下井管、过滤管并填砾孔的孔径一般应比管子直径大150～200mm。

(2)多径成孔(井)。具有两个或两个以上变径孔段的钻孔,即多次变径,并用一套或多套管柱的钻孔。通常是上部为第四纪松散层、下部为基岩或具有两个以上主要含水层的水文地质钻孔、探采结合孔及地质孔。通常是:①在第四纪地层中下井管、过滤管,并填砾或不填砾;②在基岩破碎带、强烈风化带下套管;③在完整基岩段一般为裸孔。

4.2.3.2 钻孔结构设计

水文地质钻孔的结构设计,是根据钻探的目的、任务、钻进地点的地质、水文地质剖面以及现有的钻探设备等条件,对钻孔的深度、孔径的变换以及止水要求等提出的具体设计方案。钻孔的结构设计是关系到水文地质钻探的质量、出水量、能耗、安全等方面的重要环节[2]。

1.钻孔深度的确定

钻孔深度主要取决于所要求的含水层底板的深度。但对于厚度很大的含水层中的勘探开采孔,应视其需水量的要求和“有效带”的影响深度来确定,其孔深可以小于含水层底板深度。对厚度小、水位深的含水层,设计孔深时还要考虑试验设备的要求(如需满足空气压缩机抽水沉没比的要求)。另外,对勘探开采孔尚需增加沉淀管的长度等。

2.孔斜的要求

在现有钻探技术的条件下,钻孔在一定深度内产生一定的孔斜是难免的。但如孔斜过大,不但加大设备的磨损,增加孔内事故,而且还影响孔内管材和抽水设备的安装及正常运转。特别是当孔斜过大,而又采用深井泵抽水时,还可能造成立轴和进水管折断等。因此,对孔斜必须有一定的要求[2]。按SL 256—2000《机井技术规范》3.3.2条的规定:井孔必须保证井管的安装,井管必须保证抽水设备的正常工作。泵段以上顶角倾斜的要求是安装长轴深井泵时不得超过1°,安装潜水电泵时不得超过2°;泵段以下每百米顶角倾斜不得超过2°,方位角不能突变[4]。

3.孔径的确定

孔径的确定是整个钻孔设计的中心环节。钻孔直径的大小,与选用的钻探设备、钻探方法、井管的类型以及抽水方法等关系密切。对于水文地质勘探试验孔而言,设计钻孔直径时,以将来能在孔内顺利地安装过滤器和抽水设备,并能使抽水试验正常进行为原则,因此要按抽水试验的要求,并根据预计的出水量和是否需要下过滤器及拟用的类型,以及拟用的抽水设备等,来确定其终孔直径。在松散的含水层中,还须考虑填滤料的厚度。所以勘探试验孔必须具备足够大小的钻孔直径。对于水文地质勘探试验孔的终孔直径的确定问题,到目前为止,尚无较合理的统一规定。一般规定,在基岩中终孔直径不应小于130mm;在松散堆积层中不小于200mm[2],可参考表4-1和表4-2[2]。

表4-1　钻孔出水量与井管(过滤管)直径的关系(据　杨成田,1981)

pagenumber_ebook=76,pagenumber_book=62

表4-2　钻孔类型(用途)与终孔直径的关系(据　杨成田,1981)

pagenumber_ebook=77,pagenumber_book=63

再根据已确定的终孔直径,按预计需要隔离的含水层(段)的个数及其止水要求、方法和止水部位,并考虑钻孔的深度、钻进方法、岩石的可钻程度和孔壁的稳定程度等多种因素,来确定钻孔是否需要变径、变径的位置和变径尺寸、下套管的深度和直径。如要对各个含水层分别进行水资源评价而要求隔离各个含水层时,或需隔离水质有害的含水层时,就要求换径止水。当钻孔深度大,为防止因孔深增加使负荷增大而产生孔内事故时,往往也需要变换孔径。而当地层松软易钻,孔深较浅、孔径较大的勘探开采孔,可以采用同径止水而不变换孔径,如图4-1所示[2]。

pagenumber_ebook=77,pagenumber_book=63

图4-1　钻孔结构图(据杨成田,1981)

(a)孔深、地质条件复杂时的钻孔结构图;(b)中深孔、地质条件较复杂时的钻孔结构图;(c)浅孔、地质条件简单时勘探开采孔结构图
1—非开采含水层;2—开采含水层;3—基岩含水层;4—第一层套管;5—第二层套管;6—止水填料;7—隔水层;8—滤水管;9—滤料

在某些地质结构复杂的地区,可能在不太大的深度内出现数个含水层。这时如果均下套管止水,换径次数过多,就造成钻孔结构复杂,施工困难。此时就必须仔细研究该地区的地质条件和抽水实验(或开采条件)的要求,合理地采用有关技术措施,在确保优质、高产、低耗、安全的前提下,应尽量简化钻孔结构。

4.滤水管的设计

滤水管是安装在钻孔中含水(层)段的一种带孔井管,其作用是保证含水层中的地下水能够顺利地流入井管,同时又防止井壁坍塌,阻止地层中细粒物质进入井内造成水井堵塞,保证井的涌水量和井的使用寿命。在松散沉积物及不稳定的岩层中钻进时,必须安装滤水管。

(1)滤水管的类型。如按材料分,有钢滤水管、铸铁滤水管、钢筋骨架滤水管、石棉水泥滤水管、木制与竹制滤水管、矿渣混凝土滤水管、水泥砾石滤水管、陶瓷滤水管及塑料滤水管等。如按滤水管孔隙的形式分,有圆孔、条孔、半圆孔等三种;如按结构形式分,有骨架、缠丝、包网、填砾、贴砾、笼状、筐状等类型,如图4-2所示[1]。

pagenumber_ebook=78,pagenumber_book=64