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1、地下水环境监测井施工技术刘广辉摘 要 设置地下水环境监测井, 即是对生产设施可能出现的污染进行监测。 监测井区地质情况复杂, 施工技术要 求高, 且工期短。 在施工中, 选择合理的钻井工艺, 采用简便易行的洗井方法, 按期优质地完成了施工任务。 关键词 地下水 环境 监测井 钻井 洗井Con struc t ion Techn ique s of Un dergroun d W a ter En v ironm en t M on itor in g W e llL iu G u ang h u i (B e ijing Yan sh an P e t ro leum ( 3) 全强风化花岗闪
2、长岩,组织结构已基本破坏, 裂隙发育, 岩体破碎。 地表标高 为 10416 10813 m , 地下水位深度为 110 310 m 。3 监测井施工3. 1 钻井施工使用 100 m 东风汽车钻, 最大开孔直径 146 mm 。 施工前, 对钻头、 钻杆和取土器等机具用高压蒸 汽和无磷洗涤剂除污, 以保证清洁无油。3. 1. 1 表层杂填土的钻进 拟建厂区地表的杂填土结构松散, 且埋设有大量 地下管线, 为保证安全施工, 在井位处先挖探槽, 以避 开地下管线。 以 146 mm 钻头开孔, 无水钻进, 在钻 深 015 m 时及在初见地下水时各取样一次。3. 1. 2 漂、 卵石的钻进 此地
3、区的漂、 卵石层胶结较差, 且基本全在地下水 位以下。 钻进时, 由于提下钻具带动地下水冲刷井壁及 真空抽吸作用, 井壁极易坍塌, 而且会出现取心率为零 的情况, 即久钻不进尺, 甚至越钻越浅。 孔壁坍塌主要是由于地下水的浸泡和提下钻具时 的水力波动所造成, 坍塌处通常在地下水位附近。 而且 卵石层厚度较大, 地下水位较高, 根据工期和现有设备 条件, 我们使用内壁焊有钢丝刺的合金钻头, 保证取心 率, 快速干钻到水位下 2 3 m , 尽量缩短裸眼时间, 迅 速下入套管 (4 5 m ) , 护住易坍塌层。 井壁和套管间1 监测井工程概况 监测井的设置要求执行美国美商西图工程顾问国 际有限公
4、司的 监测井设置规范, 要求井深 15 m , 终 孔 直径 127 mm (5 in ) , 钻井、 取土过程中机具要清洁 无油, 井管为 5018 mm (2 in ) PV C 管, 井筛管为 PV C 管钻以梅花形分布的 6 mm 孔, 并包 40 目纱网, 各 部分采用焊接或扣接, 井壁与井管间的空隙用 20 40 目石英砂填充。 在洗井达稳定状态后, 采集水样。监测井完成后, 测量井管顶点的井位坐标及高程。2 拟建厂区的地质情况 拟建厂区的地层为: (1) 杂填土层, 由风化砂、 碎卵 石、 砖渣和粘性土等构成, 结构松散, 厚度 1 2 m , 且 分布有大量地下管线; ( 2)
5、 第四系冲、 洪积漂、 卵石层, 呈圆形或亚圆形, 直径一般 4 20 cm , 大者可达 50 cm刘广辉: 北京燕山石油化工公司勘测工程处。 地址: 102500 北京 10050 信箱; 电话: 010- 69345526。30探 矿工程1999 年第 4 期用膨润土密封。 此地下水为潜水, 故此地层压力属于无 压或低压, 采用稀泥浆 ( 密度 1103 k gL 左右) 即可使 井内液柱压力略大于地层压力, 从而在井壁上形成薄 泥皮, 增加孔壁稳定性, 抑制孔壁坍塌。 为减少提下钻 具时的水力波动, 提下钻具时应轻提慢放。 该方案简便易行, 所用的膨润土量较少, 对洗井影 响不大, 保
6、证了工期。3. 1. 3 全强风化花岗闪长岩的钻进 此地层岩体因风化而裂隙发育、 破碎、 且强度较 低, 在钻头破碎和泥浆循环冲刷下岩体呈砂状, 进尺 快。 因此应控制钻速和钻压, 保证良好的泥浆循环, 及 时排净钻屑, 预防埋钻事故的发生。3. 2 洗井 本监测井的井内蓄水量约为 100 L , 而汲水管的 每次汲水量仅有 1 L 左右, 洗井要求汲出 3 倍的井内 水量, 则汲水洗井时间长, 而且劳动强度大。 监测井的井筛管为打孔 (PV C ) 塑料管, 强度较低, 尤其在接头焊接处, 极易破损。 若采用抽水洗井, 易造 成 PV C 井筛管的破裂, 导致监测井报废。 美国规范中, 也建
7、议尽量不使用抽水法洗井。 气举 (压气) 反循环洗井法是一种简便易行的洗井 法, 在井中下入 5018 76132 mm (2 3 in ) 的排水管, 再于此管中插入压缩空气管, 在排水管内形成气液混 合液的密度小于管外的液体密度, 从而产生压差, 气液 混合液从排水管中排出。 在不考虑各种阻力、 惯性力的 情况下, 要实现气举, 下式应达到平衡:V 液 =(1 +V 气)Q 60 =(1 + 2139)Q 60 010565Q m 3 m in = 5615Q L m in 式中: Q排液效率, 如Q 取 013, V 液= 1619 L m in; 如 Q 取 017, V 液= 391
8、5 L m in。 渗入井管的水量:3K3= 65 0105 410 100131 L m inq = 65D L= 189 m 3 d = 洗井气源为化工二厂仪表压缩管线风, 压力 600k Pa, 气压、 风量稳定, 使用时根据出水量用阀门控制。 从以上计算可见地层的渗水量大于排水量, 不循 环即可保证连续洗井, 从而达到较好的洗井效率。 在排水量达到 300 L 时, 测量水的温度、pH 值和 电导率, 随后每排水 100 L 测量一次。 从测量结果可 知, 排水量达 300 L 时, 其物化性能就已基本达到稳定 状态, 即可判定此时所排出的水为未受本次施工影响 的原地下水。 整个洗井过
9、程未出现井身受损现象, 每井 耗时 30 40 m in。 使用汲水管采集水样, 操作者需戴乳胶手套, 避免 污染水样。4 结语(1) 此次地下水环境监测井的施工, 是我处首次执 行美国规范, 在美方现场监理下完成的。 克服了地质情 况复杂, 技术要求高, 工期短的困难, 按期优质地竣工, 证明采用的钻井技术是切实可行的。 (2) 在地下水位高, 胶结较差的漂、 卵石层钻井, 采用内壁焊接有钢丝的合金钻头, 成本低, 取心率高; 使 用部分套管, 配合稀泥浆钻进, 具有较好的护壁作用, 且易于操作, 设备要求低。 ( 3) 在 3 号井钻井时, 由于设备故障, 在井深 7 m处, 泥浆循环中断
10、, 井内钻屑未能及时排出, 沉积埋钻, 造成钻杆被拉断。 由此可见, 良好的泥浆循环是保证钻 井顺利的关键之一。 ( 4) 对于井身结构强度低、 孔径小的井, 采用改进 的压气洗井法, 即可达到高效率, 又不至于出现井身受 损的现象。 施工中的实际排水量较理论值偏小, 是因为 井筛部分有开孔与井身外相通, 损失了部分气举能量。(Lh ) 1 (H +L ) m+即h 1 H m = h H m 1 排水口至气液混合器的距离; h式中: H气液混合器的浸没深度; 1 气液混合体的密度; 管外的液体密度; m浸没系数, 一般为 013 017 时, 具有较好的洗井效果。 根 据监测井孔径较小 (2
11、 in ) , 井身上部有膨润土 封和水泥浆封的特点, 直接利用井管作排水管, 供气管 采用 10 mm 橡胶管, 排出的水不循环入井, 以得到 未受施工影响的原地下水。此类含水层的渗透系数 K 011 cm s,经验值一般取 K 100 m d,如气管下入 井内 610 m , 井筛管长 (L ) 410 m , 地下水位 310 m , 则: 浸没系数: = h H 36 = 01551参考文献 美国美商西图工程顾问国际有限公司. 监测井设置规范.1996. 张泽业. 工程施工钻技术. 成都: 成都科技大学出版社,1993. 工程地质手册. 北京: 中国建筑工业出版社, 1975.黄熙龄, 秦宝玖, 等. 地基基础的设计与计算. 北京: 中国建 筑工业出版社, 1981. 收稿日期: 1998- 08- 24风压: P h 1 10 +P 130 kP a 2式中: P管路损失, 一般为 10 100 k P a。排出 1m 3 井液所需气量 (C 取 11):34V 气= 1 (H- h ) C r lg (h 10 + 1) 1 r 3(11r lg113) = 2139 m 3 出液口气液流的排量:
