第四章第三节填砾ppt课件

1、 第三节 填砾 将选好的砾料投入过滤器与井壁之间的环状间隙中，这将选好的砾料投入过滤器与井壁之间的环状间隙中，这一工序称为填砾。一工序称为填砾。 填砾的目的是在滤水管与井壁之间构成人工过滤层。此填砾的目的是在滤水管与井壁之间构成人工过滤层。此人工过滤层可以增大滤水管周围的孔隙率和透水性，减小进人工过滤层可以增大滤水管周围的孔隙率和透水性，减小进水时的水头损失，以添加单井出水量。同时，可以起滤水挡水时的水头损失，以添加单井出水量。同时，可以起滤水挡砂作用，以防止含水层中的细小砂粒涌进滤水管内。因此，砂作用，以防止含水层中的细小砂粒涌进滤水管内。因此，可以延伸水井的运用寿命。可以延伸水井的运用寿命

2、。 一、砾料的选择一、砾料的选择 选择砾料时，应确定：砾料的均匀度、砾料的质量和砾选择砾料时，应确定：砾料的均匀度、砾料的质量和砾料的直径。料的直径。 1 1砾料的均匀度砾料的均匀度 砾料的均匀度主要涉及用一种规格的砾料还是多种规格的砾料的均匀度主要涉及用一种规格的砾料还是多种规格的砾料，室内实验证明了均匀砾料无论在浸透性和孔隙度上皆优砾料，室内实验证明了均匀砾料无论在浸透性和孔隙度上皆优于混合砾料。于混合砾料。 选择砾石的均匀度应从增大地层浸透性、挡砂效果和经济选择砾石的均匀度应从增大地层浸透性、挡砂效果和经济性一致思索。每一地层的砾料有一个规范直径，但要规定误差性一致思索。每一地层的砾料有

3、一个规范直径，但要规定误差范围，引荐误差范围为范围，引荐误差范围为8%8%。例如，砾料直径为。例如，砾料直径为3mm3mm时，应采用时，应采用3.24mm3.24mm和和2.76mm2.76mm两种筛网过筛。两种筛网过筛。2 2砾料的质量砾料的质量 砾料应该是干净的、滚圆的、光滑的砂砾。不应采用机砾料应该是干净的、滚圆的、光滑的砂砾。不应采用机械破碎的岩石颗粒。械破碎的岩石颗粒。 砾料应由硅质组成，其它石灰质、页岩和石膏质的颗粒砾料应由硅质组成，其它石灰质、页岩和石膏质的颗粒含量最多不超越含量最多不超越15%15%。在深井和热水井中的砾料，假设杂质。在深井和热水井中的砾料，假设杂质较多，应将砾

4、料进展酸处置后再填砾。较多，应将砾料进展酸处置后再填砾。 3 3砾料的直径砾料的直径 正确地选择砾料的直径是填砾胜利的根本条件。经过大正确地选择砾料的直径是填砾胜利的根本条件。经过大量的室内实验和野外现场察看，砾料直径量的室内实验和野外现场察看，砾料直径= =4848含水层砂含水层砂粒直径，以粒直径，以6 6为最正确。为最正确。1 1填砾厚度填砾厚度 增大填砾厚度，扩展具有良好透水性能的人工过滤层的增大填砾厚度，扩展具有良好透水性能的人工过滤层的范围，可以添加水井的出水量。故在施工条件答应时，应适范围，可以添加水井的出水量。故在施工条件答应时，应适当加大填砾厚度。普通填砾厚度约为当加大填砾厚度

5、。普通填砾厚度约为75100mm75100mm。为此，要求。为此，要求井的终孔直径比滤水管外径大井的终孔直径比滤水管外径大150200mm150200mm。2 2填砾高度填砾高度 在确定填砾高度时，应思索到洗井抽水过程中，砾料会在确定填砾高度时，应思索到洗井抽水过程中，砾料会震实下沉普通可下沉填砾高度的震实下沉普通可下沉填砾高度的1/101/10左右。管外砾料高左右。管外砾料高度该当超越含水层顶板，其超越的高度，应根据含水层的条度该当超越含水层顶板，其超越的高度，应根据含水层的条件来定。普通情况下填砾应高出含水层件来定。普通情况下填砾应高出含水层2 23m3m。 二、填砾厚度和高度二、填砾厚度

6、和高度1 1静水填砾法静水填砾法 填砾时，井孔中的冲洗液处于相对填砾时，井孔中的冲洗液处于相对静止形状，故称静水填砾法，此法适用静止形状，故称静水填砾法，此法适用于浅井和稳定的含水层。于浅井和稳定的含水层。 填砾时，应均匀地由井管周围填入填砾时，应均匀地由井管周围填入见图见图3-1-753-1-75，填入的速度不宜太快，填入的速度不宜太快，以防砾料中途堵塞而出现以防砾料中途堵塞而出现“塔桥景象。塔桥景象。当投入部分砾料后，由于砾粒下降，构当投入部分砾料后，由于砾粒下降，构成井管内外压力差，迫使井管内的泥浆成井管内外压力差，迫使井管内的泥浆外溢，此时填砾速度可稍快一些。外溢，此时填砾速度可稍快一

7、些。 三、填砾方法三、填砾方法2 2注水填砾法注水填砾法 将钻具下入井管内，密封管口将钻具下入井管内，密封管口图图3-1-763-1-76开泵送水。冲洗液被开泵送水。冲洗液被压入井管内，并经过滤水管进入井压入井管内，并经过滤水管进入井管与井壁之间的环状间隙内，然后管与井壁之间的环状间隙内，然后从井口返出。从井口返出泥浆的粘从井口返出。从井口返出泥浆的粘度达度达18s18s左右时，即可边送水、边左右时，即可边送水、边围填砾料。这种填砾方法因有冲洗围填砾料。这种填砾方法因有冲洗液循环，可以减少砾料在中途填塞液循环，可以减少砾料在中途填塞的时机。的时机。 3 3抽水填砾法抽水填砾法 抽水填砾是利用空

8、压机抽水填砾是利用空压机见图见图3-1-773-1-77，进展反循环，进展反循环抽水，同时在井管外部进展投抽水，同时在井管外部进展投砾，砾料随着反循环水流而高砾，砾料随着反循环水流而高速下降，沉落在滤水管周围。速下降，沉落在滤水管周围。 这种方法围填的砾石比较这种方法围填的砾石比较密实，填砾速度快。另外，抽密实，填砾速度快。另外，抽水填砾法还可将井底大量的岩水填砾法还可将井底大量的岩屑和稠泥浆吸入井管内，并被屑和稠泥浆吸入井管内，并被抽出井外，有利于冲孔洗井。抽出井外，有利于冲孔洗井。 第四节第四节 止水止水 为了一定的目的，在井孔中隔离个别岩层的任务称为为了一定的目的，在井孔中隔离个别岩层的

9、任务称为止水。止水。 在水文地质勘探钻孔中，止水的目的是隔离各含水层在水文地质勘探钻孔中，止水的目的是隔离各含水层或漏失带，防止各含水层之间相互串通干扰，以便正确评或漏失带，防止各含水层之间相互串通干扰，以便正确评价水文地质条件。价水文地质条件。 在供水井中，止水的目的是隔离有害含水层和地表水，在供水井中，止水的目的是隔离有害含水层和地表水，以保证井水不受污染。有时为了合理利用地下水，需求分以保证井水不受污染。有时为了合理利用地下水，需求分层开发，亦需进展止水任务。层开发，亦需进展止水任务。 止水任务是根据孔内实验的要求和地层情况止水任务是根据孔内实验的要求和地层情况 ，采用，采用适宜的止水资

10、料来封锁套管或井管与含水层井壁之适宜的止水资料来封锁套管或井管与含水层井壁之间的间隙。间的间隙。止水的方式方法很多，概括起来可分为：止水的方式方法很多，概括起来可分为：暂时止水暂时止水永久止水。永久止水。 一、暂时止水一、暂时止水 在一个钻孔中，对两个以上的目的层含水层仅进在一个钻孔中，对两个以上的目的层含水层仅进展水文地质实验与测试时，或该目的层取完资料后并无保展水文地质实验与测试时，或该目的层取完资料后并无保管钻孔必要时，在目的层之间采用的暂时性止水方法。管钻孔必要时，在目的层之间采用的暂时性止水方法。 暂时止水资料除要求可靠性、不污染地下水外，还应暂时止水资料除要求可靠性、不污染地下水外

11、，还应有利于套管的起拔。有利于套管的起拔。 常用的止水资料有：海带、桐油石灰、橡胶制品等。常用的止水资料有：海带、桐油石灰、橡胶制品等。1 1海带止水海带止水 由于海带具有柔软、遇水膨胀、紧缩后对水气不浸透等性由于海带具有柔软、遇水膨胀、紧缩后对水气不浸透等性能。因此，多用于松散地层与较稳定的隔水层处的暂时止水中。能。因此，多用于松散地层与较稳定的隔水层处的暂时止水中。 海带止水的最主要优点：起拔套管时，海带容易被破坏，海带止水的最主要优点：起拔套管时，海带容易被破坏，因此减少了起拔套管的阻力。因此减少了起拔套管的阻力。2 2桐油石灰止水桐油石灰止水 桐油石灰混合物。具有良好的粘性、塑性及不渗

12、水性。桐桐油石灰混合物。具有良好的粘性、塑性及不渗水性。桐油和石灰的分量比称油灰比，随着油灰比值的添加，其粘性和油和石灰的分量比称油灰比，随着油灰比值的添加，其粘性和塑性也随之添加，但干涸时间也延伸。普通油灰比为塑性也随之添加，但干涸时间也延伸。普通油灰比为13131515。 运用桐油石灰止水，取材容易，本钱低廉，平安可靠，所运用桐油石灰止水，取材容易，本钱低廉，平安可靠，所以是较好的止水资料。以是较好的止水资料。 3 3像胶制品止水像胶制品止水 橡胶资料具有弹性和对水、气不浸透的特性，因此，将橡胶资料具有弹性和对水、气不浸透的特性，因此，将橡胶资料制成一定几何外形橡胶资料制成一定几何外形球形

13、、胶圆、胶囊等，固定球形、胶圆、胶囊等，固定于止水管外部。运用时，进展机械紧缩、充水或充气等方法于止水管外部。运用时，进展机械紧缩、充水或充气等方法使之膨胀，即可将止水管与井壁环状间隙封锁，到达止水目使之膨胀，即可将止水管与井壁环状间隙封锁，到达止水目的。的。 永久止水用于供水井中。主要封锁有害含水层，以防止水永久止水用于供水井中。主要封锁有害含水层，以防止水质恶化。通常采用粘土、水泥等永久性资料。质恶化。通常采用粘土、水泥等永久性资料。1 1粘土止水粘土止水 粘土是具有一定粘结力的抗剪强度，压实后又具有不浸透粘土是具有一定粘结力的抗剪强度，压实后又具有不浸透水性，且经济适用、来源广泛。适用于

14、松散地层填砾成井的大水性，且经济适用、来源广泛。适用于松散地层填砾成井的大直径消费井、抽水实验孔或长期观测孔。直径消费井、抽水实验孔或长期观测孔。 粘土止水常将粘土合成小球围填于钻孔和套管之间，下杆粘土止水常将粘土合成小球围填于钻孔和套管之间，下杆捣实；或先投入钻孔内，然后下入带木塞的套管将粘土挤在套捣实；或先投入钻孔内，然后下入带木塞的套管将粘土挤在套管与孔壁之间。当钻孔很深时，也可将粘土合成稠泥状灌入井管与孔壁之间。当钻孔很深时，也可将粘土合成稠泥状灌入井管外的间隙中。管外的间隙中。二、永久止水二、永久止水2 2水泥止水水泥止水 水泥在水中硬化，将井管与井壁间的岩石结合在一同，水泥在水中硬

15、化，将井管与井壁间的岩石结合在一同，具有较高强度和良好的隔水性能。因此，广泛运用于永久性具有较高强度和良好的隔水性能。因此，广泛运用于永久性止水的水井中。止水的水井中。 利用水泥止水，大多采用将水泥合成水泥浆，利用泥浆利用水泥止水，大多采用将水泥合成水泥浆，利用泥浆泵泵入到井管与孔壁之间。泵泵入到井管与孔壁之间。 止水任务终了后，一定要进展止水任务终了后，一定要进展质量检查，以保证所获得资料的准质量检查，以保证所获得资料的准确性。检查止水方法很多，主要有：确性。检查止水方法很多，主要有：1.1.水位差检查法水位差检查法 当止水物发生成效后，管内外当止水物发生成效后，管内外静止水位即发生变化，如

16、图静止水位即发生变化，如图5.2195.219所示。假设相邻的含水层压力相差所示。假设相邻的含水层压力相差不大，可以采用向某一含水层抽水不大，可以采用向某一含水层抽水或注水，丈量含水层的静水位有无或注水，丈量含水层的静水位有无变化来检查止水质量。变化来检查止水质量。 三、止水质量的检查三、止水质量的检查2 2泵压法检查止水效果泵压法检查止水效果 在抽水前不翻开水管下部的在抽水前不翻开水管下部的挡板，而向止水物中间注水，如挡板，而向止水物中间注水，如耗水量小于规定数量那么以为止耗水量小于规定数量那么以为止水有效。如图水有效。如图5.2105.210所示。所示。3 3食盐分散检查法食盐分散检查法

17、利用食盐溶液与淡水电阻率利用食盐溶液与淡水电阻率不同，人为地在某一含水层参与不同，人为地在某一含水层参与食盐。用电测法来测定两含水层食盐。用电测法来测定两含水层的电阻率变化，断定止水质量。的电阻率变化，断定止水质量。 第五节第五节 洗井洗井一、洗井的意义及其根本原理一、洗井的意义及其根本原理 当前所采用的钻井方法，都会对钻孔周围的含水层产生不当前所采用的钻井方法，都会对钻孔周围的含水层产生不同程度的损害。常规回转钻进时，假设采用泥浆作为循环介质，同程度的损害。常规回转钻进时，假设采用泥浆作为循环介质，堵塞尤为严重。堵塞尤为严重。 去除井壁上的泥皮，并把深化到含水层中的泥浆抽吸出来，去除井壁上的

18、泥皮，并把深化到含水层中的泥浆抽吸出来，恢复含水层的孔隙；进而抽洗出含水层中一部分细小颗粒，扩恢复含水层的孔隙；进而抽洗出含水层中一部分细小颗粒，扩展含水层的孔隙而构成一个人工过滤层。这个高浸透率的人工展含水层的孔隙而构成一个人工过滤层。这个高浸透率的人工过滤层的构成任务过程，叫做洗井。过滤层的构成任务过程，叫做洗井。 经过洗井，要到达：经过洗井，要到达：1 1去除任何钻进方法所不可防止的去除任何钻进方法所不可防止的“泥皮影响。泥皮影响。松开滤水管周围的砂层，使其恢复失去的孔隙率。松开滤水管周围的砂层，使其恢复失去的孔隙率。2 2洗去含水层中的细砂，提高水井附近含水层的浸洗去含水层中的细砂，提

19、高水井附近含水层的浸透率；透率；3 3在滤水管周围构成浸透性由高变低的自然的圆环在滤水管周围构成浸透性由高变低的自然的圆环带。带。 洗井根本原理：洗井根本原理： 是利用水在滤水管向含水层部位产是利用水在滤水管向含水层部位产生反复流动，就像洗衣机洗掉污垢一样。生反复流动，就像洗衣机洗掉污垢一样。假设使水仅一个方向流动，就会产生如假设使水仅一个方向流动，就会产生如图图5.2225.222所示的景象。细砂在粗砂之所示的景象。细砂在粗砂之间架起了砂桥。这种砂桥影响细砂的进间架起了砂桥。这种砂桥影响细砂的进一步去除和滤层的稳定。因此，有效的一步去除和滤层的稳定。因此，有效的洗井活动需求使水从滤水孔中流进

20、流出，洗井活动需求使水从滤水孔中流进流出，从而破坏砂群的架桥。从而破坏砂群的架桥。 洗井的方法很多，下面引见几个常用的洗井方法。洗井的方法很多，下面引见几个常用的洗井方法。1 1活塞洗井活塞洗井 国内常将活塞安装在钻杆上，并下入到井管内滤水管国内常将活塞安装在钻杆上，并下入到井管内滤水管部位，利用升降机上、下活动钻具，使钻杆活塞在滤水管部位，利用升降机上、下活动钻具，使钻杆活塞在滤水管内上下往复运动，从而产生抽吸及水击作用，破坏填砾层内上下往复运动，从而产生抽吸及水击作用，破坏填砾层外的泥皮及疏通含水层通道。外的泥皮及疏通含水层通道。二、洗井方法二、洗井方法 这种活塞在填砾层中呵斥的水力冲击是

21、较大的，甚至引这种活塞在填砾层中呵斥的水力冲击是较大的，甚至引起砾料来回翻腾、砾料重新陈列压实。这种操作方法在国内起砾料来回翻腾、砾料重新陈列压实。这种操作方法在国内收到良好的效果。图收到良好的效果。图5.2235.223为国内常用的活塞，图为国内常用的活塞，图5.2245.224为国外用的活塞。为国外用的活塞。2 2紧缩空气激荡洗井紧缩空气激荡洗井 该洗井法是用高压空气间歇该洗井法是用高压空气间歇地向井内猛烈放射，借以破坏井地向井内猛烈放射，借以破坏井壁泥皮。洗井时，可按同心式安壁泥皮。洗井时，可按同心式安装风管和扬水管，如图装风管和扬水管，如图12-1512-15所所示。示。在浅水井中，可

22、先将风管伸出扬水管外在浅水井中，可先将风管伸出扬水管外1 12m2m，然后猛，然后猛开贮满高压空气气罐的气阀，使大量高压空气射入井内，开贮满高压空气气罐的气阀，使大量高压空气射入井内，将泥皮冲破，使泥浆和细砂随即涌入井内，然后将风管提将泥皮冲破，使泥浆和细砂随即涌入井内，然后将风管提入扬水管内，继续向井内送入紧缩空气，进展抽水冲洗。入扬水管内，继续向井内送入紧缩空气，进展抽水冲洗。在深井中，因受空气紧缩机额定风压的限制，风管不在深井中，因受空气紧缩机额定风压的限制，风管不能伸出扬水管外，可间歇地向扬水管内送入紧缩空气，使能伸出扬水管外，可间歇地向扬水管内送入紧缩空气，使井内水位发生猛烈震荡、数

23、次震荡后，即可延续送风抽水。井内水位发生猛烈震荡、数次震荡后，即可延续送风抽水。 3 3放射洗井放射洗井 在国外，利用放射嘴向井壁在国外，利用放射嘴向井壁喷水来到达洗井的目的是经常采喷水来到达洗井的目的是经常采用的方法。喷嘴是硬质合金制成用的方法。喷嘴是硬质合金制成的。高压水使滤水管外的砾石发的。高压水使滤水管外的砾石发生旋涡挪动，从而使砾石重新陈生旋涡挪动，从而使砾石重新陈列，到达洗井目的。这种方法不列，到达洗井目的。这种方法不但用于洗井，而且用于修井和老但用于洗井，而且用于修井和老井的修复。井的修复。 4二氧化碳洗井二氧化碳洗井 常温时将净化后的二氧化碳气体，施加压力达常温时将净化后的二氧

24、化碳气体，施加压力达7MPa后所变后所变成液态物质，它被装在公用的钢瓶中。洗井时将钢瓶用高压管成液态物质，它被装在公用的钢瓶中。洗井时将钢瓶用高压管线衔接在井内钻杆上，翻开阀门将线衔接在井内钻杆上，翻开阀门将CO2输入井内后，由于压强输入井内后，由于压强降低，降低，CO2由液态变为气态，体积急剧膨胀，在管内水柱的压由液态变为气态，体积急剧膨胀，在管内水柱的压力下，开场向滤水管周围水域迅速浸透，产生大范围的冲刷力。力下，开场向滤水管周围水域迅速浸透，产生大范围的冲刷力。具有混合、溶解、稀释和分化泥浆和泥皮的作用，使已部分疏具有混合、溶解、稀释和分化泥浆和泥皮的作用，使已部分疏通的含水段范围迅速扩

25、展，并将泥浆和细颗粒物质排向井外较通的含水段范围迅速扩展，并将泥浆和细颗粒物质排向井外较远的地方，起到了疏散的作用。远的地方，起到了疏散的作用。与此同时，与此同时，CO2沿井管向上运动与水柱混合，产生低沿井管向上运动与水柱混合，产生低比重的气水混合物，管口便发生泉涌景象，随着管内水柱比重的气水混合物，管口便发生泉涌景象，随着管内水柱长度减少，当管内强大的长度减少，当管内强大的CO2气柱压力足以抬起管内上部气柱压力足以抬起管内上部剩余水柱时，剩余水柱时，CO2膨胀加快，便发生井喷景象，吼叫而出膨胀加快，便发生井喷景象，吼叫而出的水柱直上塔顶，有时高达数十米，这种由于的水柱直上塔顶，有时高达数十米，这种由于CO2气和管气和管内外压力差呵斥的井喷，使管内压力急剧下降，在管内外内外压力差呵斥的井喷，使管内压力急剧下降，在管内外强大压力差作用下，使被疏散开的泥皮及细小颗粒带入管强大压力差作用下，使被疏散开的