第四章第三节填砾课件.ppt

1、 第三节第三节 填砾填砾 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，这一工序称为一工序称为填砾填砾。填砾的目的是在滤水管与井壁之间形成人工过滤层。此填砾的目的是在滤水管与井壁之间形成人工过滤层。此人工过滤层可以增大滤水管四周的孔隙率和透水性，减小进人工过滤层可以增大滤水管四周的孔隙率和透水性，减小进水时的水头损失，以增加单井出水量。同时，可以起滤水挡水时的水头损失，以增加单井出水量。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，可以延长水井的使用寿命。可以延长水井的使

2、用寿命。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，室内试验证明了均匀砾料无论在渗透性和孔隙度上皆优砾料，室内试验证明了均匀砾料无论在渗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渗透性、挡砂效果和经济选择砾石的均匀度应从增大地层渗透性、挡砂效果和经济性统一考虑。每一地层的砾料有一个标准直径，但要规定误差性统一考虑。每一地层的砾料有

3、一个标准直径，但要规定误差范围，推荐误差范围为范围，推荐误差范围为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过含量最多不超过15%15%。在深井和热水井中的砾料，如果杂质。在深井和热水井中的砾料，如果杂质较多，应将砾料

4、进行酸处理后再填砾。较多，应将砾料进行酸处理后再填砾。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成功的基本条件。通过大正确地选择砾料的直径是填砾成功的基本条件。通过大量的室内试验和野外现场观察，砾料直径量的室内试验和野外现场观察，砾料直径=（4848）含水层砂）含水层砂粒直径，以粒直径，以6 6为最佳。为最佳。1 1填砾厚度填砾厚度 增大填砾厚度，扩大具有良好透水性能的人工过滤层的增大填砾厚度，扩大具有良好透水性能的人工过滤层的范围，可以增加水井的出水量。故在施工条件许可时，应适范围，可以增加水井的出水量。故在施工条件许可时，应适当加大填砾厚度。一般填砾厚度约为当加大填砾厚度。一般

5、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，应考虑到洗井抽水过程中，砾料会在确定填砾高度时，应考虑到洗井抽水过程中，砾料会震实下沉（一般可下沉填砾高度的震实下沉（一般可下沉填砾高度的1/101/10左右）。管外砾料高左右）。管外砾料高度应当超过含水层顶板，其超过的高度，应根据含水层的条度应当超过含水层顶板，其超过的高度，应根据含水层的条件来定。一般情况下填砾应高出含水层件来定。一般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状态，故称静水填砾法，此法适用静止状态，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，应均匀地由井管四周填入填砾时，应均匀地由井管四周填入（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“塔桥塔桥”现象。现象。当投入部分砾料后，由于砾粒下降，形当投入部分砾料后，由于砾粒下降，形成井管内外压力差，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

7、度可稍快一些。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，并通过滤水管进入井压入井管内，并通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机会。的机会。止水工作是根据孔内试验的要求和

8、地层情况止水工作是根据孔内试验的要求和地层情况 ，采用，采用合适的止水材料来封闭套管（或井管）与含水层井壁之合适的止水材料来封闭套管（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：临时止水临时止水永久止水永久止水。一、临时止水一、临时止水 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）仅进行水文地质试验与测试时，或该目的层取完资料后并无保行水文地质试验与测试时，或该目的层取完资料后并无保存钻孔必要时，在目的层之间采用的临时性止水方法。存钻孔必要时，在目的层之间采用的临时性止水方法。临时

9、止水材料除要求可靠性、不污染地下水外，还应临时止水材料除要求可靠性、不污染地下水外，还应有利于套管的起拔。有利于套管的起拔。常用的止水材料有：海带、桐油石灰、橡胶制品等。常用的止水材料有：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、压缩后对水气不渗透等性由于海带具有柔软、遇水膨胀、压缩后对水气不渗透等性能。因此，多用于松散地层与较稳固的隔水层处的临时止水中。能。因此，多用于松散地层与较稳固的隔水层处的临时止水中。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，因而减少了起拔套管的阻力。因而减少了起拔套管的阻

10、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。桐油和石灰的重量比称油灰比，随着油灰比值的增加，其粘性和油和石灰的重量比称油灰比，随着油灰比值的增加，其粘性和塑性也随之增加，但干涸时间也延长。一般油灰比为塑性也随之增加，但干涸时间也延长。一般油灰比为13131515。使用桐油石灰止水，取材容易，成本低廉，安全可靠，所使用桐油石灰止水，取材容易，成本低廉，安全可靠，所以是较好的止水材料。以是较好的止水材料。3 3像胶制品止水像胶制品止水 橡胶材料具有弹性和对水、气不渗透的特性，因此，将橡胶材料具有弹性和对水、气

11、不渗透的特性，因此，将橡胶材料制成一定几何形状橡胶材料制成一定几何形状球形、胶圆、胶囊等，固定球形、胶圆、胶囊等，固定于止水管外部。使用时，进行机械压缩、充水或充气等方法于止水管外部。使用时，进行机械压缩、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闭，达到止水目使之膨胀，即可将止水管与井壁环状间隙封闭，达到止水目的。的。永久止水用于供水井中。主要封闭有害含水层，以防止水永久止水用于供水井中。主要封闭有害含水层，以防止水质恶化。通常采用粘土、水泥等永久性材料。质恶化。通常采用粘土、水泥等永久性材料。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，压实后又具有不渗透粘土是具有一

12、定粘结力的抗剪强度，压实后又具有不渗透水性，且经济实用、来源广泛。适用于松散地层填砾成井的大水性，且经济实用、来源广泛。适用于松散地层填砾成井的大直径生产井、抽水试验孔或长期观测孔。直径生产井、抽水试验孔或长期观测孔。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

13、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起，水泥在水中硬化，将井管与井壁间的岩石结合在一起，具有较高强度和良好的隔水性能。因此，广泛应用于永久性具有较高强度和良好的隔水性能。因此，广泛应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。止水工作完毕后，一定要进行止水工作完毕后，一定要进行质量检查，以保证所取得资料的准质量检查，以保证所取得资料的准确性。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

14、发生效用后，管内外当止水物发生效用后，管内外静止水位即发生变化，如图静止水位即发生变化，如图5.2195.219所示。如果相邻的含水层压力相差所示。如果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，测量含水层的静水位有无或注水，测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 在抽水前不打开水管下部的在抽水前不打开水管下部的挡板，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则认为止水耗水量小于规定数量则认为止水有效。如图有效。如图5.21

15、05.210所示。所示。3 3食盐扩散检查法食盐扩散检查法 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加入不同，人为地在某一含水层加入食盐。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，判定止水质量。的电阻率变化，判定止水质量。第五节第五节 洗井洗井一、洗井的意义及其基本原理一、洗井的意义及其基本原理 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，若采用泥浆作为循环介质，同程度的损害。常规回转钻进时，若采用泥浆作为循环介质，堵塞尤为严重。堵塞尤为严重。清除井壁上的

16、泥皮，并把深入到含水层中的泥浆抽吸出来，清除井壁上的泥皮，并把深入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，扩大含水层的孔隙而形成一个人工过滤层。这个高渗透率的人工大含水层的孔隙而形成一个人工过滤层。这个高渗透率的人工过滤层的形成工作过程，过滤层的形成工作过程，叫做洗井叫做洗井。通过洗井，要达到：通过洗井，要达到：（1 1）清除任何钻进方法所不可避免的）清除任何钻进方法所不可避免的“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

17、水层中的细砂，提高水井附近含水层的渗）洗去含水层中的细砂，提高水井附近含水层的渗透率；透率；（3 3）在滤水管周围形成渗透性由高变低的自然的圆环）在滤水管周围形成渗透性由高变低的自然的圆环带。带。洗井基本原理：洗井基本原理：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。如果使水仅一个方向流动，就会产生如如果使水仅一个方向流动，就会产生如图图5.2225.222所示的现象。细砂在粗砂之所示的现象。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清除和滤层的稳定。因此，有效的一

18、步清除和滤层的稳定。因此，有效的洗井活动需要使水从滤水孔中流进流出，洗井活动需要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，下面介绍几个常用的洗井方法。洗井的方法很多，下面介绍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。

19、二、洗井方法二、洗井方法 这种活塞在填砾层中造成的水力冲击是较大的，甚至引这种活塞在填砾层中造成的水力冲击是较大的，甚至引起砾料来回翻腾、砾料重新排列压实。这种操作方法在国内起砾料来回翻腾、砾料重新排列压实。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压缩空气激荡洗井压缩空气激荡洗井 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喷射，借以破坏井地向井内猛烈喷射，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

20、和扬水管，如图12-1512-15所所示。示。在浅水井中，可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，继续向井内送入压缩空气，进行抽水冲洗。入扬水管内，继续向井内送入压缩空气，进行抽水冲洗。在深井中，因受空气压缩机额定风压的限制，风管不在深井中，因受空气压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压缩空气，使能伸出扬水管外

21、，可间歇地向扬水管内送入压缩空气，使井内水位发生激烈震荡、数次震荡后，即可连续送风抽水。井内水位发生激烈震荡、数次震荡后，即可连续送风抽水。3 3喷射洗井喷射洗井 在国外，利用喷射嘴向井壁在国外，利用喷射嘴向井壁喷水来达到洗井的目的是经常采喷水来达到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移动，从而使砾石重新排生旋涡移动，从而使砾石重新排列，达到洗井目的。这种方法不列，达到洗井目的。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

22、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，它被装在专用的钢瓶中。洗井时将钢瓶用高压管成液态物质，它被装在专用的钢瓶中。洗井时将钢瓶用高压管线连接在井内钻杆上，打开阀门将线连接在井内钻杆上，打开阀门将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，开始向滤水管四周水域迅速渗透，产生大范围的冲刷力。力下，开始向滤水管四周水域迅速渗透，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

23、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，管口便发生泉涌现象，随着管内水柱比重的气水混合物，管口便发生泉涌现象，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，便发生井喷现象，呼啸而出膨胀加快，便发生井喷现象，呼啸而出的水柱直上塔顶

24、，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造成的井喷，使管内压力急剧下降，在管内外内外压力差造成的井喷，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，使被疏散开的泥皮及细小颗粒带入管内，在第二次井喷时，随水柱喷到地面，而使管外形成粗内，在第二次井喷时，随水柱喷到地面，而使管外形成粗粒的滤水层。粒的滤水层。5焦磷酸钠洗井焦磷酸钠洗井 用于洗井的焦磷酸钠是无水焦磷酸钠用于洗井的焦磷酸钠是无水焦磷酸钠Na4P4O7，呈白色粉，呈白色粉末，易溶解，价格便宜，为工业常用，适宜于野外批量使用。末，易溶解，

25、价格便宜，为工业常用，适宜于野外批量使用。在国内，对使用焦磷酸钠洗井的原理观点尚未统一。综合在国内，对使用焦磷酸钠洗井的原理观点尚未统一。综合起来有两种意见：起来有两种意见：一种意见认为：焦磷酸钠与泥浆中的粘土发生络合作用，一种意见认为：焦磷酸钠与泥浆中的粘土发生络合作用，形成水溶性络离子。络合离子本身不会聚结沉淀，也不再与别形成水溶性络离子。络合离子本身不会聚结沉淀，也不再与别的离子化合沉淀，因此，它易于在洗井抽水过程中排出孔外。的离子化合沉淀，因此，它易于在洗井抽水过程中排出孔外。从而达到洗井目的。从而达到洗井目的。另一种看法认为：磷酸根带有比其它无机离子较强的另一种看法认为：磷酸根带有比

26、其它无机离子较强的负电荷。它容易吸附在粘土晶体有负电荷。它容易吸附在粘土晶体有AlAl、SiSi离子裸露的棱角离子裸露的棱角部位。当磷酸根离子在粘土的棱角部位产生吸附时，就使部位。当磷酸根离子在粘土的棱角部位产生吸附时，就使这种粘土表面本来负电性不强的位置变强了，从而使粘土这种粘土表面本来负电性不强的位置变强了，从而使粘土粒子之间排斥力增大了。与此同时，磷酸根离子产生吸附粒子之间排斥力增大了。与此同时，磷酸根离子产生吸附时又带进来较厚的水化膜，列增加了粘土颗粒的水化。因时又带进来较厚的水化膜，列增加了粘土颗粒的水化。因此，就产生了分散作用，使聚结在一起的泥皮，又显泥浆此，就产生了分散作用，使聚结在一起的泥皮，又显泥浆状态，从而使井壁泥皮遭到破坏。状态，从而使井壁泥皮遭到破坏。此外，还有酸化洗井和综合洗井。此外，还有酸化洗井和综合洗井。