利用水文勘探孔进行抽水试验技术实践

【摘 要】本文利用现有的临时止水装置实现深孔分层抽水实验的实践，既节约资金，又完成多层含水层分层抽水实验，有着非常好的借鉴作用，为水文地质工作提供了成功的案例。

【关键词】分层 止水装置 抽水试验 实践

1.概述

矿区进行水文地质抽水勘探中，利用一个水文地质钻孔了解不同深度含水层组的水文地质特征，即单孔多含水层分层抽水试验是水文地质工作中的一种技术方法。该方法能较大的节约成本并缩短勘探时间，因此，利用单孔进行多含水层分层抽水实验是经常使用。但是，由于地质条件的限制和勘探方式原因，经常由于工作中止水方式，地层的原因以及设计、施工管理等经常失败，不得不重新实验。而本文以新疆乌恰地区的勘探孔为例，对成孔工艺、分层止水及抽水试验等做了介绍，是一个成功的案例。

2.地层描述

2.1地层状态

根据前期地质勘探的地质情况，施工水文地质孔四面环山，地面呈南北狭条状东西开阔，地质构造单元为乌拉根向斜核部。出露地层为第三系泥岩夹薄层状泥灰岩，沿山坡分布有砂砾石及风化层堆积物，沟谷纵横发育，山势陡立壁俏。绝对标高为1900～2400米，属高山，相对标高约500米，属低山丘陵。风蚀型雅丹地貌略明显，岩石，植被不发育。其地层柱状图描述如下：上部为砂砾石深度0～10米，向东侧河谷地带渐薄；依次为厚层状泥岩、砂岩夹灰岩及泥质灰岩与白云岩，深度10～668米；厚层状砂岩夹铅锌矿矿层，深度668～800米。地层产状N～NW，倾角50～80度，层理较发育。

2.1含水层划分

本孔的含水层划分如下：

2.3隔水层划分

主要为厚层状泥岩及含砂质泥岩构成，分布于含水层之间及上部段，孔深640.0～668.00米为天青石化白云岩，厚28.0米，岩石较完整，也为本孔段的隔水层。

3.钻孔（井）工艺参数

3.1钻孔结构参数设计

1）开孔孔径130mm，终孔孔径95mm，孔深785米。

2）实际钻孔施工，开孔直径Φ130mm，自孔深0～73.5米下入Φ127mm井壁管护壁，然后采用直径Φ95mm至终孔。终孔深度785m。穿遇地层为第三系与白垩系，上覆薄层第四系砂砾石。

3.2成井施工冲洗液使用

为了防止钻进时所用的泥浆（即冲洗液） 堵塞含水层，影响水井的出水量，对水文孔钻进时所用的冲洗液质量 （密度稠度等）要求比较严格。尽量采用清水钻进。在含水层钻进时，泥浆粘度要求在18～ 25秒之间。但是，由于该地层上部漏失较为严重，钻孔采用优质无固相冲洗液，其目的是减阻。钻孔结束后，进行了洗井，以保证不影响含水层出水量。

4.抽水试验

4.1抽水实验设计

本次实验分为三部，混合水抽水试验、上层水抽水试验、下层水抽水试验。即：

1）混合层抽水洗井试验，抽水前稳定水位至地面为53.05m。

2）下层（矿层段）试验，653.50～785.00m。

3）上层段试验，0～652.00m。

4.2抽水设备配置及安装

抽水设备为VF13/7空压机，出水管Φ89mm，风管1迹测管6分，三角堰水箱及容器量筒测水量，电测绳（针）万用表测水位，温度计测水温、气温。各层抽水试验安装均为同心式，管材下入深度见表2：

4.3分层止水材料、制作及安装

4.3.1分层止水装置

不同的含水层其水质、 水位、流量等各种水文地质参数均不相同， 这就要求对不同的含水地层通过一种装置进行隔离，以保证在同一孔内进行分层水文地质实验。也就是说，抽水试验的关键是分层止水，既要达到止水效果，又要方便拆除，且保证钻孔不出事故。

本次止水方式采用膨胀橡胶球止水。具体设置如下：

抽下层水止水装置示意图 图1 抽上层水止水器安装示意图 图2

4.3.2止水装置的安装

4.3.2.1下层抽水实验止水器安装

该止水装置在抽水试验中已广泛应用，工程抽取下部含水层时，在止水器的下部接直径73mm的钢管，钢管长度从止水器至孔底，根据含水层的深度（长度）制作滤水管，即在直径73mm钢管上按照《水文地质手册》设计滤水管长度，以保证进水量。下止水器时，下部滤水管及连接钢管作为支撑，上部钢管下压，形成上下挤压，使环形膨胀橡胶球向两侧扩张，挤压孔壁，做到临时止水。这样是上下层水分离，通过一段时间，使管内和管外出现水位差，来验证止水效果。是否达到止水目的。然后进行抽水实验。

4.3.2.2上层抽水实验止水器安装

抽取上层止水有两种方式，一是在隔水层架桥，即采用木质短棒，在木质短棒上固定一层层的钢丝，放在直径108mm的抽水管内送到指定位置，然后把木棒通过内部刚管把木棒顶出108mm抽水管，钢丝的弹性支撑在井壁上形成固定支撑，然后，投放粘土球进行止水，把上下两层水分开。可做上层抽水试验。二是采用止水装置，把止水装置内孔封闭，见图2。

装置说明取上层水时， 与抽取下层水一样， 下部接钻杆直至井底，起支撑作用，滤水器移到止水器的上部，止水器上的环形膨胀橡胶在挤压的作用下封闭上下两层水，然后，抽取上层水进行抽水试验。

5.注意事项

5.1井管和滤水器安装

安装井管、滤水器、止水器等之前，要检查各连接丝扣的完好程度。踢出不合格的丝扣和井管。首先，进行通孔，用钻头、钻杆进行扫井一遍，清除井内的探头石、缩颈等现象，防止下井管时造成井内事故。

滤水器的是否按照水文地质手册要求制作，强度能否达到要求。防止断裂、弯曲等等造成井内事故。

5.2止水器的安装

止水器安装前检查丝扣、连接等有无破损现象，环形膨胀橡胶球的外径与钻孔内经间隙是否合理，其膨胀程度能否达到止水要求，地面可做试验进行验证。

5.3洗井

安装完成后，进行洗井作业，根据现场施工环境，可以用化学和物理方法同时进行。已达到洗井目的。

5.4水井抽水前检查

抽水管、止水器、滤水管安装完毕后，进行止水效果检查，通过水位差等手段判断之水效果，如果止水失败，重新进行止水。并检查失败原因。

5.5水井移交

抽水实验完成后，进行分层水位隔离与观测，可以用同种设计，更换观测钢管，重新按照止水器制作方法，进行上下水层隔离止水。以便于后续观测。

抽水试验结束后，用钢板把井口焊死，或设计成带锁的活口扳，以便于后续观测。以防人为投入异物。最后，把井移交使用单位。

5.6质量评述

该孔成孔垂直度、岩芯采取率、成孔、抽水试验等多项技术指标满足设计要求，质量评定位为优质孔。

6.结论

水文地质勘探孔不同于一般的供水井，即作为地质勘探钻孔，满足施工和地质要求，又要做到水文地质参数准确等。施工难度大，终孔口径大，费用高。因此，要执行一套严格的项目负责管理制度，从设计、组织、施工以及完工验收，项目技术负责人要严格执行设计。各工序要严格签字手续，严防井内事故发生，以确保施工质量达到设计要求。

作者简介

李洪春 （1971- ），男，山东安丘人，高级工程师。

刘宗林 （1965----），男，山东省潍坊人，高级工程师。