地下流体观测井改造加固技术研究

'地下流体观测井改造加固技术研究摘要：通过地下流体观测井采集地下流体数据，及时分析数据变化特征，是地震前兆的重要内容之一。文章介绍了北京市地震局赵各庄地下流体观测井成井技术及工艺，对该井的加固和升级改造技术进行了探讨，对井筒进行清洗、清淤，增加套管和滤水管，并用隔水阻热材料填充套管与井壁直接的空隙，可以为工程实际施工提供参考。关键词：地下流体观测井；加固；改造引言地震的发生，对人类的生命和财产造成巨大损失。目前，对地震的准确预测还存在许多困难，地震前兆是地震预测研究的思路之一，邱泽华研究员[1]指出：地震前兆是地震预报的基础。地震前兆认为，地震活动发生前，岩体在地应力等作用下，会引起地磁、地电等地球物理异常和地下水位、水化学等异常[2]。因此，对地下流体的监测是地震前兆的重要内容之一，通过地下流体观测井采集地下流体数据，及时分析数据变化特征，可以帮助分析地震产生的规律[3]。根据冯国恩[4]等的调查，我国大陆31个省、市、自治区均建有地震地下流体观测井，用来观测水位、水温、流量等数据的变化。近年来，一些省、市、自治区地震局及一些大型国有企业新建了一批观测井，我国已逐步建立有关的建井技术标准[5-6]。第5页共5页 地震地下流体观测井深入地下数百米，还需要通过观测井采集水位、水温等信息，因此，对钻井和固井的技术提出了很高的要求。车用太[7]等结合国内地震系统建井的实践经验，对地震地下流体观测井的定位进行了论述，提出了钻井施工的技术要求。本文结合北京地震局赵各庄地下流体观测井施工实际，对钻井、改造加固等关键技术进行研究。1地震地下流体观测井概况平谷赵各庄井位于平谷区城关镇赵各庄村内，地理坐标为东经117.01°，北纬40.13°，海拔26.2米，该井地处平谷盆地中部地势平坦的平原区，蓟县断裂、夏垫――程各庄断裂西侧[8]。赵各庄观测井据钻孔柱状图揭示，该井含水层段为171～254米卵石、砾石混粘砂层和556.8～557.3米砂岩层，其成井后下设无缝钢管至182.1米，其下安装同径滤水管至234.6米，该井观测含水性为182.1～254米上层冷水和556.8～557.3米下层热水的混合水。该观测井257.59～479m为卵石、砾石混粘岩，479～556.81m为卵石、漂石混粘岩，其透水层较强，也可作为观测含水层。2钻井技术2.1观测井技术要求赵各庄地下流体观测井井深557.3m，要求孔斜不大于3°。全孔下入Φ146mm、壁厚4.5mm的无缝钢管及同径滤水管。成井后下设管套：（1）套管在地面以下的长度应满足封闭全部非观测层的要求；（2）套管在地面以上宜大于0.5米；（3）套管变径处，应采取止水措施；（4）套管与井壁围岩间隙采用充填物固定套管。第5页共5页 2.2钻井工艺根据赵各庄观测井地质结构特征和井筒技术要求，选择SPJ-300型水文钻机及相应的泥浆泵。钻进技术参数分别为：泵量600-800L/min，转速50～70r/min，钻压30～50KN。钻孔过程中，要求井段斜度不大于1°/100m，下管前井内沉淀不超过3m/天，井管安装轴线与钻孔轴线最大偏差小于50mm。2.3钻井施工技术措施（1）防斜措施。井段斜度要求不大于1°/100m，井筒钻进过程中，控制好钻压，不要有太大的波动，实时测斜，尽量实现“垂钻”钻进。（2）护壁措施。保持泥浆性能稳定，适时配置泥浆，泥浆在空气中暴露时间不能太长。钻井深度超过254m时，采用加筋骨钻头进行取芯，从而使孔壁间隙增加，防止钻头破坏井壁。（3）防卡钻（埋钻）措施。起钻和下放时注意观察泵压的变化，根据返浆情况及时调整泥浆的性能，发现泵压升高或岩屑返出量变小时，控制钻速，及时洗井。连续钻进时间不大于24小时或连续钻进深度不超过50m，钻具在井筒内遇阻时，及时将钻具上下来回窜动。停泵前将钻具提离井底并活动钻具。3加固和升级改造技术第5页共5页 赵各庄地下流体观测井总钻进深度为557.3m，根据钻孔资料显示，承压含水层深度为182.1～254m和479～556.81m，可作为观测层。因此要对182.1m以上部分进行封隔固井，以防止上部地层中的流体向下渗流，影响观测层数据的采集。对井壁进行加固，以确保井筒具备一定的强度，保证观测井的稳定性。钻井完成后，及时将成井管放至井筒内。为保证成井管中心与井孔中心一致，在第一根无缝管之上安装外径210mm的扶正器。井壁与管套间的缝隙用敏感性膨胀橡胶封堵，用带有小孔的管套捆绑膨胀橡胶，将注浆器放至橡胶部位进行注浆加固。观测井使用一阶段后，由于井壁老化等因素，采集的数据会受到外界多种因素的干扰，因此要及时对井筒升级改造。（1）井孔清洗、清淤。赵各庄观测井的大部分观测层为第四系，容易坍塌，需对井孔进行清洗，拟用钢丝刷法或喷管法对井壁进行清洗，并处理掉突起部位。对井底部进行清淤处理，拟尽可能的加大井的深度。（2）增加套管和滤水管。赵各庄井182-234.6米为同孔径滤水管，为避开200多米的同层干扰，在原套管内下设合适孔径的套管至254米，254-557.26米为同孔径滤水管，交接处用丝扣连接，并用钢板条进行加固，底部用钢板焊堵。下管结束后，在井管外254-557.2米填入砾石料，砾石料填入时采用动水填砾法，254米以上用特殊材料填充。该复合材料以膨胀珍珠岩为骨料，以粉煤灰、水泥为胶凝材料，加入熟石灰、石膏等调节剂混合而成，具有良好的隔热阻水性能。4结束语第5页共5页 依据《地震台站建设规范》有关内容，结合通州地震台地质条件，对赵各庄地下流体观测井成井技术进行了介绍，并对改造加固等关键技术进行了探讨。地震观测井的升级改造，涉及的因素很多，本文重点考虑了井筒的清洗、加固，对升级改造的时机、加固材料的性能等方面还需要进一步的深入研究。参考文献[1]邱泽华.关于地震前兆的判据问题[J].大地测量与地球动力学，2010，30（S2）：1-5.[2]胡松涛，孙云川，胡思敬.利用层次分析法评价东营市浅层地热能适宜性[J].山东国土资源，2014，30（7）：42-44.[3]王哲，易发成.基于层次分析法的绵阳市地质灾害易发性评价[J].自然灾害学报，2009，18（1）：14-23.[4]冯恩国，王华，车用太，等.地震地下流体观测现状[J].地震地磁观测与研究，2012，33（Z2）：202-207.[5]中国地震局.DB/T20.1-2006.地震台站建设规范地下流体台站第1部分：水位和水温台站[S].北京：地震出版社，2006.[6]中国地震局.DB/T48-2012.地震地下流体观测方法井水位观测[S].北京：地震出版社，2012.[7]车用太，鱼金子，朱成英.关于地震地下水观测井建设的若干问题[J].内陆地震，2014，28（3）：195-201.[8]鱼金子，车用太，何案华.井水温度动态的复杂性及其机制问题讨论[J].国际地震动态，2012，6：274.第5页共5页'