海上抽水試驗成井工藝探討

于彥江，張志剛，莫 建，耿雪樵

(廣州海洋地質調查局，廣東 廣州 510760)

海上抽水試驗成井工藝探討

于彥江，張志剛，莫 建，耿雪樵

(廣州海洋地質調查局，廣東 廣州 510760)

海上抽水試驗為海上建設項目前期工程勘察提供必要的水文地質資料。根據前期工程地質鉆探的資料，設計抽水試驗方案，完成抽水試驗這一重要環節。關鍵在于一個質量較高的抽水試驗孔。依據“奮斗五號”船在瓊州海峽工程地質鉆探項目時，海上抽水試驗孔成井工藝進行分析探討。

抽水試驗;成井工藝;海上

抽水試驗是一種在鉆孔內進行的含水層原位滲透試驗方法，其主要任務是測定含水層的滲透性參數，確定含水層及越流層的水文地質參數、分析確定含水層的富水程度、查明水文地質條件等。抽水試驗常見于陸地水井勘察、大型建筑前期施工等過程。隨著經濟的快速發展，海上建設項目的日益增多，抽水試驗也越來越多地應用到海上工程項目中。但海上抽水試驗不同于陸地抽水試驗，試驗周期長、要求高、技術難度大，每個環節把握不好都會造成試驗的失敗。2010年8月，廣州海洋地質調查局“奮斗五號”船執行了瓊州海峽工程地質鉆探項目，完成了該船第一個海上抽水試驗孔。

1 概述

1.1 工區概況

瓊州海峽東西長約80 km，南北寬16～30 km，水深0～90幾米。具有水深、風大、浪高、流急等特點，其潮汐具有特殊的周期性和往復性。大潮時，海水流速最大達到4節，最大潮差2.5 m。海底地質構造復雜，地形變化大，地層多變。

1.2 調查船

“奮斗五號”船為一艘工程地質鉆探船，總長68 m，型寬10 m，滿載排水量1 091 t。艏錨為 2個重1.5 t的特種大抓力錨，錨繩長800 m;艉錨為2個重1.8 t的特種大抓力錨，錨繩長1 000 m。

圖1 “奮斗五號”船拋錨作業中

1.3 鉆機參數

“奮斗五號”船載HGD－300型海洋工程勘察鉆機性能參數如下:

鉆進深度 ≤300m(含水深)

工作水深 ≤100m

鉆桿直徑 Φ50、Φ127

鉆孔直徑 Φ91～Φ220

動力頭行程 3.5m

最大輸出扭矩 2290N.m

主卷揚最大提升力 120kN

副卷揚最大提升力 20kN

鉆塔高度 12m

2 抽水試驗孔地質條件

根據前期工程地質鉆探資料，選擇合適的抽水試驗孔位。該鉆孔地層分布大致為:水深 25.3 m，由海床起 0～12.4 m 淤泥，12.4 ～17.7 m 淤泥質粉質粘土，17.7 ～20.5 m粘土質粉砂，20.5 ～22.1 m 粉質粘土，22.1 ～28.4 m 細砂，28.4 ～34.7 m 粗砂，34.7 ～48.3 m 中砂，48.3 ～83.0 m 粘土，83.0～83.8 m 粉砂，83.8 ～85.0 m 粉質粘土，85.0 ～85.8 m粉砂，85.8～120.3 m 粉質粘土。地層層位多，地質情況較為復雜，適宜進行抽水試驗的地層僅有22.1～48.3 m的細砂、粗砂及中砂第四紀含水砂層，該含水層具有一定的承壓性。

3 抽水試驗

根據該孔含水層特點，擬采用穩定流完整井單孔3個降深的抽水試驗方法，設計出抽水試驗孔結構示意圖(如圖2)。

3.1 成井工藝

在距原勘察孔20 m范圍內選定抽水試驗孔位置，采用掃孔沉管鉆進的方法下入Φ178隔水套管至20.5 m主要止水層的頂部，然后用Φ146巖芯管輔助優質濃泥漿加高標號的水泥漿鉆進至試驗段底部5.0 m(53.50 m)，全部穿越砂層，然后下入 Φ108鋼質濾水管(22.1～53.5 m為鋼花管，用Φ108套管制作，在其管壁上按梅花型鉆 Φ10 mm小孔，孔隙率25%，外包2層40目尼龍網，用鐵絲扎緊)。將濾水管下好后，錘擊Φ108套管，使濾水管底部緊密進入中砂層下的粘土層，防止井底涌砂回填水井;然后錘擊Φ178套管，使之進入細砂層上部粘土層，進行海水封隔。

圖2 抽水孔結構示意圖

3.2 止水檢驗

海上抽水試驗的關鍵是隔離海水影響，止水效果的好壞直接影響抽水試驗的成敗，因此要檢查 Φ178套管是否真正隔離海水。在未進行洗井前，由于抽水試驗地層被水泥泥坯封隔，所以地下水不能進入井內。首先從 Φ108和 Φ178套管注入清水，發現其水面到達井口，觀察2小時后既不下降也不上升;然后用 BW－250泵往 Φ108管內壓入清水，經測量，壓入清水量與 Φ178套管排出水量相同。停泵后，Φ178套管的液面情況未發生任何變化，由此證明，止水成功。

3.3 洗井工藝

成井結束后，先用清水將井內泥漿替換出來。當水質變較清時，用潛水泵將井內清水導出，再下入活塞進行大行程干拉洗井，直至井內液面不斷上升，水質由清變濁、并伴有大量砂泥出現，再由濁變清。此時再采用空壓機洗井(圖3)，直至將井底砂粒全部噴涌而出，水質完全變清，洗井完成。

3.4 抽水試驗

洗井結束后，在井內安裝一臺潛水泵(或利用空壓機)進行試驗抽水。試驗抽水的目的:一是為了繼續清洗鉆孔;二是檢查抽水機械運轉是否正常;三是了解初步數據，為正式抽水試驗做準備。然后根據《公路工程水文勘測設計規范》(JTG C30－2002)完成正式抽水試驗(圖4)的相關技術要求，并采取水樣，有關數據及樣品在室內進行分析處理。

圖3 空壓機洗井

圖4 正式抽水試驗

圖5 Φ108濾水管明顯的透水特征

4 結語

海上抽水試驗的關鍵技術之一是抽水試驗孔的成井工藝。根據地質條件，選擇足夠深度的粘土層作為止水層，完成抽水試驗孔成井，檢查止水效果，完全隔離周圍海水的影響，才能保證抽水試驗的真正成功。

［1］楊柳，楊正文.巖土工程勘察中抽水試驗探討［J］.工程建設.2009.6.第41卷第3期.21－28.

［2］中華人民共和國行業標準(JTG C30－2002):公路工程水文勘測設計規范［S］.河北省交通規劃設計院.

［3］顧云利，馮永勝，原野.淺談水文鉆井成井工藝.吉林地質.2007，9.第 26卷第 3期.70－73.

［4］李友龍.海上抽水試驗關鍵技術探討.地下水.2011，3.第33卷第2期.199－200.

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B

1004－1184(2012)05－0020－02

2012－04－13

于彥江(1983－)，男，廣東廣州人，工程師，主要研究方向為海洋勘察設備設計與制造。