地下流體觀測井改造加固技術(shù)研究

摘 要：通過地下流體觀測井采集地下流體數(shù)據(jù)，及時分析數(shù)據(jù)變化特征，是地震前兆的重要內(nèi)容之一。文章介紹了北京市地震局趙各莊地下流體觀測井成井技術(shù)及工藝，對該井的加固和升級改造技術(shù)進(jìn)行了探討，對井筒進(jìn)行清洗、清淤，增加套管和濾水管，并用隔水阻熱材料填充套管與井壁直接的空隙，可以為工程實際施工提供參考。

關(guān)鍵詞：地下流體觀測井；加固；改造

引言

地震的發(fā)生，對人類的生命和財產(chǎn)造成巨大損失。目前，對地震的準(zhǔn)確預(yù)測還存在許多困難，地震前兆是地震預(yù)測研究的思路之一，邱澤華研究員[1]指出：地震前兆是地震預(yù)報的基礎(chǔ)。地震前兆認(rèn)為，地震活動發(fā)生前，巖體在地應(yīng)力等作用下，會引起地磁、地電等地球物理異常和地下水位、水化學(xué)等異常[2]。因此，對地下流體的監(jiān)測是地震前兆的重要內(nèi)容之一，通過地下流體觀測井采集地下流體數(shù)據(jù)，及時分析數(shù)據(jù)變化特征，可以幫助分析地震產(chǎn)生的規(guī)律[3]。根據(jù)馮國恩[4]等的調(diào)查，我國大陸31個省、市、自治區(qū)均建有地震地下流體觀測井，用來觀測水位、水溫、流量等數(shù)據(jù)的變化。近年來，一些省、市、自治區(qū)地震局及一些大型國有企業(yè)新建了一批觀測井，我國已逐步建立有關(guān)的建井技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[5-6]。

地震地下流體觀測井深入地下數(shù)百米，還需要通過觀測井采集水位、水溫等信息，因此，對鉆井和固井的技術(shù)提出了很高的要求。車用太[7]等結(jié)合國內(nèi)地震系統(tǒng)建井的實踐經(jīng)驗，對地震地下流體觀測井的定位進(jìn)行了論述，提出了鉆井施工的技術(shù)要求。本文結(jié)合北京地震局趙各莊地下流體觀測井施工實際，對鉆井、改造加固等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

1 地震地下流體觀測井概況

平谷趙各莊井位于平谷區(qū)城關(guān)鎮(zhèn)趙各莊村內(nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)117.01°，北緯40.13°，海拔26.2米，該井地處平谷盆地中部地勢平坦的平原區(qū)，薊縣斷裂、夏墊——程各莊斷裂西側(cè)[8]。

趙各莊觀測井據(jù)鉆孔柱狀圖揭示，該井含水層段為171～254米卵石、礫石混粘砂層和556.8～557.3米砂巖層，其成井后下設(shè)無縫鋼管至182.1米，其下安裝同徑濾水管至234.6米，該井觀測含水性為182.1～254米上層冷水和556.8～557.3米下層熱水的混合水。該觀測井257.59～479m為卵石、礫石混粘巖，479～556.81m為卵石、漂石混粘巖，其透水層較強(qiáng)，也可作為觀測含水層。

2 鉆井技術(shù)

2.1 觀測井技術(shù)要求

趙各莊地下流體觀測井井深557.3m，要求孔斜不大于3°。全孔下入Φ146mm、壁厚4.5mm的無縫鋼管及同徑濾水管。成井后下設(shè)管套：（1）套管在地面以下的長度應(yīng)滿足封閉全部非觀測層的要求；（2）套管在地面以上宜大于0.5米；（3）套管變徑處，應(yīng)采取止水措施；（4）套管與井壁圍巖間隙采用充填物固定套管。

2.2 鉆井工藝

根據(jù)趙各莊觀測井地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征和井筒技術(shù)要求，選擇SPJ-300型水文鉆機(jī)及相應(yīng)的泥漿泵。鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)分別為：泵量600-800L/min，轉(zhuǎn)速50～70r/min，鉆壓30～50KN。鉆孔過程中，要求井段斜度不大于1°/100m，下管前井內(nèi)沉淀不超過3m/天，井管安裝軸線與鉆孔軸線最大偏差小于50mm。

2.3 鉆井施工技術(shù)措施

（1）防斜措施。井段斜度要求不大于1°/100m，井筒鉆進(jìn)過程中，控制好鉆壓，不要有太大的波動，實時測斜，盡量實現(xiàn)“垂鉆”鉆進(jìn)。

（2）護(hù)壁措施。保持泥漿性能穩(wěn)定，適時配置泥漿，泥漿在空氣中暴露時間不能太長。鉆井深度超過254m時，采用加筋骨鉆頭進(jìn)行取芯，從而使孔壁間隙增加，防止鉆頭破壞井壁。

（3）防卡鉆（埋鉆）措施。起鉆和下放時注意觀察泵壓的變化，根據(jù)返漿情況及時調(diào)整泥漿的性能，發(fā)現(xiàn)泵壓升高或巖屑返出量變小時，控制鉆速，及時洗井。連續(xù)鉆進(jìn)時間不大于24小時或連續(xù)鉆進(jìn)深度不超過50m，鉆具在井筒內(nèi)遇阻時，及時將鉆具上下來回竄動。停泵前將鉆具提離井底并活動鉆具。

3 加固和升級改造技術(shù)

趙各莊地下流體觀測井總鉆進(jìn)深度為557.3m，根據(jù)鉆孔資料顯示，承壓含水層深度為182.1～254m和479～556.81m，可作為觀測層。因此要對182.1m以上部分進(jìn)行封隔固井，以防止上部地層中的流體向下滲流，影響觀測層數(shù)據(jù)的采集。對井壁進(jìn)行加固，以確保井筒具備一定的強(qiáng)度，保證觀測井的穩(wěn)定性。鉆井完成后，及時將成井管放至井筒內(nèi)。為保證成井管中心與井孔中心一致，在第一根無縫管之上安裝外徑210mm的扶正器。井壁與管套間的縫隙用敏感性膨脹橡膠封堵，用帶有小孔的管套捆綁膨脹橡膠，將注漿器放至橡膠部位進(jìn)行注漿加固。

觀測井使用一階段后，由于井壁老化等因素，采集的數(shù)據(jù)會受到外界多種因素的干擾，因此要及時對井筒升級改造。

（1）井孔清洗、清淤。趙各莊觀測井的大部分觀測層為第四系，容易坍塌，需對井孔進(jìn)行清洗，擬用鋼絲刷法或噴管法對井壁進(jìn)行清洗，并處理掉突起部位。對井底部進(jìn)行清淤處理，擬盡可能的加大井的深度。

（2）增加套管和濾水管。趙各莊井182-234.6米為同孔徑濾水管，

為避開200多米的同層干擾，在原套管內(nèi)下設(shè)合適孔徑的套管至254米，254-557.26米為同孔徑濾水管，交接處用絲扣連接，并用鋼板條進(jìn)行加固，底部用鋼板焊堵。下管結(jié)束后，在井管外254-557.2米填入礫石料，礫石料填入時采用動水填礫法，254米以上用特殊材料填充。該復(fù)合材料以膨脹珍珠巖為骨料，以粉煤灰、水泥為膠凝材料，加入熟石灰、石膏等調(diào)節(jié)劑混合而成，具有良好的隔熱阻水性能。

4 結(jié)束語

依據(jù)《地震臺站建設(shè)規(guī)范》有關(guān)內(nèi)容，結(jié)合通州地震臺地質(zhì)條件，對趙各莊地下流體觀測井成井技術(shù)進(jìn)行了介紹，并對改造加固等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討。地震觀測井的升級改造，涉及的因素很多，本文重點(diǎn)考慮了井筒的清洗、加固，對升級改造的時機(jī)、加固材料的性能等方面還需要進(jìn)一步的深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1]邱澤華.關(guān)于地震前兆的判據(jù)問題[J].大地測量與地球動力學(xué)，2010，30（S2）：1-5.

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[4]馮恩國，王華，車用太，等.地震地下流體觀測現(xiàn)狀[J].地震地磁觀測與研究，2012，33（Z2）：202-207.

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[6]中國地震局.DB/T48-2012.地震地下流體觀測方法井水位觀測[S].北京：地震出版社，2012.

[7]車用太，魚金子，朱成英.關(guān)于地震地下水觀測井建設(shè)的若干問題[J].內(nèi)陸地震，2014，28（3）：195-201.

[8]魚金子，車用太，何案華.井水溫度動態(tài)的復(fù)雜性及其機(jī)制問題討論[J].國際地震動態(tài)，2012，6：274.