北京张坊岩溶水井涌砂原因分析与治理

    摘要：北京张坊水源应急供水工程在施工水井时,发生涌砂埋井事件。涌砂主要是地层破碎带中含有细砂引起,确定了破碎带的位置。采用挂管的施工工艺对涌砂部位进行了治理,在未减少水井出水量的条件下,实现水清砂净目标。

    关健词：水井涌砂挂管工艺水清砂净

    1工程概况

    作为北京市一项应急供水工程,张坊水源应急供水工程的水源为双水源,即拒马河水和岩溶地下水。为实现岩溶地下水的开发,在张坊地区实施了勘探工程,其中下寺村施工了眼探采结合并,井深400m,井结构为0-10井孔直径为φ650mm,下入φ629mm孔口护壁管;10-100m井孔直径为φ445mm,下入φ340mm井壁管(70-90m为过滤管);100-250m井孔直径为φ311mm,下入管径为φ245mm过滤管,250-400m井孔直径为φ216mm,未下井管。

    水井施工结束之后发现该井涌砂严重,随后进行了次5洗井,历时2个多月,仍不能达到含砂量要求,洗井过程如下

    第1次洗井,偏磷酸钠药液浸泡、压风机、80m3/h潜水泵联合洗井3d,水井涌砂,水不清。

    第2次洗井,偏磷酸钠药液浸泡、压风机、80m3/h潜水泵联合洗井3d,水井涌砂,水不清,潜水泵被烧毁。

    第3次洗井,盐酸溶蚀、压风机、260m3/h潜水泵联合洗井3d,之后该井被沉砂淤埋,并深仅剩115m,并且将潜水泵烧毁。

    第4次洗井,使用反循环钻具清除沉砂淤埋,进行压风机、125m3潜水泵联合洗井,5d后井内再次被沉砂淤埋,井深剩117m,同时将潜水泵烧毁。

    第5次洗井,清除沉砂淤埋后,采用压风机、80m3/h潜水泵联合洗井40d,水井涌砂,水不清。

    2涌砂原因分析

    水井涌砂的颜色为白色,含有闪光片状矿物,与盐酸接触后有起泡反应。通过调查周围民用水井发现,当地的供水均不同程度存在含砂问题,因此这不是一种偶然现象。水井施工的地层是雾迷山组,岩性主要是白云岩,已经变质为大理岩。变质过程是一个重结晶过程,结晶程度较好的形成汉白玉、房山白、二叶青等建筑石材而大部分变质程度较差,只是重结晶生成了细小的晶粒,并夹杂着千枚岩成分,致使结构十分松散,几乎可以用手碾成粉末,所以水井涌砂严格讲不是砂,而是矿物晶体。这种松散结构的岩石在构造运动下很容易破碎成粉细砂状,因此地层破碎带应当是水井涌砂的主要来源,同时破碎带也是地下水的集中汇流带,当水井抽水时,水流就会携带细砂涌入井中。

    3涌砂位置确定

    涌砂位置也就是破碎带位置。如果地层岩性相同、结构完整且各向同性,那么它所表现出的物理力学性质也是相似的。当有破碎带存在时,这种均匀性被破坏,其物理力学性质也相应发生变化,通过寻找这种异常带,则可以确定破碎带的位置。

    在分析下寺水井的破碎带位置时,主要依据机感、钻速、岩样分析和物探测井技术。

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