关于野外钻探稳定流抽水试验过程及技术因素的浅析.pdf

2023 年 8 月Aug.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.04.056关于野外钻探稳定流抽水试验过程及技术因素的浅析（安徽省煤田地质局第三勘探队，安徽 宿州 234000）摘要 根据稳定流抽水试验过程，可将其分为止水隔离、洗井、抽水试验、资料整理 4 个阶段。对每一阶段列举了不同的方法，对每一种方法进行逐一技术因素分析，分析了其优劣性及适用条件，明确了不同抽水试验阶段的目的、任务与取得的成果。对单孔稳定流抽水试验过程的浅析，可为单孔稳定流抽水试验提供一定的思路与依据。关键词 抽水试验；水文地质；水位；降深中图分类号P641.6文献标识码B文章编号1672蛳 9943（2023）04蛳 0176蛳 030引言在水文地质工作中，为了便捷获得水文地质参数，通过采取单孔稳定流抽水试验手段，可获得较可靠的水文地质参数。合理得当的抽水试验过程对于取得可靠的结果尤其重要。通过对抽水试验步骤及技术因素逐一分析，便于更深层次地剖析对其成果准确性的影响程度。抽水试验大致可分为止水隔离、洗井、抽水试验、资料整理 4 个阶段。1止水隔离阶段1.1止水隔离段钻探施工根据所使用止水套管及钻探止水技术要求，对钻孔进行不同孔径分级钻进。根据所使用止水套管情形，不同的地层对应不同的孔径，一般采取松散或较软岩层孔径比套管管径大两级，基岩坚硬岩层大一级。1.2止水隔离措施根据钻探施工结构，有同径止水与异径止水，即止水段与抽水试验段同径或异径。同径止水所使用比较便捷止水材料的有粘土、海带、膨胀橡胶、沥青、水泥等。根据止水材料不同，可分为永久止水及暂时性止水。其中水泥、沥青及粘土一般用于永久性止水，海带、膨胀橡胶一般用于暂时性止水。海带、膨胀橡胶，一般在止水隔离段套管外壁附带此类材质，利用其膨胀性进行隔离止水。止水段一般选择在完整的隔水岩层段进行，不同止水情况如图 1 所示。图 1同、异径止水情况示意（a）同径临时性止水（b）同径永久性止水（c）异径永久性、临时性止水1.3止水效果检查通常采取管内外水位差法检查止水或根据具体情况采取水位观测方式来判定止水效果。管内外水位差法即管内管外液面在经过一定时间段观测后，存在一定深度差，即为止水有效。水位观测法即通过一定时间段观测管内水位，判定水位是否符合被隔离含水层水位变化特征，则可判定为止水是否有效。若止水效果达到要求，则进入下一环节。2洗井阶段洗井方式一般选用抽水设备抽洗井、CO2洗井、酸液及清水冲洗，使含水层通道达到畅通。2.1用抽水设备抽洗选用抽水泵或压风机抽洗，适用于含水层富水性较强的试验井。2.2液态 CO2洗井止水隔离段止水隔离段止水隔离段海带及膨胀橡胶止水海带及膨胀类材料止水水泥封闭管外止水水泥封闭管外止水水文地质试验层段水文地质试验层段水文地质试验层段能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.41762023 年 8 月Aug.,2023在水文地质试验段，通过管道注入高压液态CO2。液态 CO2相变特性瞬间产生高压气流和强烈的正负水击作用于含水层，强力疏通含水层来水通道，达到洗井目的。这种方式成本较高，但比较省时，适宜在山区缺水环境下进行。2.3酸液及清水冲洗先使用酸液对含水层段侵泡，使含水层通道填塞物软化，然后采用清水冲洗。这种方式适宜在外部水源比较丰富的条件下进行，但酸液容易对止水管材造成腐蚀。3抽水试验阶段3.1观测静止水位在洗井完成后，进行含水层静止水位观测。一般查明未在任何干扰情况下的初始静止水位，以便为下一步抽水提供参考依据。需连续观测，达到规范标准要求咱员原猿暂。通过观测，可由水位变化初步了解含水层富水性，取得在该含水区的静止水位。3.2抽水试验3.2.1抽水设备选取根据井径情况及含水层静止水位埋深情况，可选取合适的设备。3.2.1.1提桶适应于水量小、地下水埋深大、精度要求不高的条件下，具有比较简易、水位波动大、资料准确性低等特点。3.2.1.2空气压缩机以往通常采用压风机抽水，可以适用地下水埋深较大地区。其优点在于能同时进行洗井、抽水，抽水涌水量、降深比较稳定，易于调节；劣点在于经济成本高、效率低。3.2.1.3立式深井泵（潜水泵）以往深井泵价格比较昂贵，比较不常见。随着科技进步、技术提高，深井泵适用范围越来越广，价格越来越便宜。现在通用深井泵，比较便捷、经济，可根据需要配备相关的扬程深井泵。但劣点在于抽水时对于相应降深，出水量比较固定，不便于调节水位降深，需熟练掌握深井泵性能，即扬程与出水量关系，合理运用深井泵。常用抽水试验深井泵结构如图 2 所示。图 2深井泵结构3.2.2试验抽水一般根据静止水位及深井泵性能选择合理降深，为正式抽水提供可靠参照。根据水位降深 S 与出水量 Q，计算出单位涌水量 q。当 q0.01 L/（s m）时，采用 3 次降深；抽水点应做到合理分布，一般为最大降深、2/3 最大降深、1/3 最大降深，最小降距6 m。松散层降深一般宜由小至大；基岩降深由大至小。若 q0.01 L/（s m）时，可不做试抽，尽设备能力做一次大降深抽水。3.2.3正式抽水当 q0.01 L/（s m）时，采用 3 次降深。若q0.01 L/（s m）时，可不做试抽，尽设备能力做一次大降深抽水。此步用泵抽水关键是掌握泵量与降深关系，泵量与扬程成反比关系。（1）基岩段抽水：当 q0.01 L/（s m）时，含水层补给量较大、降深较小时，为了满足抽水规范要求，泵深调节则可由浅至深，从而达到降深、出水量稳定的要求；当含水层补给量较小时，在深井泵扬程范围内，出现了较大降深，泵深调节则可由深至浅。通过此步可获得降深 S 与出水量 Q，计算出单位涌水量 q，绘制 q0.01 L/（s m）时的 Q-S、q-S 关系曲线，如图 3 所示。（a）Q-S 关系曲线（b）q-S 关系曲线图 3杨柳 2020-观 9 孔 Q-S、q-S 关系曲线杨柳煤矿在 2020-观 9 孔太原组 1-4 灰含水层抽水试验时，在含水层补给量较大情况下，使用100QJ16-100/24-7.5 深井泵抽水，获得了关系曲线如图 3 所示。（2）松散层抽水：q0.01 L/（s m）时，采用方法与基岩相反。3.2.4恢复水位观测沈静关于野外钻探稳定流抽水试验过程及技术因素的浅析出水口进水口泵（叶轮）电机Q/（L/S）S/m0.005.0010.0015.0020.0025.000.400.350.300.250.200.150.100.005.0010.0015.0020.000.001.002.003.004.005.002.23，6.503.40，13.004.00，19.306.50，0.3413.00，0.2619.30，0.211772023 年 8 月Aug.,2023（上接第 149 页）流体和分离结晶作用共同导致了铷的异常富集。7结论（1）伏岭岩体主要富铷矿物主要为碱性长石，碱性长石中铷含量可达 0.18%，达到了工业最低品位，具有一定的开采研究价值。（2）碱性长石中铷含量随着岩浆结晶分异逐渐增加，K/Rb 比值逐渐降低。根据瑞利分馏模拟，从低演化阶段到演化阶段，分离结晶程度 F逐渐升高，当分离结晶程度达到 F=98 时候铷富集程度最高，而且晚期高演化阶段具有显微文象结构。这说明伏岭岩体铷的富集岩浆的分离结晶为主要富集机制，但是到后期流体对铷的富集也起到了重要的作用，所以伏岭岩体铷的异常富集是由岩浆结晶分异和流体共同作用导致的。参考文献1孙艳，王瑞江，亓锋，等.世界铷资源现状及我国铷开发利用建议 J.中国矿业，2013，22（9）：11-13.2陈芳，王登红，杜建国，等.安徽绩溪伏岭花岗岩 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄的精确测定及其地质意义 J.岩矿测试，2013，32（6）：970-977.3张虹，戴圣潜，管运财，等.皖南绩溪伏岭岩体岩石地球化学特征 J.中国地质，2005（3）：411-416.4薛怀民，马芳，宋永勤，等.江南造山带东段新元古代花岗岩组合的年代学和地球化学：对扬子与华夏地块拼合时间与过程的约束 J.岩石学报，2010，26（11）：3215-3244.作者简介陶耐（1987-），男，工程师，毕业于长安大学资源勘查工程专业，长期从事地球化学勘查、地质矿产调查研究工作。收稿日期：2023-03-03经过规范要求时间抽水后，停止抽水，前 1 h 水位加密观测，取得完整的恢复水位观测记录，可按照非稳定流水位恢复法粗算导水系数及渗透系数。另外，对达到稳定后的恢复水位与静止水位加以分析比较，以便更精确地确定含水层静止水位。4资料整理阶段4.1现场整理利用公式 q=Q/S，计算出 q 值，绘制涌水量和单位涌水量与水位降深关系的 Q-S 曲线和 q-S 曲线。其目的在于了解含水层的水力特征、钻孔出水能力，计算钻孔的最大涌水量与单位涌水量。检验抽水试验成果是否正确的计算公式如下：波动相对误差=最大或最小值-平均值平均值100%4.2室内整理抽水试验结束后，应将野外所得到的原始数据进行详细检查与校对，然后进行室内系统整理。其主要内容为计算水文地质参数（渗透系数 K、影响半径 R、单位涌水量 q）。承压水完整井计算公式如下：Q=2.73KMS/（LgR-Lgr）（1）R=10S运姨（2）式中：Q 为水量，m3/d；K 为渗透系数，m/d；M 为含水层厚度，m；S 为水位降深，m；R 为影响半径，m；r 为钻孔半径，m。最后绘制水位、流量与时间曲线图；Q=f（s）、q=f（s）曲线图；水位恢复曲线图；钻孔结构图等。5结论本文阐述了单孔稳定流抽水试验的过程；分析了抽水试验过程中每一个阶段采取各种方法的优缺点及适用范围。通过对单孔稳定流抽水试验过程的浅析，可为单孔稳定流抽水试验提供一定的思路与依据。稳定流抽水试验在相关工程水文地质工作中尤其重要，可通过抽水试验获得相关含水层水文地质参数，其手段比较便捷，便于操作，获得的参数可靠。另外，可通过数字化思维了解与评价地下空间水体特性，从而达到正确认识与利用地下水资源的目的。参考文献1国家安全生产监督管理总局.煤矿床水文地质、工程地质及环境地质勘查评价标准：MT/T1091-2008 S.北京：煤炭工业出版社，2010.2国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.矿区水文地质工程地质勘查规范：GB12719-2021 S.北京：中国标准出版社，2021.3国家安全生产监督管理总局.煤矿床水文地质勘查工程质量标准：MT/T1163-2011 S.北京：煤炭工业出版社，2011：6-7.作者简介沈静（1978-），女，工程师，毕业于安徽理工大学地质工程专业，长期从事水文地质报告方面的编制工作。收稿日期：2022-11-14能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.4178