鹰潭深井施工方案设计.doc

鹰潭深井施工综合技术方案
一、工程概况
1.1 项目背景与地质条件
本工程位于江西省鹰潭市信江中下游河谷地带，地处南岭准地槽边缘的信江凹陷带，地势呈现南北高中间低的特征。根据地质勘察数据，施工区域表层为第四系红壤层（厚2.0-5.0m），其下依次为白垩系砂岩层（厚15-30m）、粉砂质泥岩层（厚20-40m）及砂岩与砾岩互层。地下水位埋深3.5-6.8m，属孔隙潜水类型，受信江补给影响显著，丰水期水位涨幅可达2.5m。区域土壤呈弱酸性（pH值5.2-6.5），地温梯度约2.8℃/100m，预计井深500m处温度达22-25℃。
1.2 工程设计参数
· 井身结构：采用三级套管设计，井口直径650mm，表层套管（Φ339.7mm）下至50m基岩面，技术套管（Φ244.5mm）下至300m稳定岩层，生产套管（Φ139.7mm）终孔深度500m
· 成井质量指标：井斜≤1°/100m，井径扩大率≤15%，止水段渗透系数＜1×10⁻⁷cm/s，出水量≥50m³/h，含砂量＜1/20000（体积比）
· 施工周期：总工期45天，其中钻进施工30天，固井及完井15天
· 工程范围：包含地质补勘、钻井施工、井管安装、洗井调试及后期监测
二、施工准备
2.1 技术准备
施工前需完成三项核心技术工作：一是收集临井地质资料，重点分析300-500m井段的岩性组合及裂隙发育特征；二是进行现场地质补勘，采用轻型动力触探（N10）查明表层松散覆盖层厚度及承载力；三是编制专项施工方案，明确不同地层的钻进参数、泥浆性能指标及应急处置措施。针对鹰潭地区红层易水化膨胀的特性，提前制定井壁稳定控制预案，预备2%KCl溶液作为防塌处理剂。
2.2 场地布置
井场选择在地势平坦、远离高压线及地下管线的区域，占地面积约800㎡（40m×20m）。按功能划分为五个区域：
· 钻井作业区：布置钻机基础（C30混凝土，厚300mm，配筋Φ12@200）、循环系统及井口操作平台
· 泥浆处理区：设置三级沉淀池（总容积50m³）、泥浆罐（20m³）及干燥晾晒场（100㎡）
· 材料堆放区：分类存放套管（垫高30cm，防雨覆盖）、滤料（粒径2-5mm石英砂）及水泥（防潮存储）
· 办公生活区：配备集装箱式宿舍、材料仓库及应急物资储备室
· 废水处理区：安装一体化污水处理设备（处理能力5m³/h），处理后水质需达到《农田灌溉水质标准》（GB5084-2021）
2.3 设备配置
根据工程地质条件及设计深度，选用徐工XSC30/1300型油电两用钻机作为主力设备，配套以下系统：
· 钻进系统：Φ444.5mm三牙轮钻头（松散层）、Φ311.1mm金刚石复合片钻头（基岩）、Φ127mm摩擦焊接钻杆（屈服强度≥800MPa）
· 循环系统：3PNL型泥浆泵（流量80m³/h，压力1.8MPa）、双层泥浆罐（三级沉淀隔仓）、高频振动筛（处理量120m³/h）
· 固井设备：ZJ30型水泥车（工作压力15MPa）、Φ102mm固井管汇、自动混浆装置
· 辅助系统：250kVA柴油发电机组（备用电源）、120kWh磷酸铁锂电池组（应急供电）、JJC-10型井径测井仪
三、主要施工工艺
3.1 钻井施工
3.1.1 一开钻进（0-50m）
采用Φ444.5mm牙轮钻头正循环钻进，钻压控制在80-100kN，转速60-80r/min，排量35-40L/s。泥浆采用膨润土体系（密度1.05-1.10g/cm³，黏度30-35s），每钻进5m测定一次井斜，确保偏差≤0.5°/50m。钻至50m基岩面后，进行井径测井与地层鉴定，确认套管下入深度。表层套管采用直接提吊法安装，管外环形空间注入水泥浆（密度1.85g/cm³），候凝48h后进行声波变密度测井，确保固井质量合格。
3.1.2 二开钻进（50-300m）
更换Φ311.1mm金刚石复合片钻头，采用气举反循环工艺。钻压100-120kN，转速80-100r/min，排量25-30L/s。泥浆转换为聚合物体系（密度1.15-1.20g/cm³，黏度40-45s），加入0.5%聚丙烯酰胺改善流型。在150m及250m处进行两次短起下作业，长度分别为100m和200m，破坏岩屑床形成。钻至300m设计深度后，进行地层破裂压力试验（漏失压力≥2.5MPa），合格后下入技术套管，采用分级固井工艺，水泥浆返至地面，候凝72h。
3.1.3 三开钻进（300-500m）
使用Φ215.9mmPDC钻头，采用满眼钻具组合控制井斜。钻压60-80kN，转速120-150r/min，排量20-25L/s。泥浆体系调整为钾基钻井液（密度1.25-1.30g/cm³，黏度50-55s），K⁺浓度维持在0.8-1.2%。每钻进50m进行一次全套性能测试，重点监控动切力（15-20Pa）和API失水（≤8mL/30min）。钻至500m终孔后，进行电测井（电阻率、自然伽马、声波时差），确定生产套管下入深度及滤水管位置。
3.2 井管安装与滤料回填
3.2.1 井管组合
生产套管采用Φ139.7mmN80钢级油管（壁厚9.17mm），滤水管段长100m（350-450m），采用桥式滤水结构（孔隙率18%），缠丝间隙0.5mm。滤水管上下两端安装扶正器（间距5m），确保居中。井管连接采用V型坡口焊接，焊口进行100%渗透检测，打压试验压力10MPa，稳压30min无压降。
3.2.2 滤料回填
采用动水投砾工艺，滤料选用2-5mm石英砂（含泥量＜1%），投放前进行酸溶试验（溶解度＜3%）。投砾时先将钻杆下至滤水管下端1m处，井口密封后泵送泥浆（密度1.08g/cm³），形成反循环流场。投砾速度控制在0.5-1.0m³/h，边投边测料面高度，直至达到设计位置（350m）。止水段（450-500m）投送优质粘土球（直径5-10mm），采用间断投放法（每次0.5m³），确保止水效果。
3.3 洗井与抽水试验
3.3.1 联合洗井
采用"活塞洗井+空压机洗井+化学洗井"三步法：首先用Φ120mm活塞上下提拉（冲程1.5m，频率20次/min），冲击孔壁泥皮；然后接入空压机（工作压力0.8-1.2MPa），进行气水混合洗井，持续至出水量稳定；最后注入10%盐酸溶液（用量5m³），浸泡24h后恢复洗井，直至水清砂净（含砂量＜1/20000）。
3.3.2 抽水试验
分三级降深进行：S1=5m（流量20m³/h）、S2=10m（流量35m³/h）、S3=15m（流量50m³/h），每级稳定8h，测定水位恢复曲线。试验期间监测水质指标（pH值、浊度、总溶解固体），确保符合《地下水质量标准》（GB/T14848-2017）Ⅲ类标准。绘制Q-S曲线，计算渗透系数K值及影响半径R，评价水井产能。
四、质量控制措施
4.1 井身质量控制
建立"三检制"质量管控体系：每钻进10m进行井径测量，确保扩大率≤15%；每50m进行多点测斜，井斜角控制在3°以内；终孔后进行全井段井径测井，连续记录井径变化。针对鹰潭地区易出现的缩径问题，在砂泥岩互层段采用"轻压快钻"工艺（钻压降低20%转速提高15%），并适当提高泥浆黏度（增加5-8s）。
4.2 固井质量保障
水泥浆配方优化：基础配方为G级水泥+4%硅粉+2%降失水剂+1%膨胀剂，根据井温调整缓凝剂加量（25℃加0.5%，30℃加0.8%）。施工时采用紊流顶替（环空返速＞1.2m/s），套管居中度≥75%，替浆结束后憋压15MPa（持续30min）。固井质量采用声波变密度测井与井温测井双重检测，胶结质量合格率≥90%。
4.3 过程监测与记录
实施"五定"监测制度：定人（专职质量员）、定时（每2h）、定点（井口、泥浆罐、钻台）、定项（泥浆性能、钻压、转速等12项参数）、定标（执行设计标准）。建立电子施工日志，详细记录钻进参数、地层变化、泥浆性能调整及处理措施，每小班提交质量检查报告，发现偏差立即整改（如井斜超差时采用满眼钻具组合纠偏）。
五、安全与环保措施
5.1 安全防护体系
5.1.1 硬件防护
井场设置1.8m高彩钢板围挡，入口处安装人脸识别系统。井口周围搭设2.0m宽操作平台（荷载≥2kN/m²），配备1.2m高防护栏杆及密目安全网。高空作业点（井架、天车）设置防坠落装置（生命线系统），电气设备安装漏电保护器（动作电流≤30mA）。配备两套防喷器组（环形+双闸板），压力等级35MPa，定期进行1.5倍额定压力试压。
5.1.2 管理措施
实行"三级安全教育"（公司、项目部、班组），特种作业人员持证上岗。每日召开班前安全会（15min），进行风险告知与安全技术交底。设置专职安全员（持证A证），实施"走动式管理"，重点检查吊装作业（吊装半径内严禁站人）、动火作业（办理许可证）及有限空间作业（强制通风+气体检测）。每月组织一次应急演练，内容包括井喷处置、触电急救、火灾扑救等。
5.2 环境保护措施
5.2.1 污染防控
钻井废水采用"三级沉淀+气浮+过滤"处理工艺，处理后回用（回用率≥80%），不外排。废弃泥浆经脱水固化（添加1%聚丙烯酰胺），干泥饼运至合规填埋场处置。钻屑分类存放，可利用部分（如砂岩碎块）用于场地平整，其余委托有资质单位处理。设置隔声屏障（降噪量≥25dB），将施工噪声控制在昼间≤70dB、夜间≤55dB。
5.2.2 生态保护
井场周边设置截水沟与沉淀池（总容积50m³），防止雨水冲刷引起水土流失。施工期进行生态监测（每3天一次），内容包括土壤含水率、植被覆盖度及地下水水位。完井后及时恢复场地原貌，表层土（厚50cm）予以保留复用，种植本地物种（如樟树、杜鹃）进行生态修复。
六、应急预案
6.1 井喷处置
发现溢流（井口返速加快、泥浆池液面上升）立即启动预案：①发出警报，切断井场火源；②关闭防喷器，记录立管压力与套管压力；③启动节流压井系统，注入加重泥浆（密度1.40-1.50g/cm³）；④若发生井喷失控，立即组织人员撤离，同时向当地应急管理部门报告。储备加重剂（重晶石）50t，确保能在2h内将泥浆密度提高至设计压井值。
6.2 井塌处理
当出现井塌征兆（返出岩屑增大、泵压波动），采取以下措施：①立即停止钻进，维持泥浆循环；②提高泥浆密度（增加值≤0.05g/cm³），加入2%KCl防塌剂；③若发生卡钻，采用"泡点解卡液+震击器"联合处理，严禁硬拔（提拉力≤钻杆屈服强度80%）。井场储备解卡剂（油基+水基各5m³），确保能快速处置卡钻事故。
6.3 环境污染应急
发生泥浆泄漏时，立即启动"三级围堵"（泄漏点围堰、场地截水沟、应急池），防止污染物扩散。泄漏土壤采用"挖掘-转运-固化"处理，污染水体投加吸附剂（活性炭，投加量50g/m³）。配备应急物资库，包含围油栏（100m）、吸油毡（500kg）、中和剂（熟石灰5t）等，确保能在30min内响应。
七、工程验收与后期管理
7.1 验收标准
工程验收分为中间验收（3次）和最终验收：中间验收包括表层固井质量（50m）、技术套管固井质量（300m）及洗井效果（含砂量）；最终验收内容包括井身质量（井斜、井径）、出水量（稳定流抽水试验）、水质指标（35项全分析）及资料完整性（施工日志、测井曲线等）。验收执行《供水管井技术规范》（GB/T50296-2014）及设计要求，不合格项需限期整改（整改期≤7天）。
7.2 后期监测
设置长期监测井（1眼），定期监测地下水位（每月1次）、水质（每季度1次）及井口沉降（每半年1次）。建立水井档案，包含井身结构图、地层柱状图、抽水试验曲线等资料。提供1年质保期，质保期内进行三次回访（3个月、6个月、12个月），协助业主进行水泵维护（每运行3000h更换润滑油）及滤水管清洗（每年1次）。
本方案针对鹰潭地区地质特征，通过优化钻井工艺、强化质量控制及完善安全环保措施，确保深井施工安全高效完成。施工过程中需严格执行设计要求，加强过程监测与动态调整，当遇到复杂地质条件（如大裂隙、高承压水）时，应及时组织专家论证，制定专项处置措施。