水文孔单孔设计.doc

第一部分 水文地质技术要求
一、钻孔性质
该孔为煤系水文观测孔，终孔层位为进入6#煤下5m，设计孔深564米。
二、钻孔坐标
X：4422552.306，Y：37520678.541，H：1342
三、钻孔结构与套管结构
钻孔结构：一开口径Φ311/0～130m
二开口径Φ190/130～480m
三开口径Φ127/480～564m
套管结构：Φ219/＋0.5～130m
Φ168/＋0.5～480m
四、岩芯采取
本孔全孔取芯，岩芯采取率在砂层、砂砾层大于30%，其余地层大于70%。
岩芯直径应与相应岩芯管保持一致，误差不大于2mm；取芯时，应保证岩芯完整，必须按顺序排好，严防颠倒。岩芯必须洗净，按顺序编号、装箱，拍照并妥善保管；需要测试的岩样及时送至实验室。
五、岩性编录
岩芯取出后，要按顺序放入岩芯箱内，及时填写回次票，并妥善保护。需取岩土样的层段按取样要求及时采集。层厚达0.2m及以上要进行岩性鉴定和描述，层厚达0.5m及以上分层，岩性描述符合规范要求。取芯钻孔应对孔内岩性按揭露顺序对岩芯拍照保存。
六、孔斜要求
孔深300 m及以内孔斜不超过3°，以下每100 m递增不超过1°30′。钻进过程中，每100m测斜一次并根据测斜结果及时纠偏。
七、孔深误差
为准确掌握钻孔深度，在钻孔施工中严格执行钻孔孔深丈量规定。每钻进50m，终孔或漏水严重处均要求丈量钻具，孔深误差不大于1.5‰。
八、钻井冲洗液
为了防止含水层受到堵塞，基岩含水层或试验段（观测段）应采用清水或稀泥浆钻进，遇特殊情况可采用低固相优质泥浆。
九、简易水文
正常钻进中，每次下钻前、提钻后观测一次水位，停钻后，每2小时观测一次孔内水位，终孔后观测孔内近似稳定水位；掉钻时要准确测量其深度；冲洗液消耗量，正常钻进中每2小时观测一次，遇耗漏水时要加密进行观测，漏水量较大时要加密到每半小时观测1次，并要测量最大消耗量；溶洞、裂隙、破碎带其上、下界面深度应有判层记录，详细记录孔内情况，如钻具突落位置、冲洗液颜色变化、耗水量及水位变化情况，充填型溶洞每回次进尺应取出一定数量的溶洞充填物。
十、封闭止水及质量检查
套管下置设计目的层位并固管后，需分别对套管丝扣和底口进行止水质量检查。达不到止水质量标准必须重新固管并作质量检查，直至合格后方可继续钻进。
十一、水文地质测井
水文地质测井是详细了解钻孔所揭露地层岩性组合、确定含水层位置、厚度及物性特征的主要手段。本孔常规测井项目包括：视电阻率、自然电位、人工伽马、自然伽马、井径、井斜、井温。
（1）严格按测井通知书要求逐一进行测井作业。
（2）测井前，首先对仪器按《规程》要求进行调校、刻度及测试，做好施工前的各项准备工作。
（3）测井前应将钻具下到井底进行冲洗，使全孔井液均匀、孔内通畅；测井人员和设备到达井场后及时提出钻具。
（4）测井曲线深度比例尺，要与解释精度要求相适应；横向比例尺必须用相应的物理量标注，并使其便于取值。
（5）测井参数要求齐全，测井曲线反应正常，物性特征明显，裂隙出水段（含水层）定性解释可靠，测斜、测温资料正确，原始记录齐全、准确、清楚。
（6）测井结束后，要进行井场初步解释工作，并向地质方提交含水层解释成果和测斜成果。与钻探分层出入较大或曲线出现异常时要仔细查找原因并予以现场解决，必要时重新测井。
（7）使用两台以上仪器工作时应做一致性检查测量，其误差不大于5%。
（8）严格按《煤炭地球物理测井规范》（DZ/T0080-2010）进行测井质量评级测井质量应符合《煤田勘探钻孔工程质量标准》甲级孔要求。
十二、抽水试验
本孔设计单孔稳定流抽水试验1层次，抽水层位5、6煤顶板砂岩。抽水试验按规范及设计要求执行。抽水试验之前，需编制抽水试验设计。
1、洗孔及试抽
（1）洗井
进行抽水试验前，对钻孔进行洗井工作，洗井工作包括：六偏磷酸钠溶液浸泡、压风机洗井等方法。要求：
a、下钻具对抽水试验层段用清水冲孔，冲净孔内淤积物,返清后下入六偏磷酸钠溶液浸泡24小时；
b、孔内下入钻具后，一般连接压风机或下入潜水泵，对钻孔进行洗井工作，直至水清砂静，确保洗孔质量；
c、各孔洗孔结束后，由地质员检测抽水目的层段淤塞长度，当淤塞长度达到抽水层段1/8时，抽水前需对孔内淤塞物进行专门打捞，并经地测通防部现场验收
（2）试抽
洗井质量合格后，对孔内下入潜水泵尽机械能力进行最大降深的试抽工作，初步了解水位降深值与涌水量的关系，为正式抽水合理布置降程提供依据。试抽的全部资料必须有正式记录。
2、正式抽水
①试验抽水结束获得自然水位后，进行正式稳定流抽水。试验过程中，严禁抽出的水就地排放造成回渗或倒灌，注意观测地面塌陷，沉降现象。
②一般要求进行三次水位降低。其中最大下降值可尽抽水设备最大能力，其余2次下降值分别为最大下降值的1/3和2/3，先抽最大降深。由于奥灰含水层富水性强，要求根据最大降深抽水试验结果进行降程分布：若降深大于9m时，则进行三次降程试验，每次降距不小于3m，且合理分布；若涌水量大于140m3/h，但受钻孔结构等其它条件限制降深不满足三次降程、每次降距不小于3m的要求时，最小降距应不小于1m抽三次降程试验；如果降深小于3m时，可尽抽水设备最大能力进行一次最大降深的抽水。
③抽水延续时间与稳定时间。第一次水位降深延续时间不少于24小时，其余各点降深的延续时间不作具体要求。每个降深点稳定时间不少于8小时。单位涌水量小于0.01L /s·m，可尽机械能力作一次最大降深，但抽水延续时间应不低于36小时。
④动水位与流量必须同时观测。最大降深按非稳定流进行观测，其余2次降深可按稳定流进行观测。开始抽水水位观测时间间距按1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120分钟进行，以后每隔30分钟观测一次，直至抽水结束。
稳定时间内水位和流量的变化幅度要求：水位降深大于5m时，主孔水位变化幅度不大于1％。小于5m时，则要求主孔水位变化小于5cm。观测孔水位变化要求小于2cm；流量变化幅度：q≥0.01L/s时不大于3％。q<0.01L/s时，不大于5％。
稳定时间内水位降低和流量变化幅度计算方法：变化幅度=（观测值与平均值的最大差值/平均值）×100%
稳定时间内变化幅度系指在平均值上、下跳动幅度。若水位与流量差值虽已符合要求，但呈单一方向持续下降或上升时，抽水试验时间应再延长8h以上。
抽水试验应连续进行。抽水中断，而中断前抽水已超过6小时，且中断时间不超过1小时，则中断前的抽水时间仍可计入延续时间内，否则一律作废。在中断抽水时间内，应按观测稳定（静止）水位的要求观测水位，直到重新抽水为止。
⑤水温、气温的测量。在抽水过程中每隔2～4小时同时观测一次。
⑥抽水过程中，必须随时绘制Q、S—T、Q=f(S)及q=f(S)曲线，以便及时发现和纠正抽水发生的错误。
⑦静止水位与恢复水位观测
各单孔正式抽水前及结束后，各探查孔均应进行静止水位和恢复水位的观测。在观测过程中，严禁采用注水或提水的方法帮助稳定。
恢复观测时间，开始时一般可按l、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30分钟观测，而后按10分钟的时间间隔观测满两个小时，以后每隔30分钟观测一次，直至稳定。观测孔与主孔应同一时间观测。
静止水位和恢复水位符合下列条件之一时，方可停止观测。连续三小时水位不变；水位呈单向变化，连续四小时内每小时升降不超过1cm；水位呈踞齿状变化，连续四小时内升降最大差值不超过5cm；采用压力表观测时，连续八小时指针不动。达不到上述要求，但总观测时间已超过72小时，可停止观测。
⑧在最后一个降深结束前采取全分析水样，并及时送验。
⑨其他要求
a、抽水试验结束后，需用钻具探测孔深，当孔内淤塞物达到及超过含水层段1/8时，要专门进行打捞并符合规定。
b、经验收孔内淤塞物未超过含水层段1/8时，及时在钻孔内安装水文自动监测系统分站，以便观测水位及水温变化情况。
十三、水质分析
对本钻孔的抽水试验抽水层段采集1组水样进行水质全分析。所取水样必须按照相关规范要求进行保管、运输，并送往专业实验室进行测试。
全分析分析项目为：Ca2＋、Mg2＋、K＋、Na＋、Fe2＋、Fe3＋、NH4＋、Cl－、HCO3－、SO42－、CO32－、NO3－、NO2－、硬度、总矿化度、PH值、可溶性CO2。
十四、岩样及煤样采集
为研究矿井主要含隔水层的岩层组合力学性质、岩层组合特征及其水理性质，在钻探施工过程中对主要含隔水层采取岩样进行相关测试。
在本钻孔的抽水目的层段采取14组岩样，进行物理力学性能测定，岩芯直径不小于80mm。测试项目如下：
主要包括：比重、容重、含水量、孔隙率、岩石自然吸水率、普氏硬度系数、抗拉强度、抗压强度、凝聚力系数、内摩擦角、弹性模量、泊松比等参数。
本孔共取3组煤样，分别为4煤、5煤、6煤各取一组，煤样主要测试其抗拉强度和抗压强度。
岩石样取出后要及时进行编号，鉴定和蜡封处理，置于岩芯箱中稳妥保存，对岩芯现场逐段照相记录，并作为成果资料提交。
十五、工程测量
本钻孔进行坐标与高程测量（80坐标，钻孔施工结束后复测孔口坐标及高程，水文观测孔加测孔口标高）。要求如下
1、钻孔放样：按设计钻孔坐标用全站仪放样。
2、钻孔测定：在GPS点的基础上使用全站仪或GPS接收机测定其平面位置；在四等水准的基础上以等外水准测定其高程。
3、各项要求按《煤炭资源勘探工程测量规程》的有关要求执行。
十六、动态观测
本孔留作煤系长观孔，孔口要打好水泥墩，孔口管高出地表1m，并安装水文自动监测系统分站及保护装置（分站由矿提供）。
第二部分 钻探工程技术要求
一、钻探工程施工布署
本孔为煤系抽水观测孔，既要控制煤岩层产状及厚度变化情况，同时监测砂岩裂隙水水位。钻探取芯、测井、抽水试验、非目的层止水等各分项工程，按施工工艺流程顺序安排(见施工工艺流程图)。
二、主要钻探设备
钻机型号：TSJ-1000
钻 塔：A24
泥浆泵：TBW850
柴油机：6135-120HP
电焊机：BX3-500
发电机：50GF43
三、下管、止水
设计原则：针对钻井施工中遇到的技术难题，制定较合理的技术对策，克服井下复杂情况，保证安全，提高钻效，保护目的层，达到提高经济效益之目的。
（1）套管护孔
根据要求下入相应规格套管，数量应根据地层厚度而定。
应提前做好下管前的准备工作。丈量套管每根的长度，根据孔深调整好所下长度和根数，编好顺序号。弯曲的套管严禁下入孔内，必须先用不小于20m长的套管试下一次，试下顺利后集中全机人力突击下套管，力争在8小时内全部下入。在下管前没有试下，绝对不允许盲目下管，以免造成事故。
下套管时必须有下入的顺序长度记录，记录必须准确无误。套管下好后，套管头的周围必须用草绳或麻和粘土、胶皮封闭以防岩粉灌入，同时使套管处于伸直状态，孔口用夹板固定牢。

常规测井
钻进至终孔
地质编录
初步验收
验收、质量评定、交孔
采样
送验
抽水试验
设备安装、验收
换径进行下部施工
开孔、下表层套管
制备泥浆
开挖泥浆池
三通一平
测量布孔
工程测量

施工工艺流程图

（2）下管、焊接关键工序
① 明确焊接过程的作业人。
② 对焊接过程的主要设备能力进行检验。
③ 根据产品要求及具体施工条件，在满足规范及作业指导书要求的前提下确定焊接工作环境。
④ 对焊接所用焊条进行确认。
⑤ 确定焊接的施工工艺及参数。
⑥ 在符合上述条件下方可进行现场焊接试验。按要求对试验样品进行检验和试验。井管焊接应进行现场打压试验。
⑦ 检验与试验合格后由项目经理批准执行。
（3）下管的套管要求
各钻孔按照钻孔结构下入套管，采用焊接连接，升降机提吊下入孔内预定位置。
（4）下管、焊接注意事项
① 下管前必须使用通径规对管材逐根检测内径，保证下部钻进。
② 下管前要校正孔深，充分圆孔，用长度不小于15m的同径管材探孔，顺利后才能进行下管工作。
③ 下管前必须对套管进行丈量、编号、计算清楚，与钻孔深度相对应，防止数字不准或错根现象发生。下管过程中应及时地逐根记录。
④ 下管前要检查设备、钻塔（井架）、钻机提升系统等，保证其安全、可靠，否则不能下管。
⑤ 下管前必须有技术负责人签认的下管设计书，并在下管作业前要召开下管技术交底会，各岗操作人员要分工明确，积极配合，预防止各类事故发生。
⑥ 下管时操作人员必须经常检查井口固定装置和钻机提升系统的状况，防止出现跑管现象。
⑦ 电焊连接的套管，必须保证焊接的密封和连接质量；丝扣连接的套管，必须保证丝扣的密封和连接质量，丝扣必须上紧，并涂抹丝扣密封脂。
⑧ 下管过程不能无故停顿。
⑨ 下完套管后应及时核对下入的套管与设计是否相符。
为防止有的钻孔可能自流，保证抽放水试验，地面管口必须预留丝扣。
（5）封闭止水方法
各钻孔封闭止水方法均为套管外全井段水泥永久性封闭止水。套管平孔口的钻孔，水泥浆应返出地表；在孔内重叠的套管，水泥浆要返到设计高度。
（6）封闭止水质量检查
水泥候凝时间不小于72小时，扫透水泥塞后对水泥封闭止水质量进行检查，合格时方能进行下步工序。
封闭止水质量的检验方法：a.探井管内水泥塞长度与封闭止水设计书是否相符；b.扫开井管内水泥塞后，在井管内注满钻井液，连续观测4小时，液面下降不超过2cm/h时，封闭止水质量合格。
四、其它要求
（1）设备安装必须牢固、周正、确保三点在一条垂线上，钻进工程施工过程中应严格按照钻探规程进行操作，防止孔斜，保证泵管或压风机水管的顺利下入和抽水设备正常工作。
(2)全孔除坍塌段采用特殊情况泥浆钻进外，其它段尽可能采用清水钻进。
(3)若施工过程中需进行钻孔结构更改，需经技术负责或项目经理批准后方可进行。
(4)认真执行钻探安全操作规程，防止三大事故发生。
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目 录

第一部分 水文地质技术要求
一、钻孔性质 1
二、钻孔坐标 1
三、钻孔结构与套管结构 1
四、岩芯采取 1
五、岩性编录 1
六、孔斜要求 1
七、孔深误差 2
八、钻井冲洗液 2
九、简易水文 2
十、封闭止水及质量检查 2
十一、水文地质测井 3
十二、抽水试验 3
十三、水质分析 6
十四、岩样及煤样采集 6
十五、工程测量 7
十六、动态观测 7
第二部分 钻探工程技术要求
一、钻探工程施工部署 7
二、主要钻探设备 8
三、下管、止水 8
四、其它要求 11

鄂尔多斯市华兴能源有限责任公司
唐家会煤矿首采区水文地质勘探

1水5号钻孔单孔设计

中国煤炭地质总局华盛水文地质勘察工程公司
二〇一四年八月