淺析地?zé)峋八目字顾に嚪段?/h1>
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地?zé)?/a>資源在緩解現(xiàn)階段能源壓力和保護(hù)自然環(huán)境中的重要作用，在簡(jiǎn)述地?zé)峋c水文孔對(duì)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用具有的關(guān)鍵作用基礎(chǔ)上，對(duì)止水裝置制作及原理進(jìn)行深入分析，并結(jié)合實(shí)例驗(yàn)證了這一止水工藝的有效性和可行性。
【關(guān)鍵詞】地?zé)豳Y源；地?zé)峋凰目祝恢顾に?/p>
前言
如今，地?zé)豳Y源的興起和使用極大地緩解了一次能源供應(yīng)壓力，在減少環(huán)境破壞上也起到了重要作用。在地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)與應(yīng)用過(guò)程中，需要進(jìn)行地?zé)峋c水文孔的開(kāi)挖鉆探，用于了解資源狀況。為保證鉆探順利完成，需要切實(shí)做好止水。但傳統(tǒng)的止水措施已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際要求，亟須制定先止水工藝，研制新型止水裝置。
1地?zé)峋c水文孔止水重要性
地?zé)崾且环N新能源，近幾年國(guó)內(nèi)正廣泛用于包含種植、采暖和醫(yī)療等在內(nèi)的不同領(lǐng)域，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展創(chuàng)造了極大效益。尤其是大城市對(duì)地?zé)豳Y源的合理開(kāi)發(fā)、應(yīng)用，極大地改善了自然環(huán)境，減少煤炭等資料的消耗，進(jìn)一步提高人們的生活水平與質(zhì)量[1]。很多地區(qū)都蘊(yùn)藏有極為豐富的地?zé)豳Y源，尤其是新近系與古今系等的松散構(gòu)造層，為含水提供良好介質(zhì)，同時(shí)受到覆蓋層持續(xù)高溫與高壓作用，產(chǎn)生高溫?zé)崴＝?jīng)現(xiàn)場(chǎng)鉆探，地?zé)崴臏囟瓤梢赃_(dá)到78℃以上。開(kāi)展地?zé)峋@孔作業(yè)的主要目的在于深入了解儲(chǔ)熱層實(shí)際狀況，包括基本巖性、各層層厚、實(shí)際深度、熱水溫度、熱水?dāng)?shù)量及實(shí)際水位，據(jù)此能掌握資源賦存條件、規(guī)律及分布特性。對(duì)于地?zé)峋涑隹谒暮筒捎玫闹顾に嚧嬖诿芮械穆?lián)系。基于此，采取適宜的止水工藝加強(qiáng)治水，是極其重要的步驟。普通地?zé)峋弥顾に嚍樵谔坠芗捌浣诲e(cuò)部位與下端采用止水材料，材料遇水后將發(fā)生膨脹，然后用鉛絲進(jìn)行綁扎，放入到止水層段實(shí)現(xiàn)封閉止水。這種方法雖然使用了很多，但向孔中放入套管時(shí)，會(huì)因?yàn)槔p在套管表面的膠條和經(jīng)閉關(guān)發(fā)生摩掛，尤其是下端設(shè)置的止水材料，極易被井壁磨掛，使膨脹材料發(fā)生移位，導(dǎo)致止水失敗，對(duì)地?zé)峋@探作業(yè)造成影響，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量要求。采用止水裝置后，通過(guò)異徑止水，在兩板間設(shè)置硅膠板，借助其遇水后膨脹的特性，加強(qiáng)止水效果。該止水裝置能從根本上克服傳統(tǒng)止水材料局限性，目前已經(jīng)能廣泛用在地?zé)峋八木榷鄠€(gè)領(lǐng)域。
2封水止水裝置的制作與止水基本原理分析
2.1封水止水裝置制作過(guò)程
止水裝置主要由三部分構(gòu)成，分別為軸承、套管及硅膠板。其中，套管是止水裝置的主體管，硅膠板是起止水作用的材料，填補(bǔ)套管底部和孔壁之間的縫隙；軸承為傳動(dòng)裝置。該裝置的制作方法為：將內(nèi)、外徑分別為159mm和200mm的管作為裝置的主軸，以40Mn為主要材質(zhì)，下部公頭與石油管采用絲扣進(jìn)行連接，在支撐板表面采用硅膠板作為塊料，于中部設(shè)置浮動(dòng)板。在骨架板上進(jìn)行硅膠板的填入后做浮動(dòng)添加。軸承用旋緊板進(jìn)行緊扣。
2.2基本原理分析
硅膠板遇水后體積膨脹，具有一定彈性且能止水。在橡膠中添加適量高分子材料，不僅具有橡膠制品所有性能，而且遇水后會(huì)發(fā)生膨脹，屬全新防水材料，止水效果突出，相較于普通橡膠等材料更加可靠。相比于普通材料，主要具有以下特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)：遇水后將發(fā)生明顯膨脹，可達(dá)原體積的2~3倍，能充滿接縫中每個(gè)孔隙，并產(chǎn)生接觸壓力，從根本上防止?jié)B漏。如果施工縫及接縫產(chǎn)生位移，使間隙超出最大彈性范圍，則普通材料必定失去止水效果，但這種材料能通過(guò)進(jìn)一步膨脹來(lái)繼續(xù)止水。將遇水后會(huì)發(fā)生膨脹的橡膠材料作為止水體，除了能減少材料用量，還能解決普通材料由于壓縮較大而出現(xiàn)彈性疲勞，保證防水效果。使用止水裝置時(shí)，因檔案能防將止水材料下到孔中時(shí)發(fā)生錯(cuò)位，并經(jīng)過(guò)適當(dāng)給壓，在遇水后立即膨脹，從而實(shí)現(xiàn)隔離密閉止水根本目標(biāo)[2]。
2.3主要特點(diǎn)
（1）止水裝置采用硅膠板，在遇水后體積迅速膨脹，能對(duì)地層當(dāng)中的水進(jìn)行有效封堵與阻隔。同時(shí)，膨脹的倍率很高，且具有很強(qiáng)的位移補(bǔ)充性，可在一定情況下實(shí)現(xiàn)平衡自愈，自動(dòng)封堵由于沉降產(chǎn)生的所有裂隙。（2）優(yōu)于普通止水工藝，而且制作方法簡(jiǎn)單可行，能縮短工期，節(jié)省成本。（3）裝置所用止水工藝十分簡(jiǎn)單，可滿足基本試驗(yàn)要求，且事故發(fā)生率很低，安全風(fēng)險(xiǎn)小。
2.4應(yīng)用范圍
（1）地?zé)峋┕み^(guò)程中，以電測(cè)井與鉆探成果為依據(jù)確定止水具體位置，然后對(duì)熱儲(chǔ)層進(jìn)行止水。這一止水裝置能用在涌水試驗(yàn)過(guò)程中，也能實(shí)現(xiàn)一孔多層抽水，阻隔上、下兩個(gè)含水層，而且還能在所有含水層段進(jìn)行安裝，防止由于地層垮塌造成含水層被堵。（2）無(wú)論是煤田地質(zhì)鉆孔還是水文井鉆孔，通過(guò)對(duì)這一止水裝置的合理應(yīng)用，可以起到有效隔離作用，保證工程質(zhì)量，并能加快施工效率，縮短工期。（3）針對(duì)水文水井項(xiàng)目，如固井和舊井修復(fù)，都可以采用這一止水裝置實(shí)現(xiàn)止水。
3實(shí)例分析
現(xiàn)以某熱井止水項(xiàng)目為例進(jìn)行深入分析。該項(xiàng)目施工場(chǎng)地范圍內(nèi)斷裂發(fā)育，為典型的張性斷裂，且破碎帶的寬度很大，有隨時(shí)可能發(fā)生坍塌的危險(xiǎn)。孔深的設(shè)計(jì)值為1200m，經(jīng)電測(cè)井可知，冷、熱水止水深度約486m。
3.1地?zé)峋@孔基本結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整
（1）原結(jié)構(gòu)首先，使用牙輪鉆頭鉆進(jìn)到基巖界面，放入325mm的套管，用水泥與粘土等材料進(jìn)行止水；然后按311mm的孔徑鉆進(jìn)到終孔處，放入套管，在套管外側(cè)使用水泥進(jìn)行固定與止水[3]。（2）結(jié)構(gòu)調(diào)整首先，按照450mm的孔徑鉆進(jìn)到基巖界面，放入325mm的套管，將其作為下泵段，同時(shí)進(jìn)行護(hù)壁，形成隔離覆蓋層；然后按311mm的孔徑鉆進(jìn)到終孔處，放入177.8mm的套管，在套管外側(cè)使用水泥進(jìn)行固定與止水。（3）調(diào)整后優(yōu)點(diǎn)一方面，地?zé)峋@探過(guò)程中，因孔徑持續(xù)變小，所用鉆桿的扭矩力以及鉆盤的扭矩力均會(huì)不斷減小，這樣能有效防止鉆孔中產(chǎn)生安全事故，進(jìn)一步降低安全風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，能有效縮短工期，減少原材料的成本，保證工程經(jīng)濟(jì)效益。
3.2止水過(guò)程
（1）根據(jù)現(xiàn)有電測(cè)井資料，結(jié)合鉆孔取芯實(shí)際情況與儲(chǔ)熱層所在位置，準(zhǔn)確定出止水層的位置，然后選擇質(zhì)地堅(jiān)硬且完整性好的巖石，將其作為止水段。根據(jù)井身結(jié)構(gòu)，制作尺寸適宜的隔離器，同時(shí)對(duì)止水裝置具體下入位置進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，然后用鉆具將其送到指定的位置。（2）止水裝置主軸上部采用內(nèi)反扣式接頭，而端點(diǎn)與接頭之間的連接頭，其下部采用公反絲扣，送至重疊位置以后，通過(guò)開(kāi)正車將其甩到井中，然后進(jìn)行鉆具提升，與工具扳手相連接，開(kāi)車上扣，到壓至最大限度為止。（3）將正、反絲的接手倒開(kāi)，將孔中所有鉆具都提出以后，靜置12h，采用硅膠板對(duì)兩板之間的縫隙進(jìn)行填充，然后經(jīng)充氣與充水之后，和孔壁環(huán)裝間隙實(shí)現(xiàn)封閉，以此起到應(yīng)有的止水作用效果。
3.3質(zhì)量檢查
抽水試驗(yàn)開(kāi)始前，先使用鉆具將止水管的底部掃通，含水層和止水管未連通時(shí)，持續(xù)向止水管中注入水。當(dāng)管中沒(méi)有漏失，或?qū)嶋H漏失量相對(duì)較小時(shí)，則認(rèn)為止水效果良好，可達(dá)到要求。對(duì)地?zé)峋膶?shí)際止水效果進(jìn)行檢查時(shí)，主要檢查溫度，當(dāng)溫度處在允許的范圍內(nèi)時(shí)，說(shuō)明止水效果達(dá)到要求，質(zhì)量過(guò)關(guān)[4]。
4結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，該止水技術(shù)應(yīng)成功用于多地的地?zé)峋退目住＝?jīng)抽水試驗(yàn)可知，它有效克服了采用傳統(tǒng)材料會(huì)發(fā)生磨掛的弊端，發(fā)揮出極好的止水效果，確保成孔及鉆探都可以順利完成。對(duì)于現(xiàn)有四口深度都在1200m以上的熱水井，鉆進(jìn)時(shí)泥漿實(shí)測(cè)溫度53℃，通過(guò)對(duì)上述止水裝置的應(yīng)用，完成抽水1d后，出口水溫可達(dá)97℃，每日平均出水量約1920m3，效果良好。另外，該止水裝置除了能用于熱水井，還能在水文孔鉆設(shè)中發(fā)揮相同效果。因此，這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，能為地?zé)峋八目坠ぷ魈峁┛煽考夹g(shù)保障。
參考文獻(xiàn)
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[3]江哲.地質(zhì)勘查水文孔幾種止水工藝討論[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（7）：22~23.
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作者:賈紅殿 單位:廣西壯族自治區(qū)地球物理勘察院