水文水井钻孔结构设计.ppt

* * 第一章 水文水井钻孔结构设计 一、钻孔结构设计的重要性 正确的设计钻孔结构是保证顺利钻进、提高效率、节约材料、降低成本和获得准确的地质资料的一项关键性技术措施。 二、钻孔结构设计的内容 井深、井径、换径程序、成井方法和抽水试验等。 三、钻孔结构设计的要求 1、水文钻孔结构设计 主要满足获取水文地质资料。 2、水井的井身结构设计 以有利于开采地下水为目的。 第一节 水文钻孔结构设计一、设计的内容 开孔直径、终孔直径、钻孔深度、中间套管的层次结构和深度、过滤器的类型和规格、止水方法、抽水试验、钻进工艺和成井方法等。 二、设计步骤 首先设计过滤器，然后根据地层自下而上进行套管和钻头尺寸和类型的设计。提出钻进各地层的工艺措施，规定成井方法和抽水试验方案，填写施工技术设计书。 过滤管 开采管 技术套管 导向管 孔口管 三、套 管类型 1、孔口管 加固孔口，使孔口在钻进时不受循环的冲洗液冲刷而破坏。 2、导向管 保证钻孔垂直、封闭上部无用的含水层、防止不稳定的松散岩层发生漏失、在钻进下部岩层时约束钻具而导向。有时导向管与技术套管为同一管柱，在这种情况下导向管的深度可以增加。在另一些情况下，导向管和井口管亦可合二为一。此时井口管的管径不能太大。导向管外一般要求固结，尤其是管底和管口应进行封牢。 3、技术套管 在钻进到达目的层之前，出现了意外的含水层或不稳定岩层，有坍塌或严重漏失，严重影响继续钻进时下入。技术套管是为了解决施工技术而下的套管。 4、开采管 在水文钻探中称抽水管。它有时代替导向管和技术管封闭上部的无用含水层和不稳定岩层。一般开采管下到目的层的顶板。它是含水层中水的必经之路。 5、过滤管 也称过滤器，安装在含水层段，滤水挡砂，地下水经过过滤管流入孔内，再经抽水机达到地面。 套管综合示意图 1－井口管， 2－导向管， 3－开采管， 4－过滤管， 5－技术套管 第二节 供水井的井身结构设计一、设计的依据 设计供水井井身结构时，在地质勘探的基础上，要依据使用单位所提出的供水量的要求进行供水井的井身结构设计。因此，计算单井涌水量是设计供水井首先要解决的问题。 二、单井涌水量的计算 单井涌水量计算的理论基础，是1863年法国水力学家裘布依奠定的。它是以稳定流理论为基础的。假定了在潜水和承压水抽水时，于一定时间后是稳定的如图所示，抽水是连续不断的，水流为层流，形成一个动平衡状态。 潜水完全井抽水示意图 承压水井抽水示意图 以上的方程式称裘布依单井涌水量方程式。依此而导出的方程式很多，可参考《供水水文地质手册》(2)。 从以上公式可以看出：当已知含水层厚度、过滤器规格而进行抽水获得水位降时即可求得地层的渗透系数K。这就是地质勘探所完成的，具体算法可参考供水水文地质手册中的图表。而当已掌握了该地区的地质资料(即K为已知数)我们可以求出涌水量与过滤器尺寸的关系，这就是供水设计者的任务。关于过滤器尺寸的计算将在第九章介绍。 三、供水井井身结构设计 从以上讨论可知供水井的过滤器尺寸可以由计算得知。但在设计供水井井径时，往往还要考虑过滤器的类型。当前我国采用的过滤器和井管种类繁多，同样的内径过滤器，外径相差很大，同类型的过滤器不同厂家的产品出水效果差异相当大。例如，采用钢管骨架过滤器比水泥砾石过滤器直径要小的多。因此，当前尚难总结出严格的科学的规律来。有关过滤器种类、尺寸与出水量的关系将在第九章详细讨论。除去过滤器，井管是水的通道。它的直径也与涌水量有关。井管类型还与井深有关。例如陶瓷管只能用于浅井中，而深井则需要强度大的钢管或铸铁管。 四、供水井井身结构例举 1、当含水层较浅时 如图A所示为我国当前常用的浅井农田水利供水井结构，称作“一径成井、一道管柱、一种管径”。这种井身结构特点是简单，但往往会造成上下含水层互相串通。为了改善这种情况，在填砾时，应分层填砾，分层隔离止水。如图B所示那样。