清砂下衬管一体化修井工艺研究与应用

李东力 狄茂 杨宇松

【摘 要】地下水是许多城市的主要水源，水井是开采地下水的重要设施，其在使用过程中容易出现筛管或套管损坏，大量砂子随水流进入井内等现象，造成井中砂面上升影响出水量，这时需要修井。常规修井工艺只是针对漏砂量较小的水井进行的修补措施。根据检测结果，在漏砂量较大时，筛管的漏点多数在砂埋当中，没有外露，要想局部修补就只能先清砂，到露出漏点后再行修补，而目前清砂工艺效率较低，清砂速度没有漏砂速度快，一味清砂会造成含水层结构变化，导致井管断裂，井口坍塌。所以在水井修复中，如果遇上套管、筛管出现较大漏砂时只能报废。针对这一问题，科研人员研究出清砂下衬管一体化修井工艺，该工艺应用高效清砂技术在清砂的同时下入衬管，成功修复了许多漏砂严重的报废水井。

【关键词】修井工艺、清砂、下衬管、一体化、应用

Abstract: The groundwater is the main water source for many city, groundwater wells is important infrastructure, the appears easily in use process screen pipe or casing damage, large amounts of sand with the flow of water into the well and other phenomena, resulting in well sand surface effect of rising water, then the need for well repairing. Conventional workover technology only for sand leakage the small amount of wells for repairing measures. According to the test results, the sand leakage when the amount is larger, sieve tube leakage mostly in sand buried, not exserted, to local repair will first clear sand, exposed to leak after repair, and the sand removal technology in low efficiency, no leakage of sand sand cleaning speed fast, a sand will causing aquifer structure changes, leading to the well pipe fracture, well collapse. So in the well repairing, if casing, screen appear larger sand leakage can only be scrapped. Aiming at this problem, the research of clearing sand liner integration workover technology, application of the technology of Gao Xiaoqing sand technology in the sand and into the liner, successful repair of a lot of sand leakage serious waste water.

Key words:workover technology; cleaning; lower liner; integration; application

中图分类号：TE373 文献标识码：A文章编号：

一、主要研究内容及技术关键点

本文针对水井的套管、筛管出现较大漏砂无法修复的情况，研究一种可以在高效清砂的同时下入衬管，阻断砂子涌入的修井工艺。

技术关键点：清砂下衬管一体化修井工艺技术方案的设计。

在清砂与下衬管一体化施工中，衬管需要套在清砂装置外侧，清砂装置的外径在100-200mm之间，因此所选衬管的管径必须大于清砂装置外径。在该工艺施工时，衬管容易受到砂子的挤压、摩擦，需要选择抗挤压、摩擦的管材。随着清砂的进行，砂面及水位不断下降，井内压力降低，在压差作用下，漏砂量可能增加，需要一种高效清砂工艺快速清砂。同时，含水层地质构造在压差作用下可能发生变化，容易将原始井管挤压变形而导致水井报废，需要采取预防措施减小井内外压差。

二、清砂下衬管一体化工艺技术方案研究

针对清砂下衬管一体化工艺中的主要技术难题制定解决方案：

（一）选择合理的衬管材质、管径及连接方式。衬管包含三部分,至下而上分别为敞口式沉砂管、筛管、套管。材质有铸铁、钢管、PVC等。为了使衬管下入过程中不至于因砂子的挤压、摩擦作用而變形，选择钢质衬管。衬管中筛管段有钢质绕丝筛管、桥式筛管两种，为了防止在衬管下入过程中筛管与井壁及砂子摩擦而使绕丝脱落，选择桥式筛管。目前水井井径一般在200-500mm之间，衬管管径在这个范围内选择，衬管管径越大，其与原井管的环形空间越小，下入井底后的阻砂能力越强，修复后水量恢复率越高，泵型选择范围越宽。另外，考虑到法兰连接操作简便，效率很高，但会影响衬管管径的选择范围，而焊接操作时由于操作时间延长，影响清砂效率，所以选择螺纹连接方式。螺纹连接具有操作简便，连接效率高等优点，不影响衬管管径的选择范围。

（二）高效清砂技术的研究与应用。目前国内水井修复中清砂一般采用两种方式：一种是人工捞砂。捞砂采用的捞砂筒，捞砂筒有多种规格，可根据不同井径选用，该种方法操作简便但效率较低。另一种是冲砂。冲砂的工作量大，工作程序复杂，效率相对较高。目前国内冲砂工艺均采用同心式反循环法。其外层是冲砂管（一般是100mm），在冲砂管内部有一根风管（一般是50mm），冲砂管、风管均采用丝扣连接。该工艺存在以下问题：1.冲砂管内有风管，期间的间隙很小，对冲上来的砂子阻力加大，易被较大的砂石等堵塞。2.冲砂管内气、水、砂混合物的过流断面小，效率低。3.风管和冲砂管的虽然均采用丝扣连接，但下管连接程序复杂，延长了冲砂时间。针对同心式反循环法存在的问题，科研人员研究试验并列式反循环法冲砂。即风管和冲砂管并列下入井内，两者做捆绑固定。风管采用耐高压橡胶管，有丝扣连接。简化了下管工艺，而且使出砂的空间大大增加，减小了出砂时的阻力，大大提高了冲砂效果和工作效率。下面是两种冲砂工艺对比图：

（三）实施技术方案

将风管及冲砂管套入衬管后一并下入井中，高压空气送到冲砂管中带动冲砂管内的水向上流动，冲砂管内形成负压，管外井水及砂子在压差下流入冲砂管并喷出井口，从而达到清砂的效果。该工艺清砂的速度远远大于进砂的速度。随着清砂的进行，衬管在自身重力的作用下随砂面下落，当下落到漏点位置时，由于衬管与原始井管间的环形空间狭小，能够阻挡漏砂点的泥沙进入井内。随着清砂作业的进行，井内水面及砂面急剧下降，含水层的水流势必加速涌向井内，为了防止砂子随着水流从漏点处大量进入井内，必须要保持井内压力，研究采用向井内回注水的方法，使井内水面上升，保持井内压力高于井管外部压力，使井壁外部砂砾的流动性能降低，最大限度的阻止井管外部砂料的进入。清砂下衬管一体化工艺方案如下图所示：

三、工藝应用效果

（一）深井原始资料

工艺研究成功后，在某水源14-3#深井进行了应用。该井为1993年4月投产,初始涌水量3600m3，井径DN300mm井 深146.7m，筛管位置114.89—138.2m。由于严重出砂，出水量少，使用井下电视检测发现砂面已上升到筛管121.5m处，筛管段只余下6.61m，涌水量大大减少。传统工艺修井清砂5min仍然大量出砂且伴有小粒砾石，继续冲砂会造成井口塌陷，井管断裂，判断故障为筛管段底部有较大漏点，传统修井工艺已无法修复该井，只能报废。如果不打新井，近3km的集水干线和电力设施就要废弃，在这种情况下对该井进行清砂下衬管一体化工艺应用试验。

（二）制定、实施修井工艺方案

1.采用清砂下衬管一体化工艺。首先，选择衬管管径为φ273mm，衬管下部由8.5m长的沉砂管焊接23.3m长的桥式筛管，在筛管另一边焊接螺纹套管。将冲砂管和风管捆扎后套入衬管中一并下入待修水井，采用并列式反循环法冲砂工艺进行带管冲砂。随着砂面的下降，衬管也不断下入。在井口用螺纹连接方式不断增加套管及冲砂管长度，直至清砂完毕，共下入48根冲砂管，合计总长度为146m，此时共下入衬管146.5m，所下衬管底部也到达原始水井的井底。

2.固井与洗井。在原井与衬管间的环形空间投入预先筛选好的规格为2-3mm砾石，作为集水的渗透层，对进入井内的水起到有效的过滤作用。当砾石的高度达到95m时，向环形空间填入粘土并夯实，井口部分使用水泥砂浆固定。固井完成后应用强力活塞进行水井抽洗，经过近40h的连续抽洗，抽洗水颜色由混浊变清澈，停止抽洗。

3.试水实验。采用三角堰法进行试水，稳定2h后，试水水量为3200m3/d，水质含砂量≤0.02%。

四、应用效益

清砂下衬管一体化工艺在技术和施工上是完全可行的，施工作业时需要根据不同深井的实际情况确定具体数据。

（一）经济效益

按目前新打井与使用该工艺修井费用比较，新打一口井径φ273mm，井深150m的深井，需要施工费用19万元；所需配套设施费用在15万元左右，因此，重新建设一口新水井的费用约为34万元。应用清砂下衬管一体化工艺修井全部费用12万元，为打井费用的35%—60%。修井完工后，下泵即可并网投入运行。免去了新打井时的征地，打井后建设井房、铺设管线、流程、架设电力线路等的投入及时间的消耗，实效性极强。

（二）社会效益

清砂下衬管一体化工艺技术的研究应用，结束了水井腐蚀严重后大量出砂的故障水井不能修复的历史，提高了供水安全保障性。

五、结束语

目前国内水井钻凿施工工艺比较成熟，对于水井的修复还处在起步发展阶段，尤其对大量出砂的水井目前还没有有效的修井手段。清砂下衬管一体化工艺技术的研究应用对于延长水井的使用寿命，实现已有资源配置的再利用，降低生产费用的投入起到了积极的作用，具有很高的经济效益。