管井施工(casing well construction)

按照设计要求建造管状集水井的钻进作业。是工程钻探的一部分。管井是一种垂直管状的地下水集水构筑物。用于开采埋藏较深的地下水或对含水层进行回灌。管井施工过程包括钻井和成井两个环节。

钻井   采用适宜的钻机和钻进方法，在地层中钻凿符合井身结构设计要求的圆柱状孔腔的工作。

钻机   常用的有冲击式钻机和回转式钻机，以及既能回转又可冲击的复合式钻机等。其中以回转式钻机应用较多。为适应水井钻凿复杂地层、口径较大、搬迁频繁的特点，要求钻机的适应性强、输出扭矩大、运移性好。

钻进方法   管井钻凿多在松散覆盖层或基岩破碎带进行，地层较复杂，胶结差，易坍塌、漏失，取心困难》常用的钻进方法有冲击钻进、回转钻进、空气钻进和潜孔锤钻进。冲击钻进适用于松散地层，其中尤以钻进卵、砾石层效果较好。回转钻进的适用范围较广，在细颗粒松散层中钻进效率较高，其中反循环钻进特别适于在卵石、砾石、砂、土等地层钻凿大口径井，具有效率高、成本低、安全性高等特点。空气钻进由于孔底“反压差”效应，岩石呈“爆裂”形式崩离岩体，因此钻进效率高，还具有不污染井壁和岩心、不需要大量消耗清水等特点，是一种比较先进的钻井方法，在干旱缺水地区施工更具重要意义。潜孔锤钻进又称气动7中击回转钻进，具有钻进效率高、钻头寿命长、需要的钻压和转速较低、钻孔质量好等特点，在坚硬地层中钻井效率远高于其他钻井方法。

成井   井孔钻凿完成后，为疏通目的层，使之与井管空腔畅通并封闭或隔离非目的层，以保证管井能长期正常使用而进行的井管安装、填砾、止水、洗井和抽水试验等工序。

井管安装   井管的作用是保护井壁、隔离非目的层、连通目的层与管腔，使水流能顺利进入井内。井管由井壁管和滤水管组成。井管材料有钢材、铸铁、水泥和塑料等。井管必须圆直、内壁平滑并有一定机械强度和抗腐蚀性能。滤水管是装置在目的层段，使目的层中的水能畅通地流入井内，而又能阻挡管外砂和碎石进入管内并起护壁作用的井管。滤水管要有足够的进水面积、耐腐蚀、良好的滤水挡砂性能，且符合卫生要求、安装方便、成本低和取材容易等。

常用滤水管有骨架式、缠丝式、包网式、砾石式和贴砾式等类型(图1)。(1)骨架滤水管(图1a)。在管壁上用钻、冲、割、铣等方法制作有圆孔或条缝形进水通路的滤水管。按进水通道形状，有圆孔、条缝和筋条式滤水管三种。它可独立作滤水管，亦常作其他类型滤水管的骨架；(2)缠丝滤水管(图1b)。在骨架滤水管外缠绕金属、尼龙或增强玻璃纤维丝而成的滤水管；(3)包网滤水管(图1c)。在骨架滤水管外包以过滤网而成；(4)砾石滤水管。根据含水层颗粒情况，选用合适的砾石充填于骨架管和含水层之间而作成的滤水管。充填砾石的作用是在骨架管周围形成一个人工过滤层，以增大水井过滤半径。其骨架管常是骨架滤水管、缠丝滤水管或特制筐架。可分为地下填砾(图1d)和地面预制(图1e、ƒ)两类；(5)贴砾滤水管。将砾料、粘合剂、石膏等按一定比例在压模内加压、固化在骨架管外而成(图1g)。此外，还有玻璃钢滤水管、塑料游水管、水泥砾石滤水管等。不同类型古水层适用的撼水管类型如表1。

井管安装前应进行冲孔换浆，校正孔深，探孔，检查设备、管材和工具，对井管进行强度计算和校核等工作。安放井管的常用方法如表2所列，可根据成井深度、井管材质、起重设备能力等选用。

填砾   往含水层的滤水管周围囤填砾料的作业。填砾可在滤水管和含水层间形成一十人工过滤层，以增大滤水管及其四周的有效孔隙率，从而达到减少进水阻力并稳定过滤层结构，增大出水量并延长管井寿命的目的。砾料以采用标准直径D₅₀与含水层颗粒标准直径d₅₀之比值为4～10，且以硅质成分为主的干净、均匀、磨圆度好的砂砾为佳。填砾厚度一般为75～200mm，含水层颗粒越细，围填厚度越大。

填砾方法有：(1)静水填砾法，直接将砾料围填到滤水管四周；(2)抽水填砾法，在井管内抽水，同时在管外投砾，使砾料随水流沉落到滤水管周围(图2)；(3)钻杆泵入法，将砾料混入冲洗液中，用钻杆自井管外泵入孔内滤水管处。前两种方法适用于浅井和中深井。后一种方法适用于深井。

止水   为防止目的层段受到干扰和污染而进行的隔离或封闭非目的层段的作业。管井止水的要求是：(1)井口封闭严实，避免地表水渗入造成污染；(2)隔离目的层和不良含水层。以免互相串通；(3)防止高压自流水自管外流出地表。管井止水通常采用永久性的粘土止水或水泥止水法。止水效果可用水位差法、泵压法、食盐扩散法等方法检查。

洗井   清洗钻井过程中附着在井壁上或渗入到地层孔隙中的泥浆、泥皮、岩屑等，以恢复含水层孔隙，并进而抽出含水层中部分细颗粒，扩大含水层孔隙使形成一个高渗透率人工滤层的工作过程。

常用洗井方法有活塞洗井、空气洗井、喷射洗井、物理洗井、化学洗井和综合洗井。(1)活塞洗井。利用钻机升降机带动装有活塞的钻杆在井管内作上下往复运动，使产生抽吸和水击作用，以破坏填砾层外的泥皮和疏通含水层通道，并有利于砾料重新排列。形成良好滤层；(2)空气洗井。一种常规洗井方法，其中比较有效的有喷嘴反冲法和激荡洗井法两种。喷嘴反冲法是使压缩空气以高速度自喷嘴中喷出，借水气混合物的冲力通过滤水孔，在管外形成漩涡，翻动填砾层，破坏泥皮，携带含水层析出的细砂返出，从而达到洗井目的。激荡洗井法(图3)是使输送压缩空气的风管在扬水管内上下移动，当风管下移伸出扬水管以外时，气水混合物冲向含水层，当风管向上提入扬水管内时，含水层中的水被抽吸出来，从而达到洗井目的；(3)喷射洗井。利用下到滤水管部位的喷嘴向井壁喷射高压水，使滤水管外的砾料发生漩涡运动，达到清洗井壁泥皮和促使砾料重新排列，以形成良好滤层的目的；(4)物理洗井。往井内注入某种易产生强烈物理化学效应的物质，如液态二氧化碳、固态二氧化碳、液态氮等，借助其气化时产生很高的膨胀压力，使井内的水激烈运动并喷出地表，以达到洗井目的；(5)化学洗井。往井内注入某种化学药品(磷酸盐和盐酸等)来溶解和分散泥皮，疏通含水层的洗井方法；(6)综合洗井。上述各种方法配合使用，以达到最佳洗井效果的方法。

抽水试验   见水文地质试验。