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使用超聲波造影技術評估地層下陷監測井健康度水文技術組

  發刊期數:第0498期/ 發布日期:111/07/29

水利署自80年代起陸續設置磁環式地層下陷分層監測井,藉以了解不同深度土壤分層主要壓縮狀況。藉由在監測井內不同深度安裝磁環,透過每月量測磁環位移,再配合不同深度之地下水位觀測資料,可同時掌握各分層下陷變化以及不同深度土層之應力與應變關係。惟地陷監測井建置完成時間久,量測導管可能因地層壓縮造成撓曲,或磁環滑移以及井內磁環磁力隨時間而衰退,除造成量測困難外,亦可能影響磁環位置之量測結果,進而影響分層土壤地層下陷之判釋,尤以現在地層下陷趨緩,300公尺深地陷監測井,監測最大年下陷量僅3-4公分,監測精度要求愈趨高。

針對導管垂直度及磁環特性的檢測,可利用石油工業與地球物理探勘中常用於評估井下狀況的井下地球物理測量(borehole geophysical logging)方法,取得高解析度(公分尺度)的地表下井況及地層物理參數。此法已廣泛應用於近地表淺層地層到地表下數公里級深度的井下量測,並且無論是裸井或是有套管之井孔,在井孔尺寸大於儀器半徑的條件下,皆可取得連續的井測資料。

  • 圖1聲波造影範例圖圖1聲波造影範例圖

而井下環孔的高解析度超聲波攝影(High Resolution Acoustic Televiewer)於各種井況下(如混濁的鑽井泥漿或是地下水,套管的有無)皆可獲取良好的井況資訊。利用聲波影像可反映井壁的影像,常用來拍攝井下內套管的情形,或拍攝岩層裂隙的形狀(如圖1),並可一併記錄井孔隨深度改變的井向(borehole azimuth)與井偏角(borehole deviation),藉此確認井的走向或地層的相對傾角,進而建立各個量測井的基本資訊。另外,井下超聲波造影皆搭配磁力計來獲取井下隨深度變化之磁力值,藉由磁力計所記錄到的三軸磁力變化值。由此可推估地陷監測井所安裝的磁環其磁力的強度,並以此資料確認每一個磁環目前所在確實深的深度。根據所量測得到的井向、井偏、磁力等連續數值資料後,即可以此為基準校正磁環數據差值。

  • 圖2井測作業現場示意圖圖2井測作業現場示意圖

地陷監測井現地測試井測作業情形如圖2所示,測得之井偏井斜如圖3所示。由現場測試結果可看出此井在測深200公尺以上,井偏狀況良好;於200公尺以下則有較大的井偏,但仍可下放到井孔底部,對於磁環位置的偵測也能與當初設磁環位置互相對應。藉由井測實際作業結果可知,井下測量對地陷監測井來說實為一方便且精確的測量技術,定期進行現地陷監測井測及磁環磁場量測作業,評估對下陷量測結果之影響,可作為後續地陷監測井維護及汰舊換新參考,以提升整體設備穩定之量測效能。

  • 圖3地陷監測井現地測試之井偏井斜(Z方向為壓縮比例)圖3地陷監測井現地測試之井偏井斜(Z方向為壓縮比例)