煤炭地質(zhì)勘查水文孔洗井方法及流程芻議

曹 攀，郭東興，黃光壽

(1.河南省巖石礦物測(cè)試中心，河南 鄭州450000;2.河南省地礦局第一地質(zhì)工程院，河南 鄭州450000)

煤炭地質(zhì)勘查水文地質(zhì)勘探孔是了解煤系地層富水性的重要手段。水文地質(zhì)勘探孔同普通水井一樣，在進(jìn)行水文地質(zhì)試驗(yàn)前，都要進(jìn)行洗井。一般洗井方法有活塞洗井、壓縮空氣洗井、酸化洗井、多磷酸鹽洗井、液態(tài)二氧化碳洗井、水泵抽水洗井等。根據(jù)近兩年的鉆井施工管理經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了煤炭地質(zhì)勘查水文地質(zhì)勘探孔的一般洗井方法及流程。

1 活塞洗井

1.1 活塞洗井目的

綜合以往資料理論及目前實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，活塞洗井目的表述為下列三點(diǎn)較為準(zhǔn)確:

(1)清除下管以后井壁殘留泥皮，抽拉出濾水管周?chē)畬訚B入的稠泥漿和部分雜質(zhì)，初步恢復(fù)其原來(lái)的滲透率(孔隙率);

(2)初步洗去含水層中的粉細(xì)砂，增大含水層的滲透率;

(3)使管外的礫料逐漸排列落實(shí)，初步形成一個(gè)新的過(guò)濾層。

1.2 活塞洗井原理

通過(guò)以往資料分析研究，活塞洗井原理作以下敘述較為準(zhǔn)確:

活塞在井管內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，反復(fù)造成瞬時(shí)局部負(fù)壓和猛烈的水力沖擊，通過(guò)濾水管孔隙破壞井壁殘留泥皮，抽吸出管外礫石層及含水層中的稠泥漿和部分細(xì)砂，達(dá)達(dá)到初步洗井的目的。

1.3 活塞洗井工藝

活塞膠皮外徑應(yīng)與井管內(nèi)徑一致或稍大，洗井過(guò)程中要定時(shí)檢查，已磨損的膠皮外徑小于井管內(nèi)徑4 mm者，應(yīng)及時(shí)更換。

使用外包膠皮的木制活塞時(shí)，木制體在使用前必須在水中浸泡24 h以上才準(zhǔn)入井使用，木制體入井時(shí)外徑應(yīng)比井管內(nèi)徑小20～30 mm;使用鋼板法蘭盤(pán)夾膠皮活塞時(shí)，法蘭盤(pán)外徑應(yīng)比井管內(nèi)徑小30～50 mm。

可以用鉆桿連接活塞，開(kāi)泵水沖拉洗或用空壓機(jī)送風(fēng)抽水提拉活塞洗井，也可以采用鋼絲繩連接活塞，大行程干拉洗井，提拉時(shí)速度應(yīng)適當(dāng)，一般以0.5～1 m/s為宜。

洗井過(guò)程中，活塞不得在孔內(nèi)停入，不準(zhǔn)將活塞下放到沉淀管中。

活塞洗井主要應(yīng)用于地層富水性較差的水文地質(zhì)勘探孔，活塞洗井的經(jīng)驗(yàn)表明，水量一般能增加20% ～30%。活塞與鉆桿連接，行程受鉆塔高度限制，一般20 m左右。為了增加活塞的行程，提高振蕩幅度，個(gè)別水文地質(zhì)勘探孔活塞與鋼絲繩連接，但改裝工藝較復(fù)雜，鉆機(jī)負(fù)荷和磨損很大。水文地質(zhì)勘探孔單次活塞洗井一般持續(xù)2～3天，鉆機(jī)剎車(chē)片太熱時(shí)要停待降溫或更換，因活塞磨損嚴(yán)重要及時(shí)更換膠皮。活塞洗井對(duì)井壁堅(jiān)固程度較差的巖石(如礫巖、薄互層巖層)有一定的破壞作用，裸眼井易造成井壁掉塊堵塞井孔，一般不會(huì)造成井壁巖層的坍塌?；钊淳罂蛇M(jìn)行壓縮空氣洗井或水泵抽水洗井檢驗(yàn)洗井效果。

2 壓縮空氣洗井

采用震蕩法洗井時(shí)，風(fēng)管混合器應(yīng)直接下入至過(guò)濾管中部，并專(zhuān)人控制送風(fēng)閥門(mén)，將風(fēng)壓蹩至設(shè)備額定最高值時(shí)，突然開(kāi)放送風(fēng)閥門(mén)，使壓縮空氣以最大的速度和壓力在過(guò)濾管部位進(jìn)行有效的震蕩洗井，每隔一定時(shí)間蹩壓一次，直至洗好為止。

用空壓機(jī)排渣洗井時(shí)，出水管應(yīng)下至過(guò)濾管的下部，出水管的外徑與井管內(nèi)徑差一般不應(yīng)小于29～40 mm，風(fēng)管沉沒(méi)比不小于50%，并以最大的降深和最大的水量抽水洗井。

井內(nèi)水位過(guò)深時(shí)，可下入兩套不同深度的風(fēng)管，用兩臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)行接力洗井法洗井。

煤炭地質(zhì)勘查水文地質(zhì)勘探孔壓縮空氣洗井，一般采用石油鉆井行業(yè)的高壓高排量的空氣壓縮機(jī)，常用空氣壓縮機(jī)的能力為10 m3/150 kg。采用反沖洗的作業(yè)方法，風(fēng)管采用鉆桿，下入深度一般500～1 000 m。壓縮空氣洗井產(chǎn)生間斷噴流的出水方式(水量大時(shí)連續(xù)出水)，噴流高度可達(dá)幾米至十幾米，井中的水柱上下振蕩幅度幾百米，幾百米水柱壓力的瞬間釋放有助于含水層的疏通出水。根據(jù)出水持續(xù)時(shí)間和間斷時(shí)間的比例可估算水文地質(zhì)勘探孔的出水能力。壓縮空氣洗井結(jié)束后，一般采用水泵抽水洗井。

3 酸化洗井

對(duì)碳酸巖鹽含水層，尤其是巖溶不很發(fā)育的白云巖，酸化洗井對(duì)水文地質(zhì)勘探孔的增水是十分有效的。煤炭地質(zhì)勘查水文地質(zhì)勘探孔幾乎都要進(jìn)行酸化洗井。洗井一般采用濃度31%左右的工業(yè)鹽酸，鹽酸與碳酸鹽巖、泥漿反應(yīng)劇烈。鹽酸洗井一方面酸液進(jìn)入孔隙或裂隙與巖石反應(yīng)，使空隙得以增大，提高水流滲透條件;另一方面鹽酸還能與孔隙或裂隙中的巖屑和泥漿等污染物反應(yīng)，疏通空隙流道，恢復(fù)含水層的原始滲透能力。實(shí)踐中一般注酸井段方案為:①當(dāng)為了提高出水量，在沒(méi)有強(qiáng)漏水段時(shí)，可采用一次全部含水層井段充滿(mǎn)酸液;②當(dāng)為了提高出水量，在有強(qiáng)漏水段時(shí)，可采用分段對(duì)全部含水層充滿(mǎn)酸液。為了提高洗井效果，鹽酸洗井一般與液態(tài)二氧化碳洗井、壓縮空氣洗井聯(lián)合使用。對(duì)于非碳酸鹽巖 (如砂巖、礫巖、火山巖等)含水層，可采用土酸［鹽酸:氫氟酸(7∶3)］洗井。氫氟酸能有效溶解石英、硅酸巖類(lèi)，鹽酸能溶解巖石中的方解石脈及碳酸巖鹽膠結(jié)物，其機(jī)理與鹽酸洗井相似。

4 多磷酸鹽洗井

多磷酸鹽洗井的原理就是泥漿中的鈣、鎂離子與多磷酸鈉鹽發(fā)生絡(luò)合作用，形成水性絡(luò)離子，破壞泥皮使固體結(jié)構(gòu)成為液體泥漿狀態(tài)，使井壁的泥皮得以清除。生產(chǎn)中常用的多磷酸鈉鹽有焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉和三聚磷酸鈉。洗井液的配制濃度一般不小于1% ，鉆進(jìn)周期長(zhǎng)、泥漿密度大及固相含量高時(shí)，應(yīng)選用較高濃度的洗井液。洗井液注入一般從井底上返置換取水井段中的漿液。洗井液一般在井中浸泡24 h。24 h后應(yīng)進(jìn)行壓縮空氣洗井。

5 液態(tài)二氧化碳洗井

5.1 洗井器具安裝要求

a.液瓶、輸液管匯和管道、控制閥、安全閥、壓力表等，要求密封性能良好，不得泄漏;耐壓強(qiáng)度不得小于10 MPa。

b.液瓶應(yīng)安設(shè)在距井口20～30 m處，洗井時(shí)，液瓶應(yīng)倒放并將瓶的底端墊高，使瓶身傾斜20°～30°。

二氧化碳用量:一般淺孔用10～20瓶，中深孔用20～30瓶，深孔用30～40瓶，允許根據(jù)孔徑和含水層被堵塞程度適當(dāng)增減。

5.2 洗井工藝、操作要求

a.輸液管應(yīng)下至含水層中部，洗井時(shí)，應(yīng)先將輸液管道和管匯的閥門(mén)打開(kāi)，然后再開(kāi)瓶閥，待井噴后即可將瓶閥關(guān)閉，至井口停噴并待孔內(nèi)水位上升一定高度時(shí)，再將瓶閥打開(kāi)，再次造成井噴，連續(xù)數(shù)次，直至洗好為止。

b.洗井結(jié)束或洗井過(guò)程中管道堵塞，要拆除洗井設(shè)備時(shí)，應(yīng)先將瓶閥關(guān)閉，并把管匯和管道的泄氣閥打開(kāi)，將管道內(nèi)的余氣放盡后，才可拆除設(shè)備。

對(duì)于上千米深的煤炭地質(zhì)勘查水文地質(zhì)勘探孔，液態(tài)二氧化碳在注入井中的過(guò)程中，形成的高壓混合流對(duì)井壁泥皮和孔隙裂隙中的堵塞物有沖刷擾動(dòng)作用，井噴后液態(tài)二氧化碳瞬間氣化，將攜帶的泥漿、巖屑(塊)等污染物噴出井口，疏通了孔隙裂隙的通道。同時(shí)井內(nèi)形成負(fù)壓，含水層內(nèi)的水快速流入井中，將通道中的堵塞物沖刷干凈。

6 水泵抽水洗井

水泵抽水洗井選用流量和揚(yáng)程合適的潛水泵。通過(guò)水泵大排量抽水洗井，有助于快速排凈井中的泥漿和細(xì)巖粉，達(dá)到水清砂凈(符合含砂量標(biāo)準(zhǔn))。同時(shí)水泵抽水還能準(zhǔn)確知道文地質(zhì)勘探孔的出水量和溫度，為下一步制定洗井方案或進(jìn)行抽水試驗(yàn)提供依據(jù)。水泵抽水洗井只能達(dá)到水清砂凈的目的，對(duì)增加出水量影響很小，但長(zhǎng)時(shí)間抽水可提高一定的出水溫度。如果出水量達(dá)不到要求，下一步洗井一般采用酸化洗井或再次進(jìn)行多磷酸鹽洗井。

［1］柯柏林，丁連靖，周艷富等.地?zé)峋淳霸霎a(chǎn)工藝技術(shù)探討.研究探討，2008，3(1):5—10.

［2］張錫范.洗井質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)討論(下).西南給排水，2007，29(1):42—44.