淺談擴散法在深井水文勘探中的應(yīng)用

趙 杰 杜國軍 郭 菲

（東北煤田地質(zhì)局一○七勘探隊，遼寧 阜新 123000）

1、概況

擴散法是井液電阻率測井方法的一種，是井液電阻率測井中最有效，采用最多的一種方法，是水文井測井的重要手段之一。擴散法主要是將鹽（通常是NaCl）注入到鉆孔內(nèi)井液中，進行人工鹽化井液，使井液與含水層中的地下水之間有明顯的電阻率差異。在地下水自然滲透作用下，鹽化后的井液或鹽水柱將隨時間變化發(fā)生淡化和移動，其淡化和移動幅度的大小，只取決于地下水的滲透速度，根據(jù)井液在不同深度和時間的電阻率變化情況，可確定含水層的位置，了解含水層的補給關(guān)系，判斷鉆孔出水量的大小。

2、擴散法存在的缺欠

擴散法是水文勘探中的重要手段，但是擴散法也存在一些缺欠，當含水層深度大于500米時，流速小的含水層極易被漏掉，當含水層深度大于700米時，利用常規(guī)的擴散法很難測量出成功的擴散曲線。造成上述缺欠的主要原因是傳統(tǒng)的示蹤劑投放方法無法滿足井深大于700米的井液鹽化。井深達到700米以后，示蹤劑幾乎溶化待近，700米以下的井液不能被有效的鹽化。為了測量含水層位于700米以下的含水層，只有將地面鹽化好的溶液注入孔內(nèi)，在孔內(nèi)形成一個鹽水柱體，然后上鉆具再利用擴散法測量。在地熱井測井過程中，含水層深度往往在2000米左右，利用鉆具鹽化井液后，上鉆具往往需要8小時以上的時間，這樣用擴散法進行水文測井的成功率幾乎不存在。本文根據(jù)擴散法測井方法，自制深井示蹤劑投放器，可以有效的解決擴散法在深井測量中的缺欠，使擴散法在深井含水層測量中能夠有效的應(yīng)用。

3、深井示蹤劑投放器工作原理

深井示蹤劑投放器主要由內(nèi)筒、外筒、密封膠圈、內(nèi)外筒限位螺栓、限位彈簧、定位螺絲和裝鹽口八部分組成，詳見圖1。內(nèi)筒、外筒管壁上分別打10排（每排6～8個）直徑為3mm的鹽化孔（可以在鹽化內(nèi)管內(nèi)加篩網(wǎng)等控制鹽化速度）。下井前示蹤劑投放器的外管管壁上的"鹽化外孔1"和內(nèi)管管壁上的"鹽化孔2"相互分開，內(nèi)、外管管壁上的相鄰兩個鹽孔之間有封閉膠圈將分開的孔隔絕開，示蹤劑被密封在示蹤劑投放器內(nèi)管內(nèi)，這樣示蹤劑就不會被鹽化（見圖 1）。

圖1 示蹤劑投放器原始狀態(tài)示意圖

用擴散法進行測井施工時，示蹤劑投放器懸掛在探管下方，與探管一同下入井中，隨著探管下入深度的不斷增加，示蹤劑投放器周圍的壓力不斷增加。受井內(nèi)井液壓力的擠壓，內(nèi)管被逐漸壓入外管中，當壓力增加到一定值時，內(nèi)、外管管壁上的"鹽化孔1"和"鹽化孔2"相互連通，此時內(nèi)管正好頂在限位螺絲上，示蹤劑投放器再往深下時，內(nèi)管受壓力繼續(xù)增大，這時限位螺絲將內(nèi)管限位，使內(nèi)管無法移動，從而保持了內(nèi)、外管鹽化孔的溝通。（見圖2）

圖2 到達指定深度后示蹤劑投放器狀態(tài)示意圖

在實際測井施工時，預(yù)測出目的層段的深度和厚度，計算出該目的層段的起始井深的井內(nèi)壓力，根據(jù)這個壓力值調(diào)整相應(yīng)部位，從而有效地控制示蹤劑投放器在我們需要測量的井段鹽化井液。

4、示蹤劑投放器的調(diào)整

測井施工時，根據(jù)公式1-1（F-指定深度壓力、P-指定深度壓強、ρ-井液密度、g-重力加速度、h高度、s-內(nèi)管截面面積）計算出預(yù)想深度的壓力F，根據(jù)這個壓力值F，結(jié)合圖1限位彈簧8的彈性系數(shù)K，計算出內(nèi)、外管鹽化孔之間的距離L1。

松動圖1中調(diào)整螺絲11，調(diào)整外管，使"內(nèi)管鹽化孔2"和"外管巖化孔1"的距離等于L1,擰緊圖1中調(diào)整螺絲11；調(diào)整圖1中限位螺絲7，使限位螺絲在外管內(nèi)的長度L2等于L1。

5、問題的探討

深井示蹤劑投放器使擴散法在深井水文勘探中得到有效的應(yīng)用，但是仍然存在一些使用不便等問題。具體如下：

（1）內(nèi)、外管在井液壓力作用下相對移動時，外管的鹽化孔會通過內(nèi)管上的密封膠圈，這樣會對膠圈造成損壞，所以每次測井后必須檢查膠圈的損壞情況，及時更換密封膠圈。

（2）深井示蹤劑投放器到達指定深度后，內(nèi)、外管的鹽化孔重合有一個過程，不是一下就完全重合，這樣確定內(nèi)、外管鹽化孔之間的距離L1時應(yīng)當留有一定的系數(shù)，以確保目的層段的鹽化。

（3）考慮下井儀器的重量問題，深井示蹤劑投放器的材質(zhì)可以選擇密度較小的材料制作。

[1]郭崇光，李振拴，趙瑩，楊展.水文地球物理測井方法與應(yīng)用.北京：煤炭工業(yè)出版社，2006.6.

[2]黃作華，葉慶生.西安礦業(yè)學(xué)院.煤田測井綜合解釋.北京:煤炭工業(yè)出版社，1980.