鹽酸洗井在九龍礦O2-3 水文觀測(cè)孔中的應(yīng)用

溫海生

（中國(guó)煤炭地質(zhì)總局 第三水文地質(zhì)隊(duì)，河北 邯鄲 056006）

抽水試驗(yàn)是以地下水井流理論為基礎(chǔ)，通過在井孔中進(jìn)行抽水和觀測(cè)，來測(cè)定含水層水文地質(zhì)參數(shù)、評(píng)價(jià)含水層富水性和判斷某些水文地質(zhì)條件的一種野外試驗(yàn)工作。抽水試驗(yàn)在各個(gè)勘查階段都很重要，其成果質(zhì)量直接影響著對(duì)調(diào)查區(qū)水文地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)和水文地質(zhì)計(jì)算成果的精確程度。若抽水試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確，將直接導(dǎo)致鉆探成果不合格。所以作為抽水試驗(yàn)前提的洗井作業(yè)就顯得尤為重要，而國(guó)內(nèi)目前主要的洗井作業(yè)仍然是采用機(jī)械洗井為主，化學(xué)洗井僅僅作為一種輔助手段，因此以化學(xué)方式為主、機(jī)械作為輔助的鹽酸洗井就有著很大的探索價(jià)值。本文以冀中能源峰峰集團(tuán)九龍礦O2-3水文觀測(cè)孔抽水試驗(yàn)為工程背景，論述鹽酸洗井在該孔中的應(yīng)用。

1 概 況

九龍礦O2-3 水文觀測(cè)孔孔位于河北省邯鄲市峰峰礦區(qū)新坡村村北，為奧灰水位觀測(cè)孔。設(shè)計(jì)孔深1 425 m，實(shí)際終孔深度為1 389.68 m。終孔層位為進(jìn)入奧陶系灰?guī)r100 m，抽水層位為奧陶系峰峰組。該孔的鉆孔結(jié)構(gòu)見表1。

表1 九龍礦O2-3 水文觀測(cè)孔鉆孔結(jié)構(gòu)Table 1 Drilling hole structure of O2-3 hydrological observation hole in Jiulong Mine

O2-3 鉆孔在施工過程中消耗量平均值均為0.25 m3/h，僅在孔深376.3～380.0 m 處以及454.0～458.0 m 處，發(fā)生大漏，漏失量約為80 m3/h，并及時(shí)處理，未影響施工。該孔施工至奧陶系地層時(shí)，消耗量均值為0.2～0.3 m3/h，正常消耗。三開鉆進(jìn)至奧陶系灰?guī)r含水層時(shí)采用廣譜護(hù)壁劑（GSP）化學(xué)泥漿做沖冼液，泥漿的性能指標(biāo)為粘度20～22 S，相對(duì)密度1.05～1.13 g/cm3，含砂量≤3%，失水量≤10 mL/30 min，泥皮厚度＜1 mm，pH 值8～10。

O2-3 鉆孔在施工過程中消耗量平均值均為0.25 m3/h，僅在孔深376.3～380.0 m 處以及454.0～458.0 m 處，發(fā)生大漏，漏失量約為80 m3/h，并及時(shí)處理，未影響施工。該孔施工至奧陶系地層時(shí)，消耗量均值為0.2～0.3 m3/h，正常消耗。三開鉆進(jìn)至奧陶系灰?guī)r含水層時(shí)采用廣譜護(hù)壁劑（GSP）化學(xué)泥漿做沖冼液，泥漿的性能指標(biāo)為粘度20～22 S，相對(duì)密度1.05～1.13 g/cm3，含砂量≤3%，失水量≤10 mL/30 min，泥皮厚度＜1 mm，pH 值8～10。

根據(jù)九龍礦O2-3 水文觀測(cè)孔所揭露的地層情況及以往九龍礦區(qū)地質(zhì)資料綜合分析，九龍礦區(qū)奧陶系中統(tǒng)地層按照年代地層由老到新的順序可分為3 組8 段，包括峰峰組3 段，上馬家溝組3 段，下馬家溝組2 段。本鉆孔所揭露的峰峰組地層，全組厚140～158 m，上段以角礫狀灰?guī)r、白云質(zhì)角礫巖為主；中段以厚層純灰?guī)r及花斑灰?guī)r為主；下段以白云質(zhì)灰?guī)r為主。且奧陶系峰峰組含水層存在局部裂隙不發(fā)育的特征。該孔所揭露的奧陶系峰峰組地層根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖芯鑒定可以看出裂隙不發(fā)育，灰?guī)r較致密；且鉆探時(shí)的消耗量?jī)H為0.2～0.3 m3/h。若在此地層中做抽水試驗(yàn)，傳統(tǒng)的洗井方法很難確保洗井的效果，影響抽水試驗(yàn)的成果。

2 試驗(yàn)抽水情況

2.1 六偏磷酸鈉浸泡洗井

九龍礦O2-3 水文觀測(cè)孔在鉆進(jìn)至終孔深度達(dá)到抽水試驗(yàn)條件時(shí)，需先進(jìn)行洗井工作，以疏通奧灰含水層。依據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，決定采用六偏磷酸鈉加活塞洗井。具體過程如下。

（1）先將六偏磷酸鈉和清水配制成合適濃度的溶液，然后用鉆具將配制好的溶液注到井底浸泡24 h。

（2）下入鋼絲刷采用上下活動(dòng)加鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)的方式將抽水層段反復(fù)洗刷6 h，之后再浸泡12 h。

（3）用清水將井底的六偏磷酸鈉溶液替換出來。

2.2 試驗(yàn)抽水

在洗井之后觀測(cè)靜水位24 h，直到水位穩(wěn)定，下入潛水泵進(jìn)行試驗(yàn)抽水。按照煤田地質(zhì)勘探抽水試驗(yàn)規(guī)范，試驗(yàn)抽水只做一個(gè)最大降深，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 試驗(yàn)抽水?dāng)?shù)據(jù)Table 2 Test pumping data

根據(jù)試驗(yàn)抽水?dāng)?shù)據(jù)可知，抽水前靜止水位128.54 m 與抽水后恢復(fù)水位130.21 m 不一致，且出水溫度25 ℃與礦方給出的30 ℃水溫不一致。與該礦區(qū)奧灰區(qū)域水位資料對(duì)比，鉆孔奧灰水位標(biāo)高與以往礦方的奧灰水位標(biāo)高存在較大誤差。且本次抽水出水量?jī)H為1.44 m3/h，遠(yuǎn)未達(dá)到礦方要求，洗井效果較差。

經(jīng)過分析研究，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖芯鑒定資料和鉆探時(shí)泥漿消耗推測(cè)，九龍礦O2-3 水文觀測(cè)孔所揭露的奧陶系灰?guī)r存在裂隙不發(fā)育的特點(diǎn)，造成出水量小的原因有可能是鉆進(jìn)時(shí)的巖粉堵住了奧灰裂隙，造成含水層堵塞，從而影響抽水結(jié)果。經(jīng)過研究決定采用稀鹽酸重新洗井。

3 鹽酸洗井

3.1 鹽酸洗井的原理

基于化學(xué)反應(yīng)，鹽酸與奧陶系灰?guī)r中碳酸鈣和碳酸鎂反應(yīng)生成氯化鈣和氯化鎂，同時(shí)生成二氧化碳和水。氯化鈣和氯化鎂都是可溶于水的物質(zhì)，溶于水時(shí)所生成類似膠水的物質(zhì)，不會(huì)沉淀，可由抽水泵抽出孔外；反應(yīng)生成的二氧化碳會(huì)在封閉的井口下產(chǎn)生很大的壓力，有利于將鹽酸壓入更深的含水層中，增加灰?guī)r的反應(yīng)率，一定程度上提高了含水層的滲透率和出水量。

3.2 鹽酸洗井的工藝

（1）鹽酸洗井前首先要檢查泥漿泵及鉆探管線的密封情況，確保泥漿泵及管線無破損。

（2）將鉆桿連接注酸管線下入奧灰層段并將井口密封，保證鹽酸的完全反應(yīng)。

（3）洗井前需要把井底的巖粉清理干凈。

（4）注酸時(shí)需要把配制好的酸放在一個(gè)鐵箱子里，然后開泥漿泵將酸緩慢注入孔底，并將井口封閉使鹽酸充分反應(yīng)12 h。注酸完成后須立即將鉆具及管線里的鹽酸用清水替出來，防治鹽酸腐蝕鉆具。

（5）鹽酸洗井后開潛水泵進(jìn)行抽水，及時(shí)將孔底的鹽酸反應(yīng)物抽出，以防止時(shí)間長(zhǎng)了堵塞含水層。

（6）由于鹽酸具有強(qiáng)烈的腐蝕性氣味，長(zhǎng)時(shí)間接觸會(huì)對(duì)人的呼吸道造成傷害，因此注酸時(shí)配備護(hù)目鏡、防毒面具等勞保用品。

3.3 鹽酸的配制

鹽酸具有不同的濃度，濃度過高，會(huì)造成鹽酸的浪費(fèi)，還會(huì)腐蝕鉆具，濃度過低會(huì)造成反應(yīng)不徹底，洗井效果就會(huì)打折扣。根據(jù)九龍礦現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，并結(jié)合其他工程實(shí)踐，此次鹽酸的濃度取10%左右，同時(shí)為提高鹽酸洗井的效果，在1 m3酸中加入防腐劑甲醛（38%）6 kg，穩(wěn)定劑醋酸（98.5%）15.8 kg，表面活性劑酒精20 kg，加入的順序依次為防腐劑、穩(wěn)定劑，最后加入表面活性劑攪拌均勻。

3.4 鹽酸洗井后抽水

在經(jīng)過鹽酸洗井后，經(jīng)過礦方同意，在觀測(cè)穩(wěn)定靜水位后繼續(xù)抽水。抽水結(jié)果見表3，鉆孔涌水量、單位涌水量和降深如圖1、圖2 所示。

表3 鹽酸洗井后抽水成果Table 3 Pumping results after hydrochloric acid cleaning well

圖1 Q-S 曲線圖Fig.1 The curve of Q-S

圖2 q-S 曲線圖Fig.2 The curve of q-s

通過表3 可知，鹽酸洗井后鉆孔出水量由原先的1.44 m3/h 增加到5.47 m3/h，水溫由原先的25℃增加到33 ℃，符合概況奧灰區(qū)域情況。通過圖2 及圖3 可知，此次抽水試驗(yàn)Q-S 以及q-S 曲線符合煤田地質(zhì)勘探抽水試驗(yàn)規(guī)范，滿足了礦方的要求。

4 結(jié) 語

通過鹽酸洗井，九龍礦O2-3 水文觀測(cè)孔的出水量由1.44 m3/h 增加到5.47 m3/h，出水量增加了3.8 倍，表明鹽酸洗井可以有效疏通奧陶系灰?guī)r含水層，鹽酸可以與奧陶系灰?guī)r中的碳酸鈣成分反應(yīng)，生成溶于水的氯化鈣和氯化鎂，能使水井的井徑擴(kuò)大，從而相對(duì)增加了含水層的出水面積；同時(shí)還可以奧灰中局部發(fā)育的裂隙形成橫向擴(kuò)張和縱向延伸，極大的溝通了奧灰水的水力聯(lián)系，從而增加出水量。鹽酸洗井的成本便宜，快捷高效，對(duì)井深超過1 000 m 的奧灰深井鉆孔洗井可廣泛使用，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。