煤炭地質勘查水文孔洗井方法及流程芻議

曹 攀，郭東興，黃光壽

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

煤炭地質勘查水文地質勘探孔是了解煤系地層富水性的重要手段。水文地質勘探孔同普通水井一樣，在進行水文地質試驗前，都要進行洗井。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、液態二氧化碳洗井、水泵抽水洗井等。根據近兩年的鉆井施工管理經驗，總結了煤炭地質勘查水文地質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踐經驗，活塞洗井目的表述為下列三點較為準確:

(1)清除下管以后井壁殘留泥皮，抽拉出濾水管周圍含水層滲入的稠泥漿和部分雜質，初步恢復其原來的滲透率(孔隙率);

(2)初步洗去含水層中的粉細砂，增大含水層的滲透率;

(3)使管外的礫料逐漸排列落實，初步形成一個新的過濾層。

1.2 活塞洗井原理

通過以往資料分析研究，活塞洗井原理作以下敘述較為準確:

活塞在井管內上下運動，反復造成瞬時局部負壓和猛烈的水力沖擊，通過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砂，達達到初步洗井的目的。

1.3 活塞洗井工藝

活塞膠皮外徑應與井管內徑一致或稍大，洗井過程中要定時檢查，已磨損的膠皮外徑小于井管內徑4 mm者，應及時更換。

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

可以用鉆桿連接活塞，開泵水沖拉洗或用空壓機送風抽水提拉活塞洗井，也可以采用鋼絲繩連接活塞，大行程干拉洗井，提拉時速度應適當，一般以0.5～1 m/s為宜。

洗井過程中，活塞不得在孔內停入，不準將活塞下放到沉淀管中。

活塞洗井主要應用于地層富水性較差的水文地質勘探孔，活塞洗井的經驗表明，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，個別水文地質勘探孔活塞與鋼絲繩連接，但改裝工藝較復雜，鉆機負荷和磨損很大。水文地質勘探孔單次活塞洗井一般持續2～3天，鉆機剎車片太熱時要停待降溫或更換，因活塞磨損嚴重要及時更換膠皮。活塞洗井對井壁堅固程度較差的巖石(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，一般不會造成井壁巖層的坍塌。活塞洗井后可進行壓縮空氣洗井或水泵抽水洗井檢驗洗井效果。

2 壓縮空氣洗井

采用震蕩法洗井時，風管混合器應直接下入至過濾管中部，并專人控制送風閥門，將風壓蹩至設備額定最高值時，突然開放送風閥門，使壓縮空氣以最大的速度和壓力在過濾管部位進行有效的震蕩洗井，每隔一定時間蹩壓一次，直至洗好為止。

用空壓機排渣洗井時，出水管應下至過濾管的下部，出水管的外徑與井管內徑差一般不應小于29～40 mm，風管沉沒比不小于50%，并以最大的降深和最大的水量抽水洗井。

井內水位過深時，可下入兩套不同深度的風管，用兩臺空壓機進行接力洗井法洗井。

煤炭地質勘查水文地質勘探孔壓縮空氣洗井，一般采用石油鉆井行業的高壓高排量的空氣壓縮機，常用空氣壓縮機的能力為10 m3/150 kg。采用反沖洗的作業方法，風管采用鉆桿，下入深度一般500～1 000 m。壓縮空氣洗井產生間斷噴流的出水方式(水量大時連續出水)，噴流高度可達幾米至十幾米，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。根據出水持續時間和間斷時間的比例可估算水文地質勘探孔的出水能力。壓縮空氣洗井結束后，一般采用水泵抽水洗井。

3 酸化洗井

對碳酸巖鹽含水層，尤其是巖溶不很發育的白云巖，酸化洗井對水文地質勘探孔的增水是十分有效的。煤炭地質勘查水文地質勘探孔幾乎都要進行酸化洗井。洗井一般采用濃度31%左右的工業鹽酸，鹽酸與碳酸鹽巖、泥漿反應劇烈。鹽酸洗井一方面酸液進入孔隙或裂隙與巖石反應，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，疏通空隙流道，恢復含水層的原始滲透能力。實踐中一般注酸井段方案為:①當為了提高出水量，在沒有強漏水段時，可采用一次全部含水層井段充滿酸液;②當為了提高出水量，在有強漏水段時，可采用分段對全部含水層充滿酸液。為了提高洗井效果，鹽酸洗井一般與液態二氧化碳洗井、壓縮空氣洗井聯合使用。對于非碳酸鹽巖 (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，鹽酸能溶解巖石中的方解石脈及碳酸巖鹽膠結物，其機理與鹽酸洗井相似。

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生絡合作用，形成水性絡離子，破壞泥皮使固體結構成為液體泥漿狀態，使井壁的泥皮得以清除。生產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% ，鉆進周期長、泥漿密度大及固相含量高時，應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后應進行壓縮空氣洗井。

5 液態二氧化碳洗井

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;耐壓強度不得小于10 MPa。

b.液瓶應安設在距井口20～30 m處，洗井時，液瓶應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，允許根據孔徑和含水層被堵塞程度適當增減。

5.2 洗井工藝、操作要求

a.輸液管應下至含水層中部，洗井時，應先將輸液管道和管匯的閥門打開，然后再開瓶閥，待井噴后即可將瓶閥關閉，至井口停噴并待孔內水位上升一定高度時，再將瓶閥打開，再次造成井噴，連續數次，直至洗好為止。

b.洗井結束或洗井過程中管道堵塞，要拆除洗井設備時，應先將瓶閥關閉，并把管匯和管道的泄氣閥打開，將管道內的余氣放盡后，才可拆除設備。

對于上千米深的煤炭地質勘查水文地質勘探孔，液態二氧化碳在注入井中的過程中，形成的高壓混合流對井壁泥皮和孔隙裂隙中的堵塞物有沖刷擾動作用，井噴后液態二氧化碳瞬間氣化，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。同時井內形成負壓，含水層內的水快速流入井中，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程合適的潛水泵。通過水泵大排量抽水洗井，有助于快速排凈井中的泥漿和細巖粉，達到水清砂凈(符合含砂量標準)。同時水泵抽水還能準確知道文地質勘探孔的出水量和溫度，為下一步制定洗井方案或進行抽水試驗提供依據。水泵抽水洗井只能達到水清砂凈的目的，對增加出水量影響很小，但長時間抽水可提高一定的出水溫度。如果出水量達不到要求，下一步洗井一般采用酸化洗井或再次進行多磷酸鹽洗井。

［1］柯柏林，丁連靖，周艷富等.地熱井洗井及增產工藝技術探討.研究探討，2008，3(1):5—10.

［2］張錫范.洗井質量標準討論(下).西南給排水，2007，29(1):42—44.