淺談擴散法在深井水文勘探中的應用

趙 杰 杜國軍 郭 菲

（東北煤田地質局一○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，在孔內形成一個鹽水柱體，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筒、外筒、密封膠圈、內外筒限位螺栓、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（可以在鹽化內管內加篩網等控制鹽化速度）。下井前示蹤劑投放器的外管管壁上的"鹽化外孔1"和內管管壁上的"鹽化孔2"相互分開，內、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管內，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。受井內井液壓力的擠壓，內管被逐漸壓入外管中，當壓力增加到一定值時，內、外管管壁上的"鹽化孔1"和"鹽化孔2"相互連通，此時內管正好頂在限位螺絲上，示蹤劑投放器再往深下時，內管受壓力繼續增大，這時限位螺絲將內管限位，使內管無法移動，從而保持了內、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示意圖

在實際測井施工時，預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壓力，根據這個壓力值調整相應部位，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、示蹤劑投放器的調整

測井施工時，根據公式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-內管截面面積）計算出預想深度的壓力F，根據這個壓力值F，結合圖1限位彈簧8的彈性系數K，計算出內、外管鹽化孔之間的距離L1。

松動圖1中調整螺絲11，調整外管，使"內管鹽化孔2"和"外管巖化孔1"的距離等于L1,擰緊圖1中調整螺絲11；調整圖1中限位螺絲7，使限位螺絲在外管內的長度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用，但是仍然存在一些使用不便等問題。具體如下：

（1）內、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、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、外管鹽化孔之間的距離L1時應當留有一定的系數，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用.北京：煤炭工業出版社，2006.6.

[2]黃作華，葉慶生.西安礦業學院.煤田測井綜合解釋.北京:煤炭工業出版社，1980.