煤炭地质勘查水文孔洗井方法及流程刍议

曹 攀，郭东兴，黄光寿

(1.河南省岩石矿物测试中心，河南 郑州450000;2.河南省地矿局第一地质工程院，河南 郑州450000)

煤炭地质勘查水文地质勘探孔是了解煤系地层富水性的重要手段。水文地质勘探孔同普通水井一样，在进行水文地质试验前，都要进行洗井。一般洗井方法有活塞洗井、压缩空气洗井、酸化洗井、多磷酸盐洗井、液态二氧化碳洗井、水泵抽水洗井等。根据近两年的钻井施工管理经验，总结了煤炭地质勘查水文地质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

综合以往资料理论及目前实践经验，活塞洗井目的表述为下列三点较为准确:

(1)清除下管以后井壁残留泥皮，抽拉出滤水管周围含水层渗入的稠泥浆和部分杂质，初步恢复其原来的渗透率(孔隙率);

(2)初步洗去含水层中的粉细砂，增大含水层的渗透率;

(3)使管外的砾料逐渐排列落实，初步形成一个新的过滤层。

1.2 活塞洗井原理

通过以往资料分析研究，活塞洗井原理作以下叙述较为准确:

活塞在井管内上下运动，反复造成瞬时局部负压和猛烈的水力冲击，通过滤水管孔隙破坏井壁残留泥皮，抽吸出管外砾石层及含水层中的稠泥浆和部分细砂，达达到初步洗井的目的。

1.3 活塞洗井工艺

活塞胶皮外径应与井管内径一致或稍大，洗井过程中要定时检查，已磨损的胶皮外径小于井管内径4 mm者，应及时更换。

使用外包胶皮的木制活塞时，木制体在使用前必须在水中浸泡24 h以上才准入井使用，木制体入井时外径应比井管内径小20～30 mm;使用钢板法兰盘夹胶皮活塞时，法兰盘外径应比井管内径小30～50 mm。

可以用钻杆连接活塞，开泵水冲拉洗或用空压机送风抽水提拉活塞洗井，也可以采用钢丝绳连接活塞，大行程干拉洗井，提拉时速度应适当，一般以0.5～1 m/s为宜。

洗井过程中，活塞不得在孔内停入，不准将活塞下放到沉淀管中。

活塞洗井主要应用于地层富水性较差的水文地质勘探孔，活塞洗井的经验表明，水量一般能增加20% ～30%。活塞与钻杆连接，行程受钻塔高度限制，一般20 m左右。为了增加活塞的行程，提高振荡幅度，个别水文地质勘探孔活塞与钢丝绳连接，但改装工艺较复杂，钻机负荷和磨损很大。水文地质勘探孔单次活塞洗井一般持续2～3天，钻机刹车片太热时要停待降温或更换，因活塞磨损严重要及时更换胶皮。活塞洗井对井壁坚固程度较差的岩石(如砾岩、薄互层岩层)有一定的破坏作用，裸眼井易造成井壁掉块堵塞井孔，一般不会造成井壁岩层的坍塌。活塞洗井后可进行压缩空气洗井或水泵抽水洗井检验洗井效果。

2 压缩空气洗井

采用震荡法洗井时，风管混合器应直接下入至过滤管中部，并专人控制送风阀门，将风压蹩至设备额定最高值时，突然开放送风阀门，使压缩空气以最大的速度和压力在过滤管部位进行有效的震荡洗井，每隔一定时间蹩压一次，直至洗好为止。

用空压机排渣洗井时，出水管应下至过滤管的下部，出水管的外径与井管内径差一般不应小于29～40 mm，风管沉没比不小于50%，并以最大的降深和最大的水量抽水洗井。

井内水位过深时，可下入两套不同深度的风管，用两台空压机进行接力洗井法洗井。

煤炭地质勘查水文地质勘探孔压缩空气洗井，一般采用石油钻井行业的高压高排量的空气压缩机，常用空气压缩机的能力为10 m3/150 kg。采用反冲洗的作业方法，风管采用钻杆，下入深度一般500～1 000 m。压缩空气洗井产生间断喷流的出水方式(水量大时连续出水)，喷流高度可达几米至十几米，井中的水柱上下振荡幅度几百米，几百米水柱压力的瞬间释放有助于含水层的疏通出水。根据出水持续时间和间断时间的比例可估算水文地质勘探孔的出水能力。压缩空气洗井结束后，一般采用水泵抽水洗井。

3 酸化洗井

对碳酸岩盐含水层，尤其是岩溶不很发育的白云岩，酸化洗井对水文地质勘探孔的增水是十分有效的。煤炭地质勘查水文地质勘探孔几乎都要进行酸化洗井。洗井一般采用浓度31%左右的工业盐酸，盐酸与碳酸盐岩、泥浆反应剧烈。盐酸洗井一方面酸液进入孔隙或裂隙与岩石反应，使空隙得以增大，提高水流渗透条件;另一方面盐酸还能与孔隙或裂隙中的岩屑和泥浆等污染物反应，疏通空隙流道，恢复含水层的原始渗透能力。实践中一般注酸井段方案为:①当为了提高出水量，在没有强漏水段时，可采用一次全部含水层井段充满酸液;②当为了提高出水量，在有强漏水段时，可采用分段对全部含水层充满酸液。为了提高洗井效果，盐酸洗井一般与液态二氧化碳洗井、压缩空气洗井联合使用。对于非碳酸盐岩 (如砂岩、砾岩、火山岩等)含水层，可采用土酸［盐酸:氢氟酸(7∶3)］洗井。氢氟酸能有效溶解石英、硅酸岩类，盐酸能溶解岩石中的方解石脉及碳酸岩盐胶结物，其机理与盐酸洗井相似。

4 多磷酸盐洗井

多磷酸盐洗井的原理就是泥浆中的钙、镁离子与多磷酸钠盐发生络合作用，形成水性络离子，破坏泥皮使固体结构成为液体泥浆状态，使井壁的泥皮得以清除。生产中常用的多磷酸钠盐有焦磷酸钠、六偏磷酸钠和三聚磷酸钠。洗井液的配制浓度一般不小于1% ，钻进周期长、泥浆密度大及固相含量高时，应选用较高浓度的洗井液。洗井液注入一般从井底上返置换取水井段中的浆液。洗井液一般在井中浸泡24 h。24 h后应进行压缩空气洗井。

5 液态二氧化碳洗井

5.1 洗井器具安装要求

a.液瓶、输液管汇和管道、控制阀、安全阀、压力表等，要求密封性能良好，不得泄漏;耐压强度不得小于10 MPa。

b.液瓶应安设在距井口20～30 m处，洗井时，液瓶应倒放并将瓶的底端垫高，使瓶身倾斜20°～30°。

二氧化碳用量:一般浅孔用10～20瓶，中深孔用20～30瓶，深孔用30～40瓶，允许根据孔径和含水层被堵塞程度适当增减。

5.2 洗井工艺、操作要求

a.输液管应下至含水层中部，洗井时，应先将输液管道和管汇的阀门打开，然后再开瓶阀，待井喷后即可将瓶阀关闭，至井口停喷并待孔内水位上升一定高度时，再将瓶阀打开，再次造成井喷，连续数次，直至洗好为止。

b.洗井结束或洗井过程中管道堵塞，要拆除洗井设备时，应先将瓶阀关闭，并把管汇和管道的泄气阀打开，将管道内的余气放尽后，才可拆除设备。

对于上千米深的煤炭地质勘查水文地质勘探孔，液态二氧化碳在注入井中的过程中，形成的高压混合流对井壁泥皮和孔隙裂隙中的堵塞物有冲刷扰动作用，井喷后液态二氧化碳瞬间气化，将携带的泥浆、岩屑(块)等污染物喷出井口，疏通了孔隙裂隙的通道。同时井内形成负压，含水层内的水快速流入井中，将通道中的堵塞物冲刷干净。

6 水泵抽水洗井

水泵抽水洗井选用流量和扬程合适的潜水泵。通过水泵大排量抽水洗井，有助于快速排净井中的泥浆和细岩粉，达到水清砂净(符合含砂量标准)。同时水泵抽水还能准确知道文地质勘探孔的出水量和温度，为下一步制定洗井方案或进行抽水试验提供依据。水泵抽水洗井只能达到水清砂净的目的，对增加出水量影响很小，但长时间抽水可提高一定的出水温度。如果出水量达不到要求，下一步洗井一般采用酸化洗井或再次进行多磷酸盐洗井。

［1］柯柏林，丁连靖，周艳富等.地热井洗井及增产工艺技术探讨.研究探讨，2008，3(1):5—10.

［2］张锡范.洗井质量标准讨论(下).西南给排水，2007，29(1):42—44.