王曉靜 陳文斌

(長治市水利勘探鑿井處，山西 長治 046000)

二氧化碳壓鹽酸洗井在潞安司馬礦1號水井應(yīng)用

王曉靜 陳文斌

(長治市水利勘探鑿井處，山西 長治 046000)

介紹了二氧化碳壓鹽酸洗井的技術(shù)原理及工藝流程，經(jīng)應(yīng)用表明，該方法在碳酸鹽類地層深井洗井中，取得了較好的增水效果，為碳酸鹽類地層水源井增水提供了有效措施。

二氧化碳，鹽酸，聯(lián)合洗井，工藝應(yīng)用

0 引言

近年來，通過學(xué)習(xí)水文地質(zhì)勘探與成井工藝知識,了解了洗井工作是一項重要工序,因為洗井質(zhì)量好壞直接影響水文地質(zhì)試驗資料的精度與水井出水量。尤其在開采深層碳酸巖地下水鑿井工藝中，由于采用牙輪鉆頭和高壓泥漿泵送水鉆進工藝，雖提高了鑿井效率，但牙輪鉆鉆進產(chǎn)生的巖粉和高壓泥漿泵所送高壓水的作用，易使碳酸鹽地層的巖溶裂隙堵塞，巖溶裂隙發(fā)育較差的深井尤為明顯，成井后的靜水位往往在區(qū)域水位以上，成井后的出水量不能正確反映出地層的富水性，洗井工作直接決定鑿井工程的成敗。

當(dāng)前，碳酸鹽類深井單純采用鹽酸洗井較多，我處在實際工作中通過二氧化碳壓鹽酸洗井的方法收到了很好的效果，使得此技術(shù)在其他水源井工程中得到了很好的應(yīng)用。

1 二氧化碳的洗井原理

1.1 二氧化碳的性質(zhì)

一般在正常溫度和壓力下，二氧化碳為無色無嗅的氣體，臨界溫度為31.06 ℃，臨界壓力為7.35 MPa，臨界點密度為0.467 8 g/mL，臨界點粘度為0.033 35 MPa·s，臨界壓縮因子為0.275，臨界比容為2.135 L/kg。在壓力為1 atm、溫度為0 ℃時，二氧化碳的密度為1.98 kg/m3；導(dǎo)熱系數(shù)為0.012 6 kcal/(m·h·℃)；動力粘度系數(shù)為138×10-6泊。在不同的條件下，它也可以氣、液、固三種狀態(tài)存在。液體二氧化碳蒸發(fā)時或在加壓冷卻時可凝成固體二氧化碳，俗稱干冰，是一種低溫致冷劑。二氧化碳能溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，沒有可燃性，一般不支持燃燒，但活潑金屬可在二氧化碳中燃燒；二氧化碳是酸性氧化物，可跟堿或堿性氧化物反應(yīng)生成碳酸鹽。二氧化碳還能參加很多化學(xué)反應(yīng)，表現(xiàn)出良好的化學(xué)活性。

1.2 二氧化碳的洗井原理

在實際工程中，使用二氧化碳洗井是水文鉆探及供水鉆井中增加出水量的一種洗井方法。二氧化碳在高壓下呈液態(tài),灌裝于高壓鋼瓶內(nèi)。數(shù)十個液化二氧化碳鋼瓶、每個鋼瓶出口裝減壓閥聯(lián)集到總管匯上，打開各閥門,液態(tài)二氧化碳在瓶內(nèi)壓力的作用下灌注入鉆桿內(nèi),從井內(nèi)鉆桿出口處,迅速氣化并膨脹。向含水層部位的各個方向傳遞，使井內(nèi)的氣液混合體向含水層推移，液態(tài)的二氧化碳在驟然減壓過程中形成的固體二氧化碳顆粒和二氧化碳?xì)饬鲗⒑畬恿严侗砻婢植坷鋬鲋涟l(fā)生脆化及爆裂，固體顆粒的二氧化碳在沖進裂隙面后，瞬間氣化，體積膨脹幾百倍，在沖擊點造成微型爆炸，使巖溶裂隙壓裂擴大，疏通堵塞的水路。當(dāng)壓力超過井內(nèi)水柱壓力,隨之突然噴發(fā),將井內(nèi)的水柱以氣水兩相混流噴出井口,產(chǎn)生氣舉作用。由于快速的氣舉噴流和負(fù)壓造成的壓力激動作用,使含水層被堵塞的通道疏通。待液態(tài)二氧化碳全部灌入井內(nèi),連續(xù)地噴發(fā)數(shù)十分鐘后,井內(nèi)的沉淀物、堵塞物、過濾管上的結(jié)垢,都能被沖開帶走,含水層通道暢通,水被誘導(dǎo)連續(xù)流出,出水量會大大增加。二氧化碳洗井之前,對地層預(yù)先進行一下酸處理,將更有效地增加出水量。經(jīng)反復(fù)幾次，最終使含水層最大限度恢復(fù)和增大了滲透率，增加了深井的出水量。

2 鹽酸的洗井原理

在碳酸類地層中，借助鹽酸在井中一定壓力作用與碳酸鹽的化學(xué)反應(yīng)，生成易溶于水的氯化鈣、氯化鎂等氯化物和水及二氧化碳，故而疏通水路。

首先碳酸鹽與鹽酸反應(yīng)后能使水井的井徑擴大，也就是相對增加了含水層的出水面積，使含水層中已被鉆穿的裂隙和孔隙橫向擴張和縱向延伸，同時又能把距離井孔很近，但未被鉆穿的含水裂隙與井孔的裂隙或孔隙連通起來，使鹽酸的作用范圍進一步擴大，同時高壓作用還迫使井內(nèi)液體沿井孔向上運動，形成“井噴”排出井外，起到流通水路的作用，故能大大增加水源井的出水量。

3 二氧化碳壓鹽酸的洗井原理

二氧化碳壓鹽酸洗井是二氧化碳與鹽酸洗井技術(shù)的綜合，也是化學(xué)和物理洗井相結(jié)合的一種方法，主要是利用二氧化碳物理變化特性，在洗井時形成的高壓氣流，使鹽酸壓入含水層巖溶裂隙更深遠(yuǎn)，化學(xué)物理作用更充分，進一步擴充巖溶裂隙，溝通水力聯(lián)系，增大井的出水量。

3.1 鹽酸的灌注

井孔中水位較淺時，可先將鹽酸在水源箱中稀釋成濃度15%,并加入防腐劑等，然后用泵通過管道(井下部分為鉆桿)送到含水層頂板處，井孔中水位較深時，可直接將加入防腐劑等的鹽酸溶液采用自流或泵送至含水層頂部，并控制井內(nèi)酸液濃度在14%～18%之間，注酸速度為1.5 t/h左右，注酸5 h后即可壓入二氧化碳。

注：防腐劑甲醛加入量為酸液重量的0.5%。

穩(wěn)定劑醋酸甲醛加入量為酸液重量的1.5%。

表層活性劑松節(jié)油或酒精加入量為酸液重量的1%。

3.2 二氧化碳的壓入灌注

1)二氧化碳的灌注裝置。

水源井井上部分是由瓶裝二氧化碳和高壓管路系統(tǒng)組成，井下部分為鉆桿，井上部分的高壓管路通過高壓活接頭、高壓球閥與高壓三通中部聯(lián)接，可整天拆卸，三通下部與鉆桿聯(lián)接，上部通過高壓球閥高壓管與泥漿泵聯(lián)接，可送水。

2)二氧化碳的灌注。

將鉆桿下到井中含水層中下部(絲扣聯(lián)結(jié)處涂油纏麻密封)用水泵試水檢查是否暢通后關(guān)閉水路，再聯(lián)接高壓管路，檢查后即可逐瓶開放二氧化碳向井中送入二氧化碳?xì)怏w。使得洗井壓力小于井噴時的啟動壓力(相當(dāng)于洗井深度所需氣體壓力的1.5倍左右)，并采用突然間斷控制閥門的操作方法，使二氧化碳在井內(nèi)憋壓攪拌形成串流振蕩，以延長二氧化碳?xì)饣蛎浖案邏簭娮饔茫瑢⑺釅旱胶畬痈钐庍M一步擴大裂隙，10 min～15 min后即可送足二氧化碳?xì)怏w形成井噴，達(dá)到好的洗井效果。

3)二氧化碳用量的計算。

二氧化碳洗井壓力(氣壓表續(xù)數(shù))就是瓶裝壓力減去各種消耗壓力的余壓，所以在洗井的時候，造成井噴的啟動壓力相當(dāng)于洗井深度所需壓力值的1.5倍左右，二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生井噴，每頂出1 m3水柱所需氣量為：

V=K×h/23lg[(H+10)/10]。

式中：V——頂開1 m3水柱所需氣量，m3；K——系數(shù)，K=2.17+0.016 4；H——地下水埋深，m；h——實際或需要產(chǎn)生井噴的高度，m。

4 洗井實例

潞安礦業(yè)集團石圪節(jié)司馬礦井1號水源井，含水層為奧陶系中統(tǒng)地層，井深651.88 m，成井時泥漿泵施工用水仍能循環(huán)至地面。停鉆3 d后，孔內(nèi)靜水位降至150 m，后下入潛水泵進行抽水試驗，當(dāng)水位降至區(qū)域水位(300 m)以下50 m時，出水量僅30 m3/h,分析認(rèn)為該井水路堵塞，決定進行二氧化碳壓鹽酸洗井。

根據(jù)該井鉆進時記錄，該井含水層在井內(nèi)深度477.50 m～544.95 m，608.06 m～637.64 m，靜水位298 m，洗井時鉆桿下至上段和下段自壓分層注酸4 t，6 t，注酸后注入定量水清洗鉆桿并將井內(nèi)酸稀釋至15%左右。注酸4 h后，連接輸氣管路，開始向井中輸入二氧化碳(送氣部位在630 m)，當(dāng)送入二氧化碳壓力達(dá)33 kg/cm2時，形成串流振蕩憋壓攪拌洗井；當(dāng)壓力達(dá)到51 kg/cm3時形成了井噴。洗井結(jié)束后，經(jīng)抽水試驗：水位降深6.5 m時，該井出水量達(dá)66 m3/h,增水率為120%，達(dá)到了深井設(shè)計要求(50 m3/h以上)。

5 結(jié)語

二氧化碳壓鹽酸洗井技術(shù)，在碳酸鹽類地層深井洗井中，我處均取得了好的增水效果，增水率在30%～200%之間。但隨著含水層深度和靜水位之間水柱壓力的增大，二氧化碳形成井噴的壓力和二氧化碳用量都加大，給洗井工作帶來一定的難度，能否在注入二氧化碳的同時注入高壓水或者高壓大立方空氣還有待研討、試驗。

On application of carbon dioxide pressurehydrochloric acid well flushing at No.1 Well of Sima Mine of Lu’an

WANG Xiao-jing CHEN Wen-bin

(Changzhi Water Exploration Well Drilling Division, Changzhi 046000, China)

The paper introduces the technical principle and craft procedure of carbon dioxide pressure hydrochloric acid well flushing, proves by its application that the method in the deep well flushing of carbonic acid salt layer achieves the better surging effect, so as to provide the effective measures for the surging of the water source well at carbonic acid salt.

carbon dioxide, hydrochloric acid, joint well flushing, craft application

1009-6825(2014)36-0231-02

2014-10-14

王曉靜(1985- )，女，助理工程師； 陳文斌(1964- )，男，助理工程師

TU991.1

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