水文孔成井阶段的洗井方法和适用条件.doc

文章编号 :100424116 (2006) 022009020003水文孔成井阶段的洗井方法和适用条件张子祥(甘肃煤炭地质勘查院 ,甘肃 兰州 730000)摘 要 :水文孔施工中洗井是管井成井工艺中的一个主要环节 ,各种洗井方法都有它的优点和一定的应用条件 ,其工作效果与含水层的类型、地下水压力、钻进泥浆的指标、井管材质、井身结构、以及井深浅程序有着密切的 关系。要提高洗井效率 ,只有结合具体情况 ,选择合适的方法才能取得较好的洗井效果。关键词 :水文孔成井 ;洗井方法 ;适用条件中图分类号 : P641173文献标识码 :Bm/ s ,促使井内产生瞬时真空和形成水冲击力 ,破坏井壁泥皮并把渗入含水层中的细小颗粒携入井中 , 从而达到疏通含水层的目的 。活塞洗井中活塞行 程 ,取决于井架高度 ,一般小于 6 m ,厚含水层应通过 加减钻杆 、分段用活塞上下洗刷 ,洗井时间超过 2 h应及时提钻 ,检查活塞质量 ,及时更换胶皮板 、胶皮 圈 。该方法在基岩裂隙含水层或中砂以上的含水层 及金属丝口连接的管井中已得到了广泛应用 ,它具 有成本低 ,洗井效率高 、质量好并能克服其它机械洗 井法不易奏效的优点 。例如 : 在甘谷县施工的一个水井 , 深度 60 m , 含水层由含泥沙的卵 、砾石组成 。 钻井施工中用比重 113115 左右的泥浆护壁 ,成井 后井内水位 10 m 。开始时用 7 m3 / min 空压机洗井 , 持续了一个半昼夜 ,安泵抽水时 ,水位降深 20 m ,单 井出水量 100 m3 / d ,单位涌水量 0106L / s1m ,远达不到预想的出水量 , 第二次又改用 CO2 洗井 , 效果仍 不明显 。后来改用活塞由上而下拉洗 ,经过一个半 昼夜使原来已清澈的井液变的浑浊 ,两个半昼夜后 井内水位波动接近稳定 ,并从洗井活塞处带出了少 量的细砂颗粒 ,说明井壁泥皮已经被洗开 ,井管过滤器周围已初步形成一个良好的滤水层 ,再次安泵抽 水时 , 水位降深 40 m , 单井出水量达到 1 000 m3 / d , 单位涌水量 013L / s1m ,洗井前后 ,单位涌水量增大5 倍 ,取得了显著效果 。前言0水文孔施工中洗井是管井成井工艺中的一个主要环节 。洗井的目的是彻底消除钻进过程中冲洗液 对含水层的影响 ,恢复和改善含水层的天然特征 ,使 滤水管周围形成一层良好的人工或天然的滤水层 , 借以增大滤水管周围的渗透性能 ,使水井达到应有 的稳定出水量和使用寿命 。因此洗井的好坏将直接 影响管井的出水量和井的寿命 。常用的方法有活塞 、空压机 、冲孔器 、水泵 、CO2 洗井等几种方法 。实践表明 ,各种洗井方法都有它 优缺点和适用条件 , 其效果与含水层类型 、泥浆粘 度 、井管材质 、井身结构以及井深等有密切关系 。只 有结合具体情况 ,选择合适的方法才能取得较好的 洗井效果 。笔者根据多年来的工作实践 ,对上述几 种洗井法的效能做出分析与总结 。活塞洗井1活塞洗井常用往复式活塞 ,活塞由包含向上开启阀门或球阀的活塞体及胶皮板 、胶皮圈 、连接接手 构成 ,活塞直径一般小于井管内径 10 20 mm 。活 塞体上接钻杆上下提拉 , 速度一般为 0165 1155收稿日期 :2006209229作者简介 :张子祥( 1963) ,男 ,高级工程师 ,国家注册岩土工程师 ,从事水文地质、工程地质、灾害地质、煤田地质工作。空气压缩机洗井水泵洗井24该方法是清除井底沉淀及处理旧井的方法之一 。一般采用 7 m3 / min 或 9 m3 / min 空压机向井内 输送高压空气 ,其方法有 :抽水洗井法 、震荡洗井法 、 喷嘴反冲洗法等 。因空气压缩机洗井受空气管淹没 深度及工作压力的局限 ,其适应的洗井深度一般不 能超过 100 m 。在钻进泥浆稠度较大的基岩裂隙或 粗颗粒地层中 ,活塞洗井效果要好于空压机洗井 ,但 是活塞洗井的巨大抽吸力容易把地层中的细小颗粒 大量引向井的四周 ,严重时可引起井中涌砂或堵塞 井壁进水通路 ,甚至损伤井管 。因此对于一些未安 装金属井管的管井及粉砂含水层或粗颗粒含水层中 含大量细颗粒的情况下 ,采用空压机洗井就具有较 佳的实际意义 。例如在崇信县施工的一个水井 ,含 水层为细砂 ,井的深度为 80 m ,钻探结束后 ,下管前 为粗略判断地层的富水程度 ,在裸孔中试抽 60 min , 水位降深 50 m , 单井出水量 80 m3 / d , 单位涌水量0102L / s1m ,成井后用活塞拉洗近 36 h ,再次抽水 ,水 位降 深 52 m , 单 井 出 水 量 50 m3 / d , 单 位 涌 水 量0101L / s1m ,分析原因认为是井周被泥质细颗粒围聚堵塞所致 ,再次改用空压机洗井 ,抽水时 ,水位降 深 55 m , 单 井 出 水 量 150 m3 / d , 单 位 涌 水 量 0103L / s1m ,井的出水能力增加了 1 倍 。钻探成井后 ,首先排浆捞砂 ,然后用深井泵或潜水泵抽洗 。按工作方式不同又可分为“正抽”和“倒 洗”两种 。正抽法是按水泵的扬程 ,作最大水位降的连续抽洗 ,在井壁地层的内外产生巨大水压差 ,地层中的 水头高于井内的水头 ,井壁内的水流冲破井壁泥皮流向井内 ,同时将地层中的泥砂和泥浆冲入井内达到洗井的目的 。该洗井方法适用于井内含水层具有 较高的承压水头 ,或井内水位埋深小 ,有高扬程的水泵 ,抽水可以产生大降深的水井 。例如在平凉泾河河谷施工的深水井 ,含水层为白垩系洛河砂岩 ,埋深 达 800 m ,水头在井口附近 ,不适宜用空压机洗井 ,水井捞砂排浆后 ,直接下入 150 m 的高扬程水泵“以抽代洗”,10 h 后水清砂净 ,减少了钻机的材料消耗 ,加 快了施工进度 。倒洗法是借助水泵在短时间内 ,间 开 、间停把水流提升到动水位以上相当高度 ,然后再 落回到井内 ,产生冲击振荡波来洗刷井周的泥垢 ,使 用清水泵“倒洗”法洗井的有效段落 ,只能局限在动 水位附近及其以上的部位 ,因此这种方法对于深井 就显得困难 。液态二氧化碳洗井5在其它洗井效果不明显时 , 可采用 CO2 洗井 。高速射流洗井3洗井时 ,通过高压管道将液态 CO2 送入预定井段 ,液态 CO2 吸热气化膨胀 ,井内压强迅速增加 。与此 同时 ,CO2 气泡沿井管向上与水柱混合 ,产生低比重的气水混合液 ,气水混合液由下向上运动 ,在井口发生井喷 ,使井内压力急剧下降 。在井内外强大压力 差的作用下 ,地下岩石裂隙含水层的水以相当大的冲击力冲过抽水孔过滤管的缝隙而进入井内 ,同时将孔壁泥皮及岩石碎屑冲出带入井中 ,并随着 CO2 和水的水气混合物喷出井外 ,如此几次井喷 ,便达到 了疏通含水层目的 ,然后用提抽泵将井底打扫干净 , 将水抽清 。采用 CO2 洗孔工艺 ,其 CO2 的用量问题是个重 要问题 ,用多了势必造成不应有的浪费 ,用少了又产 生不了井喷 ,达不到洗井目的 ,仅凭经验操作 ,误差 有较大 。因此 , 在理论上须建立 CO2 的用量模式 , 并与实际相结合 ,尽量减少盲目性 ,提高可靠性 。CO2 洗井的过程是液态 CO2 压力降低 ,由液态转化为气态体积迅速膨胀作功而产生压力的过程 ,目前现场采用的普遍方法是将冲孔器连接在钻杆下端下入井内 ,使冲孔器对准含水层部位开泵 ,利 用水泵压入清水 ,通过冲孔器的出水孔高速喷射水 流 ,利用高速射流的喷射作用达到破坏井壁泥皮和 清除泥砂的目的 。这种方法可以克服一般空气机因 压力不足对洗井深度的限制 ,对于井壁条件较差的 水文地质勘探裸眼抽水试验孔或井管强度低的水井 较为适用 ,可以减少活塞洗井可能产生井壁坍塌和 埋钻事故发生的概率 。如华亭煤田大柳井田 620 水 文勘查孔 ,含水层为砂岩和泥岩互层的复合含水层 , 为简化井结构 , 出水层段为裸眼 , 第一次用活塞洗 井 ,因井壁受活塞冲击 ,造成含水层中的泥岩坍塌 , 造成卡钻事故 ,事故 10 天处理完毕 ,第二次采用水 泵高速射流洗井 , 48 h 完成洗井 , 水位降深 62 m , 单 井出水量 150 m3 / d ,抽水试验效果良好 ,大大提高了 施工速度 。92甘肃地 质第 15 卷其运动形式符合气态方程 ,即 :热水井 ,深度达 2 000 m ,施工时间达 8 个月 ,施工中大量采用大比重泥浆 ,施工结束后进行抽水试验 ,水 位降深 48 m , 水量为 100 m3 / d , 单位涌水量 0102L /s1m ,远达不到邻近钻孔的水量 , 后分析认为 , 由于该孔施工时间长 ,井壁地层的孔隙可能被泥浆堵塞 ,再次采用焦磷酸钠洗井 , 洗井结束后 , 水位降深52 m ,单井出水量达 300 m3 / d , 单位涌水量 0106L /s1m ,洗井效果明显 。PV = M R T式中 : P 孔内液柱的压强 ;V 所需 CO2 气体体积 ;T CO2 的绝对温度 (相当于地下水温度) ; CO2 的摩尔分子量 ;R 气体常数 (01082 0at m1/ molK) 。 因此 CO2 的用量为 :联合洗井M = PV7R T根据洗井实践 ,式中压强 P 的数值只有在大于 孔内液柱压强及液体粘滞力的情况下 ,才能产生井喷 ,一般取值约为液柱压强的 115 倍左右 。计算中 CO2 气体体积为预计井喷高度所占的 体积 ( V 1 ) 、井口至静水位井筒体积 ( V 2 ) 及输送 CO2 高压胶管从管阀门出口至静水位处长度内所占 CO2 气体体积 ( V 3 ) 3 项之和 。此外还要乘上钻孔的不 均匀系数 112 。该方法对一些结构复杂 、井壁稳定 、孔深在的200800 m 的钻孔较为适宜 , 并使洗井成本降低50 %70 % ,洗井时间可以缩短一倍 。对于深度小 于 100 m 的浅井 、井管强度低的水井及井壁稳定性 差的裸眼井则不适用 。CO2 洗井 ,操作人员必须离井口 2030 m ,现场设备应用木板盖好 ,防止井内喷出的石块伤人和打 坏设备 、材料 。须制定相应的安全措施 ,以保证生命 与设备安全 。联合洗井方法是用 2 种或 3 种不同的机械洗井方法同时或先后相互配合 、协同洗井是行之有效的 综合方法 。主要有以下几种方法 。711空气 、活塞联合洗井在孔气混合器下部加一个洗井活塞 ,混合器下 至动水位 3 m 以下 ,用空气压缩机通过钻杆向井内送风 ,同时提拉活塞进行抽洗 ,该方法多用于 100 m以上的深水井 ,若配合化学药物则效果更为显著 。712活塞 、高速射流联合洗井在活塞上部连接冲孔器 ,用水泵向冲孔器内压 入清水产生高速喷射水流 ,上下提拉活塞 ,达到快速洗井的目的 。该方法对不下滤水管的基岩含水层效果好 、效率高 。713空气 、水泵注水联合洗井在钻孔中下入孔气混合器和注水管 ,混合器在 注水管上部约 1 m 位置处 ,用水泵将清水送至下部冲洗井壁和沉淀物 ,同时开动空压机 ,由水气混合物 将泥浆和沉砂排出 。该方法适用于含水层埋藏深 、井内泥浆稠 、涌砂 、漏水严重的深井 。焦磷酸钠洗井6结语8焦磷酸钠洗井是利用水泵喷射井壁破坏泥皮 ,药物再迅速溶解 、分散泥皮 , 然后抽水排除井内泥 浆 ,达 到 洗 井 目 的 。具 体 方 法 是 先 将 焦 磷 酸 钠( Na4 P2 O7 10 H2 O) 溶解于热水中 。其配方重量比为 :水焦磷酸钠 = 100017 。灌入井内的用量应根据含 水层厚度 ,计算出井筒空间体积 ( 除去井管 、砾料所占体积 ,砾料孔隙率按 30 %计算) ,依据计算的体积配制焦磷酸钠水溶液 。若再加入适量的阴离子表面 活性剂烷基磺酸钠 ,则更能加快泥皮的溶解 ,洗井效果更好 。洗井前首先排浆 ,然后将配好的焦磷酸钠水用 钻杆自下而上泵入含水层段或开采层段 ,先管外后 井内 ,静置 56 h ,既可采用活塞洗井 。该方法对于施工时间长 ,含水地层颗粒较细 ,渗 透性差的地层较为适用 。例如在西安施工的一地热总上所述 ,以地层颗粒粗细来分 ,粗颗粒地层可采用活塞或活塞和高速射流联合洗井 ,细颗粒地层 则适宜用空压机 、或空压机和高速射流联合洗井 ;以 钻孔结构来分 ,复杂结构的钻孔可采用 CO2 、空压机和高速射流联合洗井 ; 结构简单的钻孔可用前述的各种方法综合选择 ;以地下水位埋深来分 ,水位埋深 大的不宜用水泵 、孔压机洗井 ,水位埋深浅的选择方法则可多样 ,以井深和井壁条件来分 ,浅孔或井壁不 稳 、井管材质不好的井则不宜用 CO2 洗井 , 向反则可用前述的各种方法择优选择 。总之洗井方法的采 用要结合地层 、泥浆工艺 、井的结构 、井管的材质 、含水层的埋深等因素做综合考虑 ,依据具体条件选择 一种和多种方法 ,达到预期效果 。(下转第 89 页)(6) 土壤环境的优劣会直接影响到植物生长和果实质量 。依据地化背景与植物生态特性的一致性 原则 (组分背景较高区域生长的植物及果实中该组分的含量也高 ,低背景区生长的植物及果实中相应 组分的含量较低) , 葫芦河流域新积土无论常量养分 、可溶性岩离子含量还是微量元素含量水平总体 高于优质苹果产地 五方河流域的新积土 ,土质 更优于黄土梁峁区的黄绵土 。加之葫芦河流域与五方河流域新积土分布区仅一梁之隔 ,海拔 、降水量 、 光照 、气候变化等影响植物生长的地表生态因子具有一定的相似性 。因此 ,葫芦河流域也具有种植优质苹果的自然条件 。参考文献曾群望 ,杨双兰 ,高宏光 ,等 1 云南生物地质环境研究M 1 昆明 :云南科技出版社 ,20011靳富贵 ,张人权 ,高云福 ,等 1 农业 水资源 环境相互协调的 可持续发展 以河北黑龙港为例M 1 武汉 : 中国地质大学 出版社 ,19991董岩翔 1 世纪之交的浙江农业地质 二十世纪末中国区域 地质调查与研究进展C 1 北京 :地质出版社 ,20031801 - 8061123STUDY O N A GRICUL TURAL GEOLO GICAL SETTI NG I N HUL UHERIVER D RAI NA GE A REA OF J I NGNI NG CO UNTYL I Lin2ke1 ,2( 11 Chi n a U ni versi t y of Geosciences , W u han 430074 , Chi n a ;21 Geological S u rvey of Gans u Prov i nce , L anz hou 730000 , Chi n a)Abstract : By co mpariso n wit h t he abundant level nut rient , salt , and t race element s of soil bet ween Huluheriver drainage area and Wuf anghe drainage area w here a know n apple p ro ducing area is , it is co nfir med t hat t he new alluvial soil in Huluhe area is bet ter t han Wuf anghe area in t he co ntent s of co nstant nut rient , soluble rock io n and t race element s generally , meanw hile bet ter t han loessal soil . The geological set ting of Huluhe area makesit to be developed to t he qualit y apple p ro ducing area .Key words : Huluhe river drainage area ; set ting , nut rient ; salt ; t race element(上接第 92 页)WAS HI NG M ETHODS D URI NG PERIOD OF WELL COMPL ETIO NA ND ITS APPL ICABL E CO ND ITIO NZHAN G Zi2xiang( Gans u Prov i nce Ex plorat ion I nst i t ute of Coal Geology , L anz hou 730000 , Chi n a)Abstract :