浅谈扩散法在深井水文勘探中的应用

赵 杰 杜国军 郭 菲

（东北煤田地质局一○七勘探队，辽宁 阜新 123000）

1、概况

扩散法是井液电阻率测井方法的一种，是井液电阻率测井中最有效，采用最多的一种方法，是水文井测井的重要手段之一。扩散法主要是将盐（通常是NaCl）注入到钻孔内井液中，进行人工盐化井液，使井液与含水层中的地下水之间有明显的电阻率差异。在地下水自然渗透作用下，盐化后的井液或盐水柱将随时间变化发生淡化和移动，其淡化和移动幅度的大小，只取决于地下水的渗透速度，根据井液在不同深度和时间的电阻率变化情况，可确定含水层的位置，了解含水层的补给关系，判断钻孔出水量的大小。

2、扩散法存在的缺欠

扩散法是水文勘探中的重要手段，但是扩散法也存在一些缺欠，当含水层深度大于500米时，流速小的含水层极易被漏掉，当含水层深度大于700米时，利用常规的扩散法很难测量出成功的扩散曲线。造成上述缺欠的主要原因是传统的示踪剂投放方法无法满足井深大于700米的井液盐化。井深达到700米以后，示踪剂几乎溶化待近，700米以下的井液不能被有效的盐化。为了测量含水层位于700米以下的含水层，只有将地面盐化好的溶液注入孔内，在孔内形成一个盐水柱体，然后上钻具再利用扩散法测量。在地热井测井过程中，含水层深度往往在2000米左右，利用钻具盐化井液后，上钻具往往需要8小时以上的时间，这样用扩散法进行水文测井的成功率几乎不存在。本文根据扩散法测井方法，自制深井示踪剂投放器，可以有效的解决扩散法在深井测量中的缺欠，使扩散法在深井含水层测量中能够有效的应用。

3、深井示踪剂投放器工作原理

深井示踪剂投放器主要由内筒、外筒、密封胶圈、内外筒限位螺栓、限位弹簧、定位螺丝和装盐口八部分组成，详见图1。内筒、外筒管壁上分别打10排（每排6～8个）直径为3mm的盐化孔（可以在盐化内管内加筛网等控制盐化速度）。下井前示踪剂投放器的外管管壁上的"盐化外孔1"和内管管壁上的"盐化孔2"相互分开，内、外管管壁上的相邻两个盐孔之间有封闭胶圈将分开的孔隔绝开，示踪剂被密封在示踪剂投放器内管内，这样示踪剂就不会被盐化（见图 1）。

图1 示踪剂投放器原始状态示意图

用扩散法进行测井施工时，示踪剂投放器悬挂在探管下方，与探管一同下入井中，随着探管下入深度的不断增加，示踪剂投放器周围的压力不断增加。受井内井液压力的挤压，内管被逐渐压入外管中，当压力增加到一定值时，内、外管管壁上的"盐化孔1"和"盐化孔2"相互连通，此时内管正好顶在限位螺丝上，示踪剂投放器再往深下时，内管受压力继续增大，这时限位螺丝将内管限位，使内管无法移动，从而保持了内、外管盐化孔的沟通。（见图2）

图2 到达指定深度后示踪剂投放器状态示意图

在实际测井施工时，预测出目的层段的深度和厚度，计算出该目的层段的起始井深的井内压力，根据这个压力值调整相应部位，从而有效地控制示踪剂投放器在我们需要测量的井段盐化井液。

4、示踪剂投放器的调整

测井施工时，根据公式1-1（F-指定深度压力、P-指定深度压强、ρ-井液密度、g-重力加速度、h高度、s-内管截面面积）计算出预想深度的压力F，根据这个压力值F，结合图1限位弹簧8的弹性系数K，计算出内、外管盐化孔之间的距离L1。

松动图1中调整螺丝11，调整外管，使"内管盐化孔2"和"外管岩化孔1"的距离等于L1,拧紧图1中调整螺丝11；调整图1中限位螺丝7，使限位螺丝在外管内的长度L2等于L1。

5、问题的探讨

深井示踪剂投放器使扩散法在深井水文勘探中得到有效的应用，但是仍然存在一些使用不便等问题。具体如下：

（1）内、外管在井液压力作用下相对移动时，外管的盐化孔会通过内管上的密封胶圈，这样会对胶圈造成损坏，所以每次测井后必须检查胶圈的损坏情况，及时更换密封胶圈。

（2）深井示踪剂投放器到达指定深度后，内、外管的盐化孔重合有一个过程，不是一下就完全重合，这样确定内、外管盐化孔之间的距离L1时应当留有一定的系数，以确保目的层段的盐化。

（3）考虑下井仪器的重量问题，深井示踪剂投放器的材质可以选择密度较小的材料制作。

[1]郭崇光，李振拴，赵莹，杨展.水文地球物理测井方法与应用.北京：煤炭工业出版社，2006.6.

[2]黄作华，叶庆生.西安矿业学院.煤田测井综合解释.北京:煤炭工业出版社，1980.