二氧化碳压盐酸洗井在潞安司马矿1号水井应用

王晓静 陈文斌

(长治市水利勘探凿井处，山西 长治 046000)

二氧化碳压盐酸洗井在潞安司马矿1号水井应用

王晓静 陈文斌

(长治市水利勘探凿井处，山西 长治 046000)

介绍了二氧化碳压盐酸洗井的技术原理及工艺流程，经应用表明，该方法在碳酸盐类地层深井洗井中，取得了较好的增水效果，为碳酸盐类地层水源井增水提供了有效措施。

二氧化碳，盐酸，联合洗井，工艺应用

0 引言

近年来，通过学习水文地质勘探与成井工艺知识,了解了洗井工作是一项重要工序,因为洗井质量好坏直接影响水文地质试验资料的精度与水井出水量。尤其在开采深层碳酸岩地下水凿井工艺中，由于采用牙轮钻头和高压泥浆泵送水钻进工艺，虽提高了凿井效率，但牙轮钻钻进产生的岩粉和高压泥浆泵所送高压水的作用，易使碳酸盐地层的岩溶裂隙堵塞，岩溶裂隙发育较差的深井尤为明显，成井后的静水位往往在区域水位以上，成井后的出水量不能正确反映出地层的富水性，洗井工作直接决定凿井工程的成败。

当前，碳酸盐类深井单纯采用盐酸洗井较多，我处在实际工作中通过二氧化碳压盐酸洗井的方法收到了很好的效果，使得此技术在其他水源井工程中得到了很好的应用。

1 二氧化碳的洗井原理

1.1 二氧化碳的性质

一般在正常温度和压力下，二氧化碳为无色无嗅的气体，临界温度为31.06 ℃，临界压力为7.35 MPa，临界点密度为0.467 8 g/mL，临界点粘度为0.033 35 MPa·s，临界压缩因子为0.275，临界比容为2.135 L/kg。在压力为1 atm、温度为0 ℃时，二氧化碳的密度为1.98 kg/m3；导热系数为0.012 6 kcal/(m·h·℃)；动力粘度系数为138×10-6泊。在不同的条件下，它也可以气、液、固三种状态存在。液体二氧化碳蒸发时或在加压冷却时可凝成固体二氧化碳，俗称干冰，是一种低温致冷剂。二氧化碳能溶于水，化学性质稳定，没有可燃性，一般不支持燃烧，但活泼金属可在二氧化碳中燃烧；二氧化碳是酸性氧化物，可跟碱或碱性氧化物反应生成碳酸盐。二氧化碳还能参加很多化学反应，表现出良好的化学活性。

1.2 二氧化碳的洗井原理

在实际工程中，使用二氧化碳洗井是水文钻探及供水钻井中增加出水量的一种洗井方法。二氧化碳在高压下呈液态,灌装于高压钢瓶内。数十个液化二氧化碳钢瓶、每个钢瓶出口装减压阀联集到总管汇上，打开各阀门,液态二氧化碳在瓶内压力的作用下灌注入钻杆内,从井内钻杆出口处,迅速气化并膨胀。向含水层部位的各个方向传递，使井内的气液混合体向含水层推移，液态的二氧化碳在骤然减压过程中形成的固体二氧化碳颗粒和二氧化碳气流将含水层裂隙表面局部冷冻至发生脆化及爆裂，固体颗粒的二氧化碳在冲进裂隙面后，瞬间气化，体积膨胀几百倍，在冲击点造成微型爆炸，使岩溶裂隙压裂扩大，疏通堵塞的水路。当压力超过井内水柱压力,随之突然喷发,将井内的水柱以气水两相混流喷出井口,产生气举作用。由于快速的气举喷流和负压造成的压力激动作用,使含水层被堵塞的通道疏通。待液态二氧化碳全部灌入井内,连续地喷发数十分钟后,井内的沉淀物、堵塞物、过滤管上的结垢,都能被冲开带走,含水层通道畅通,水被诱导连续流出,出水量会大大增加。二氧化碳洗井之前,对地层预先进行一下酸处理,将更有效地增加出水量。经反复几次，最终使含水层最大限度恢复和增大了渗透率，增加了深井的出水量。

2 盐酸的洗井原理

在碳酸类地层中，借助盐酸在井中一定压力作用与碳酸盐的化学反应，生成易溶于水的氯化钙、氯化镁等氯化物和水及二氧化碳，故而疏通水路。

首先碳酸盐与盐酸反应后能使水井的井径扩大，也就是相对增加了含水层的出水面积，使含水层中已被钻穿的裂隙和孔隙横向扩张和纵向延伸，同时又能把距离井孔很近，但未被钻穿的含水裂隙与井孔的裂隙或孔隙连通起来，使盐酸的作用范围进一步扩大，同时高压作用还迫使井内液体沿井孔向上运动，形成“井喷”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 二氧化碳压盐酸的洗井原理

二氧化碳压盐酸洗井是二氧化碳与盐酸洗井技术的综合，也是化学和物理洗井相结合的一种方法，主要是利用二氧化碳物理变化特性，在洗井时形成的高压气流，使盐酸压入含水层岩溶裂隙更深远，化学物理作用更充分，进一步扩充岩溶裂隙，沟通水力联系，增大井的出水量。

3.1 盐酸的灌注

井孔中水位较浅时，可先将盐酸在水源箱中稀释成浓度15%,并加入防腐剂等，然后用泵通过管道(井下部分为钻杆)送到含水层顶板处，井孔中水位较深时，可直接将加入防腐剂等的盐酸溶液采用自流或泵送至含水层顶部，并控制井内酸液浓度在14%～18%之间，注酸速度为1.5 t/h左右，注酸5 h后即可压入二氧化碳。

注：防腐剂甲醛加入量为酸液重量的0.5%。

稳定剂醋酸甲醛加入量为酸液重量的1.5%。

表层活性剂松节油或酒精加入量为酸液重量的1%。

3.2 二氧化碳的压入灌注

1)二氧化碳的灌注装置。

水源井井上部分是由瓶装二氧化碳和高压管路系统组成，井下部分为钻杆，井上部分的高压管路通过高压活接头、高压球阀与高压三通中部联接，可整天拆卸，三通下部与钻杆联接，上部通过高压球阀高压管与泥浆泵联接，可送水。

2)二氧化碳的灌注。

将钻杆下到井中含水层中下部(丝扣联结处涂油缠麻密封)用水泵试水检查是否畅通后关闭水路，再联接高压管路，检查后即可逐瓶开放二氧化碳向井中送入二氧化碳气体。使得洗井压力小于井喷时的启动压力(相当于洗井深度所需气体压力的1.5倍左右)，并采用突然间断控制阀门的操作方法，使二氧化碳在井内憋压搅拌形成串流振荡，以延长二氧化碳气化膨胀及高压强作用，将酸压到含水层更深处进一步扩大裂隙，10 min～15 min后即可送足二氧化碳气体形成井喷，达到好的洗井效果。

3)二氧化碳用量的计算。

二氧化碳洗井压力(气压表续数)就是瓶装压力减去各种消耗压力的余压，所以在洗井的时候，造成井喷的启动压力相当于洗井深度所需压力值的1.5倍左右，二氧化碳气体产生井喷，每顶出1 m3水柱所需气量为：

V=K×h/23lg[(H+10)/10]。

式中：V——顶开1 m3水柱所需气量，m3；K——系数，K=2.17+0.016 4；H——地下水埋深，m；h——实际或需要产生井喷的高度，m。

4 洗井实例

潞安矿业集团石圪节司马矿井1号水源井，含水层为奥陶系中统地层，井深651.88 m，成井时泥浆泵施工用水仍能循环至地面。停钻3 d后，孔内静水位降至150 m，后下入潜水泵进行抽水试验，当水位降至区域水位(300 m)以下50 m时，出水量仅30 m3/h,分析认为该井水路堵塞，决定进行二氧化碳压盐酸洗井。

根据该井钻进时记录，该井含水层在井内深度477.50 m～544.95 m，608.06 m～637.64 m，静水位298 m，洗井时钻杆下至上段和下段自压分层注酸4 t，6 t，注酸后注入定量水清洗钻杆并将井内酸稀释至15%左右。注酸4 h后，连接输气管路，开始向井中输入二氧化碳(送气部位在630 m)，当送入二氧化碳压力达33 kg/cm2时，形成串流振荡憋压搅拌洗井；当压力达到51 kg/cm3时形成了井喷。洗井结束后，经抽水试验：水位降深6.5 m时，该井出水量达66 m3/h,增水率为120%，达到了深井设计要求(50 m3/h以上)。

5 结语

二氧化碳压盐酸洗井技术，在碳酸盐类地层深井洗井中，我处均取得了好的增水效果，增水率在30%～200%之间。但随着含水层深度和静水位之间水柱压力的增大，二氧化碳形成井喷的压力和二氧化碳用量都加大，给洗井工作带来一定的难度，能否在注入二氧化碳的同时注入高压水或者高压大立方空气还有待研讨、试验。

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

王晓静(1985- )，女，助理工程师； 陈文斌(1964- )，男，助理工程师

TU991.1

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