盐酸洗井在九龙矿O2-3 水文观测孔中的应用

温海生

（中国煤炭地质总局 第三水文地质队，河北 邯郸 056006）

抽水试验是以地下水井流理论为基础，通过在井孔中进行抽水和观测，来测定含水层水文地质参数、评价含水层富水性和判断某些水文地质条件的一种野外试验工作。抽水试验在各个勘查阶段都很重要，其成果质量直接影响着对调查区水文地质条件的认识和水文地质计算成果的精确程度。若抽水试验结果不准确，将直接导致钻探成果不合格。所以作为抽水试验前提的洗井作业就显得尤为重要，而国内目前主要的洗井作业仍然是采用机械洗井为主，化学洗井仅仅作为一种辅助手段，因此以化学方式为主、机械作为辅助的盐酸洗井就有着很大的探索价值。本文以冀中能源峰峰集团九龙矿O2-3水文观测孔抽水试验为工程背景，论述盐酸洗井在该孔中的应用。

1 概 况

九龙矿O2-3 水文观测孔孔位于河北省邯郸市峰峰矿区新坡村村北，为奥灰水位观测孔。设计孔深1 425 m，实际终孔深度为1 389.68 m。终孔层位为进入奥陶系灰岩100 m，抽水层位为奥陶系峰峰组。该孔的钻孔结构见表1。

表1 九龙矿O2-3 水文观测孔钻孔结构Table 1 Drilling hole structure of O2-3 hydrological observation hole in Jiulong Mine

O2-3 钻孔在施工过程中消耗量平均值均为0.25 m3/h，仅在孔深376.3～380.0 m 处以及454.0～458.0 m 处，发生大漏，漏失量约为80 m3/h，并及时处理，未影响施工。该孔施工至奥陶系地层时，消耗量均值为0.2～0.3 m3/h，正常消耗。三开钻进至奥陶系灰岩含水层时采用广谱护壁剂（GSP）化学泥浆做冲冼液，泥浆的性能指标为粘度20～22 S，相对密度1.05～1.13 g/cm3，含砂量≤3%，失水量≤10 mL/30 min，泥皮厚度＜1 mm，pH 值8～10。

O2-3 钻孔在施工过程中消耗量平均值均为0.25 m3/h，仅在孔深376.3～380.0 m 处以及454.0～458.0 m 处，发生大漏，漏失量约为80 m3/h，并及时处理，未影响施工。该孔施工至奥陶系地层时，消耗量均值为0.2～0.3 m3/h，正常消耗。三开钻进至奥陶系灰岩含水层时采用广谱护壁剂（GSP）化学泥浆做冲冼液，泥浆的性能指标为粘度20～22 S，相对密度1.05～1.13 g/cm3，含砂量≤3%，失水量≤10 mL/30 min，泥皮厚度＜1 mm，pH 值8～10。

根据九龙矿O2-3 水文观测孔所揭露的地层情况及以往九龙矿区地质资料综合分析，九龙矿区奥陶系中统地层按照年代地层由老到新的顺序可分为3 组8 段，包括峰峰组3 段，上马家沟组3 段，下马家沟组2 段。本钻孔所揭露的峰峰组地层，全组厚140～158 m，上段以角砾状灰岩、白云质角砾岩为主；中段以厚层纯灰岩及花斑灰岩为主；下段以白云质灰岩为主。且奥陶系峰峰组含水层存在局部裂隙不发育的特征。该孔所揭露的奥陶系峰峰组地层根据现场岩芯鉴定可以看出裂隙不发育，灰岩较致密；且钻探时的消耗量仅为0.2～0.3 m3/h。若在此地层中做抽水试验，传统的洗井方法很难确保洗井的效果，影响抽水试验的成果。

2 试验抽水情况

2.1 六偏磷酸钠浸泡洗井

九龙矿O2-3 水文观测孔在钻进至终孔深度达到抽水试验条件时，需先进行洗井工作，以疏通奥灰含水层。依据以往施工经验，决定采用六偏磷酸钠加活塞洗井。具体过程如下。

（1）先将六偏磷酸钠和清水配制成合适浓度的溶液，然后用钻具将配制好的溶液注到井底浸泡24 h。

（2）下入钢丝刷采用上下活动加钻具转动的方式将抽水层段反复洗刷6 h，之后再浸泡12 h。

（3）用清水将井底的六偏磷酸钠溶液替换出来。

2.2 试验抽水

在洗井之后观测静水位24 h，直到水位稳定，下入潜水泵进行试验抽水。按照煤田地质勘探抽水试验规范，试验抽水只做一个最大降深，具体数据见表2。

表2 试验抽水数据Table 2 Test pumping data

根据试验抽水数据可知，抽水前静止水位128.54 m 与抽水后恢复水位130.21 m 不一致，且出水温度25 ℃与矿方给出的30 ℃水温不一致。与该矿区奥灰区域水位资料对比，钻孔奥灰水位标高与以往矿方的奥灰水位标高存在较大误差。且本次抽水出水量仅为1.44 m3/h，远未达到矿方要求，洗井效果较差。

经过分析研究，根据现场岩芯鉴定资料和钻探时泥浆消耗推测，九龙矿O2-3 水文观测孔所揭露的奥陶系灰岩存在裂隙不发育的特点，造成出水量小的原因有可能是钻进时的岩粉堵住了奥灰裂隙，造成含水层堵塞，从而影响抽水结果。经过研究决定采用稀盐酸重新洗井。

3 盐酸洗井

3.1 盐酸洗井的原理

基于化学反应，盐酸与奥陶系灰岩中碳酸钙和碳酸镁反应生成氯化钙和氯化镁，同时生成二氧化碳和水。氯化钙和氯化镁都是可溶于水的物质，溶于水时所生成类似胶水的物质，不会沉淀，可由抽水泵抽出孔外；反应生成的二氧化碳会在封闭的井口下产生很大的压力，有利于将盐酸压入更深的含水层中，增加灰岩的反应率，一定程度上提高了含水层的渗透率和出水量。

3.2 盐酸洗井的工艺

（1）盐酸洗井前首先要检查泥浆泵及钻探管线的密封情况，确保泥浆泵及管线无破损。

（2）将钻杆连接注酸管线下入奥灰层段并将井口密封，保证盐酸的完全反应。

（3）洗井前需要把井底的岩粉清理干净。

（4）注酸时需要把配制好的酸放在一个铁箱子里，然后开泥浆泵将酸缓慢注入孔底，并将井口封闭使盐酸充分反应12 h。注酸完成后须立即将钻具及管线里的盐酸用清水替出来，防治盐酸腐蚀钻具。

（5）盐酸洗井后开潜水泵进行抽水，及时将孔底的盐酸反应物抽出，以防止时间长了堵塞含水层。

（6）由于盐酸具有强烈的腐蚀性气味，长时间接触会对人的呼吸道造成伤害，因此注酸时配备护目镜、防毒面具等劳保用品。

3.3 盐酸的配制

盐酸具有不同的浓度，浓度过高，会造成盐酸的浪费，还会腐蚀钻具，浓度过低会造成反应不彻底，洗井效果就会打折扣。根据九龙矿现场试验情况，并结合其他工程实践，此次盐酸的浓度取10%左右，同时为提高盐酸洗井的效果，在1 m3酸中加入防腐剂甲醛（38%）6 kg，稳定剂醋酸（98.5%）15.8 kg，表面活性剂酒精20 kg，加入的顺序依次为防腐剂、稳定剂，最后加入表面活性剂搅拌均匀。

3.4 盐酸洗井后抽水

在经过盐酸洗井后，经过矿方同意，在观测稳定静水位后继续抽水。抽水结果见表3，钻孔涌水量、单位涌水量和降深如图1、图2 所示。

表3 盐酸洗井后抽水成果Table 3 Pumping results after hydrochloric acid cleaning well

图1 Q-S 曲线图Fig.1 The curve of Q-S

图2 q-S 曲线图Fig.2 The curve of q-s

通过表3 可知，盐酸洗井后钻孔出水量由原先的1.44 m3/h 增加到5.47 m3/h，水温由原先的25℃增加到33 ℃，符合概况奥灰区域情况。通过图2 及图3 可知，此次抽水试验Q-S 以及q-S 曲线符合煤田地质勘探抽水试验规范，满足了矿方的要求。

4 结 语

通过盐酸洗井，九龙矿O2-3 水文观测孔的出水量由1.44 m3/h 增加到5.47 m3/h，出水量增加了3.8 倍，表明盐酸洗井可以有效疏通奥陶系灰岩含水层，盐酸可以与奥陶系灰岩中的碳酸钙成分反应，生成溶于水的氯化钙和氯化镁，能使水井的井径扩大，从而相对增加了含水层的出水面积；同时还可以奥灰中局部发育的裂隙形成横向扩张和纵向延伸，极大的沟通了奥灰水的水力联系，从而增加出水量。盐酸洗井的成本便宜，快捷高效，对井深超过1 000 m 的奥灰深井钻孔洗井可广泛使用，具有较高的经济价值。