鹽酸洗井在九龍礦O2-3 水文觀測孔中的應用

溫海生

（中國煤炭地質總局 第三水文地質隊，河北 邯鄲 056006）

抽水試驗是以地下水井流理論為基礎，通過在井孔中進行抽水和觀測，來測定含水層水文地質參數、評價含水層富水性和判斷某些水文地質條件的一種野外試驗工作。抽水試驗在各個勘查階段都很重要，其成果質量直接影響著對調查區水文地質條件的認識和水文地質計算成果的精確程度。若抽水試驗結果不準確，將直接導致鉆探成果不合格。所以作為抽水試驗前提的洗井作業就顯得尤為重要，而國內目前主要的洗井作業仍然是采用機械洗井為主，化學洗井僅僅作為一種輔助手段，因此以化學方式為主、機械作為輔助的鹽酸洗井就有著很大的探索價值。本文以冀中能源峰峰集團九龍礦O2-3水文觀測孔抽水試驗為工程背景，論述鹽酸洗井在該孔中的應用。

1 概 況

九龍礦O2-3 水文觀測孔孔位于河北省邯鄲市峰峰礦區新坡村村北，為奧灰水位觀測孔。設計孔深1 425 m，實際終孔深度為1 389.68 m。終孔層位為進入奧陶系灰巖100 m，抽水層位為奧陶系峰峰組。該孔的鉆孔結構見表1。

表1 九龍礦O2-3 水文觀測孔鉆孔結構Table 1 Drilling hole structure of O2-3 hydrological observation hole in Jiulong Mine

O2-3 鉆孔在施工過程中消耗量平均值均為0.25 m3/h，僅在孔深376.3～380.0 m 處以及454.0～458.0 m 處，發生大漏，漏失量約為80 m3/h，并及時處理，未影響施工。該孔施工至奧陶系地層時，消耗量均值為0.2～0.3 m3/h，正常消耗。三開鉆進至奧陶系灰巖含水層時采用廣譜護壁劑（GSP）化學泥漿做沖冼液，泥漿的性能指標為粘度20～22 S，相對密度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 鉆孔在施工過程中消耗量平均值均為0.25 m3/h，僅在孔深376.3～380.0 m 處以及454.0～458.0 m 處，發生大漏，漏失量約為80 m3/h，并及時處理，未影響施工。該孔施工至奧陶系地層時，消耗量均值為0.2～0.3 m3/h，正常消耗。三開鉆進至奧陶系灰巖含水層時采用廣譜護壁劑（GSP）化學泥漿做沖冼液，泥漿的性能指標為粘度20～22 S，相對密度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。

根據九龍礦O2-3 水文觀測孔所揭露的地層情況及以往九龍礦區地質資料綜合分析，九龍礦區奧陶系中統地層按照年代地層由老到新的順序可分為3 組8 段，包括峰峰組3 段，上馬家溝組3 段，下馬家溝組2 段。本鉆孔所揭露的峰峰組地層，全組厚140～158 m，上段以角礫狀灰巖、白云質角礫巖為主；中段以厚層純灰巖及花斑灰巖為主；下段以白云質灰巖為主。且奧陶系峰峰組含水層存在局部裂隙不發育的特征。該孔所揭露的奧陶系峰峰組地層根據現場巖芯鑒定可以看出裂隙不發育，灰巖較致密；且鉆探時的消耗量僅為0.2～0.3 m3/h。若在此地層中做抽水試驗，傳統的洗井方法很難確保洗井的效果，影響抽水試驗的成果。

2 試驗抽水情況

2.1 六偏磷酸鈉浸泡洗井

九龍礦O2-3 水文觀測孔在鉆進至終孔深度達到抽水試驗條件時，需先進行洗井工作，以疏通奧灰含水層。依據以往施工經驗，決定采用六偏磷酸鈉加活塞洗井。具體過程如下。

（1）先將六偏磷酸鈉和清水配制成合適濃度的溶液，然后用鉆具將配制好的溶液注到井底浸泡24 h。

（2）下入鋼絲刷采用上下活動加鉆具轉動的方式將抽水層段反復洗刷6 h，之后再浸泡12 h。

（3）用清水將井底的六偏磷酸鈉溶液替換出來。

2.2 試驗抽水

在洗井之后觀測靜水位24 h，直到水位穩定，下入潛水泵進行試驗抽水。按照煤田地質勘探抽水試驗規范，試驗抽水只做一個最大降深，具體數據見表2。

表2 試驗抽水數據Table 2 Test pumping data

根據試驗抽水數據可知，抽水前靜止水位128.54 m 與抽水后恢復水位130.21 m 不一致，且出水溫度25 ℃與礦方給出的30 ℃水溫不一致。與該礦區奧灰區域水位資料對比，鉆孔奧灰水位標高與以往礦方的奧灰水位標高存在較大誤差。且本次抽水出水量僅為1.44 m3/h，遠未達到礦方要求，洗井效果較差。

經過分析研究，根據現場巖芯鑒定資料和鉆探時泥漿消耗推測，九龍礦O2-3 水文觀測孔所揭露的奧陶系灰巖存在裂隙不發育的特點，造成出水量小的原因有可能是鉆進時的巖粉堵住了奧灰裂隙，造成含水層堵塞，從而影響抽水結果。經過研究決定采用稀鹽酸重新洗井。

3 鹽酸洗井

3.1 鹽酸洗井的原理

基于化學反應，鹽酸與奧陶系灰巖中碳酸鈣和碳酸鎂反應生成氯化鈣和氯化鎂，同時生成二氧化碳和水。氯化鈣和氯化鎂都是可溶于水的物質，溶于水時所生成類似膠水的物質，不會沉淀，可由抽水泵抽出孔外；反應生成的二氧化碳會在封閉的井口下產生很大的壓力，有利于將鹽酸壓入更深的含水層中，增加灰巖的反應率，一定程度上提高了含水層的滲透率和出水量。

3.2 鹽酸洗井的工藝

（1）鹽酸洗井前首先要檢查泥漿泵及鉆探管線的密封情況，確保泥漿泵及管線無破損。

（2）將鉆桿連接注酸管線下入奧灰層段并將井口密封，保證鹽酸的完全反應。

（3）洗井前需要把井底的巖粉清理干凈。

（4）注酸時需要把配制好的酸放在一個鐵箱子里，然后開泥漿泵將酸緩慢注入孔底，并將井口封閉使鹽酸充分反應12 h。注酸完成后須立即將鉆具及管線里的鹽酸用清水替出來，防治鹽酸腐蝕鉆具。

（5）鹽酸洗井后開潛水泵進行抽水，及時將孔底的鹽酸反應物抽出，以防止時間長了堵塞含水層。

（6）由于鹽酸具有強烈的腐蝕性氣味，長時間接觸會對人的呼吸道造成傷害，因此注酸時配備護目鏡、防毒面具等勞保用品。

3.3 鹽酸的配制

鹽酸具有不同的濃度，濃度過高，會造成鹽酸的浪費，還會腐蝕鉆具，濃度過低會造成反應不徹底，洗井效果就會打折扣。根據九龍礦現場試驗情況，并結合其他工程實踐，此次鹽酸的濃度取10%左右，同時為提高鹽酸洗井的效果，在1 m3酸中加入防腐劑甲醛（38%）6 kg，穩定劑醋酸（98.5%）15.8 kg，表面活性劑酒精20 kg，加入的順序依次為防腐劑、穩定劑，最后加入表面活性劑攪拌均勻。

3.4 鹽酸洗井后抽水

在經過鹽酸洗井后，經過礦方同意，在觀測穩定靜水位后繼續抽水。抽水結果見表3，鉆孔涌水量、單位涌水量和降深如圖1、圖2 所示。

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

圖1 Q-S 曲線圖Fig.1 The curve of Q-S

圖2 q-S 曲線圖Fig.2 The curve of q-s

通過表3 可知，鹽酸洗井后鉆孔出水量由原先的1.44 m3/h 增加到5.47 m3/h，水溫由原先的25℃增加到33 ℃，符合概況奧灰區域情況。通過圖2 及圖3 可知，此次抽水試驗Q-S 以及q-S 曲線符合煤田地質勘探抽水試驗規范，滿足了礦方的要求。

4 結 語

通過鹽酸洗井，九龍礦O2-3 水文觀測孔的出水量由1.44 m3/h 增加到5.47 m3/h，出水量增加了3.8 倍，表明鹽酸洗井可以有效疏通奧陶系灰巖含水層，鹽酸可以與奧陶系灰巖中的碳酸鈣成分反應，生成溶于水的氯化鈣和氯化鎂，能使水井的井徑擴大，從而相對增加了含水層的出水面積；同時還可以奧灰中局部發育的裂隙形成橫向擴張和縱向延伸，極大的溝通了奧灰水的水力聯系，從而增加出水量。鹽酸洗井的成本便宜，快捷高效，對井深超過1 000 m 的奧灰深井鉆孔洗井可廣泛使用，具有較高的經濟價值。