趙 杰 杜國(guó)軍 郭 菲
(東北煤田地質(zhì)局一○七勘探隊(duì),遼寧 阜新 123000)
擴(kuò)散法是井液電阻率測(cè)井方法的一種,是井液電阻率測(cè)井中最有效,采用最多的一種方法,是水文井測(cè)井的重要手段之一。擴(kuò)散法主要是將鹽(通常是NaCl)注入到鉆孔內(nèi)井液中,進(jìn)行人工鹽化井液,使井液與含水層中的地下水之間有明顯的電阻率差異。在地下水自然滲透作用下,鹽化后的井液或鹽水柱將隨時(shí)間變化發(fā)生淡化和移動(dòng),其淡化和移動(dòng)幅度的大小,只取決于地下水的滲透速度,根據(jù)井液在不同深度和時(shí)間的電阻率變化情況,可確定含水層的位置,了解含水層的補(bǔ)給關(guān)系,判斷鉆孔出水量的大小。
擴(kuò)散法是水文勘探中的重要手段,但是擴(kuò)散法也存在一些缺欠,當(dāng)含水層深度大于500米時(shí),流速小的含水層極易被漏掉,當(dāng)含水層深度大于700米時(shí),利用常規(guī)的擴(kuò)散法很難測(cè)量出成功的擴(kuò)散曲線(xiàn)。造成上述缺欠的主要原因是傳統(tǒng)的示蹤劑投放方法無(wú)法滿(mǎn)足井深大于700米的井液鹽化。井深達(dá)到700米以后,示蹤劑幾乎溶化待近,700米以下的井液不能被有效的鹽化。為了測(cè)量含水層位于700米以下的含水層,只有將地面鹽化好的溶液注入孔內(nèi),在孔內(nèi)形成一個(gè)鹽水柱體,然后上鉆具再利用擴(kuò)散法測(cè)量。在地?zé)峋疁y(cè)井過(guò)程中,含水層深度往往在2000米左右,利用鉆具鹽化井液后,上鉆具往往需要8小時(shí)以上的時(shí)間,這樣用擴(kuò)散法進(jìn)行水文測(cè)井的成功率幾乎不存在。本文根據(jù)擴(kuò)散法測(cè)井方法,自制深井示蹤劑投放器,可以有效的解決擴(kuò)散法在深井測(cè)量中的缺欠,使擴(kuò)散法在深井含水層測(cè)量中能夠有效的應(yīng)用。
深井示蹤劑投放器主要由內(nèi)筒、外筒、密封膠圈、內(nèi)外筒限位螺栓、限位彈簧、定位螺絲和裝鹽口八部分組成,詳見(jiàn)圖1。內(nèi)筒、外筒管壁上分別打10排(每排6~8個(gè))直徑為3mm的鹽化孔(可以在鹽化內(nèi)管內(nèi)加篩網(wǎng)等控制鹽化速度)。下井前示蹤劑投放器的外管管壁上的"鹽化外孔1"和內(nèi)管管壁上的"鹽化孔2"相互分開(kāi),內(nèi)、外管管壁上的相鄰兩個(gè)鹽孔之間有封閉膠圈將分開(kāi)的孔隔絕開(kāi),示蹤劑被密封在示蹤劑投放器內(nèi)管內(nèi),這樣示蹤劑就不會(huì)被鹽化(見(jiàn)圖 1)。
圖1 示蹤劑投放器原始狀態(tài)示意圖
用擴(kuò)散法進(jìn)行測(cè)井施工時(shí),示蹤劑投放器懸掛在探管下方,與探管一同下入井中,隨著探管下入深度的不斷增加,示蹤劑投放器周?chē)膲毫Σ粩嘣黾?。受井?nèi)井液壓力的擠壓,內(nèi)管被逐漸壓入外管中,當(dāng)壓力增加到一定值時(shí),內(nèi)、外管管壁上的"鹽化孔1"和"鹽化孔2"相互連通,此時(shí)內(nèi)管正好頂在限位螺絲上,示蹤劑投放器再往深下時(shí),內(nèi)管受壓力繼續(xù)增大,這時(shí)限位螺絲將內(nèi)管限位,使內(nèi)管無(wú)法移動(dòng),從而保持了內(nèi)、外管鹽化孔的溝通。(見(jiàn)圖2)
圖2 到達(dá)指定深度后示蹤劑投放器狀態(tài)示意圖
在實(shí)際測(cè)井施工時(shí),預(yù)測(cè)出目的層段的深度和厚度,計(jì)算出該目的層段的起始井深的井內(nèi)壓力,根據(jù)這個(gè)壓力值調(diào)整相應(yīng)部位,從而有效地控制示蹤劑投放器在我們需要測(cè)量的井段鹽化井液。
測(cè)井施工時(shí),根據(jù)公式1-1(F-指定深度壓力、P-指定深度壓強(qiáng)、ρ-井液密度、g-重力加速度、h高度、s-內(nèi)管截面面積)計(jì)算出預(yù)想深度的壓力F,根據(jù)這個(gè)壓力值F,結(jié)合圖1限位彈簧8的彈性系數(shù)K,計(jì)算出內(nèi)、外管鹽化孔之間的距離L1。
松動(dòng)圖1中調(diào)整螺絲11,調(diào)整外管,使"內(nèi)管鹽化孔2"和"外管巖化孔1"的距離等于L1,擰緊圖1中調(diào)整螺絲11;調(diào)整圖1中限位螺絲7,使限位螺絲在外管內(nèi)的長(zhǎng)度L2等于L1。
深井示蹤劑投放器使擴(kuò)散法在深井水文勘探中得到有效的應(yīng)用,但是仍然存在一些使用不便等問(wèn)題。具體如下:
(1)內(nèi)、外管在井液壓力作用下相對(duì)移動(dòng)時(shí),外管的鹽化孔會(huì)通過(guò)內(nèi)管上的密封膠圈,這樣會(huì)對(duì)膠圈造成損壞,所以每次測(cè)井后必須檢查膠圈的損壞情況,及時(shí)更換密封膠圈。
(2)深井示蹤劑投放器到達(dá)指定深度后,內(nèi)、外管的鹽化孔重合有一個(gè)過(guò)程,不是一下就完全重合,這樣確定內(nèi)、外管鹽化孔之間的距離L1時(shí)應(yīng)當(dāng)留有一定的系數(shù),以確保目的層段的鹽化。
(3)考慮下井儀器的重量問(wèn)題,深井示蹤劑投放器的材質(zhì)可以選擇密度較小的材料制作。
[1]郭崇光,李振拴,趙瑩,楊展.水文地球物理測(cè)井方法與應(yīng)用.北京:煤炭工業(yè)出版社,2006.6.
[2]黃作華,葉慶生.西安礦業(yè)學(xué)院.煤田測(cè)井綜合解釋.北京:煤炭工業(yè)出版社,1980.