李任年

(天津市金晨祥地?zé)崴S修服務(wù)部，天津300161)

地?zé)峋畠?nèi)發(fā)生堵塞是一種自然現(xiàn)象，同時(shí)，也是目前普遍存在的一個(gè)主要問(wèn)題。所以，了解地?zé)峋氯?lèi)型及成因，提出相應(yīng)的具體處理方法，對(duì)高效能開(kāi)發(fā)利用地?zé)豳Y源具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 地?zé)峋氯?lèi)型及成因

地?zé)峋Ｒ?jiàn)的堵塞類(lèi)型有物理堵塞、化學(xué)(細(xì)菌)堵塞。

1．1 物理堵塞

物理堵塞是堵塞物以其自然固體形態(tài)存在于水井通道造成堵塞現(xiàn)象。主要有:井壁掉塊，脫落的碎石屑，巖溶裂隙內(nèi)原來(lái)次生沉積物，殘留在巖溶裂隙內(nèi)的鉆屑、泥漿、堵漏材料，管壁脫落的鐵銹、鐵銹皮，第三系水井中沉積的泥砂等。

(1)井壁掉塊。井壁掉塊主要發(fā)生在基巖地層。井壁掉塊，原因是地層壓力與井筒內(nèi)壓力失衡所致。

(2)井內(nèi)殘留堵塞物。有鉆屑、泥漿及堵漏材料等。殘留物是成井洗井時(shí)沒(méi)有完全洗凈，后來(lái)抽水中，進(jìn)井水速超過(guò)了原洗井進(jìn)井水速，將其攜入井內(nèi)。還有的井，射孔后防砂處理不好，井外泥砂漏進(jìn)井內(nèi)。

(3)第三系地?zé)峋某辽?。沉砂?種情況，一種是顆粒較大的細(xì)砂或中砂，另一種是細(xì)小顆粒的粉砂或粉細(xì)砂。當(dāng)進(jìn)井水速超限時(shí)，將較大顆粒砂推進(jìn)井內(nèi)，由于井筒斷面增大上返水速變小，不能將其攜向地面，因而沉落于井底;細(xì)小砂粒因其在水中自由沉降速度小于沖洗液上返水速而隨水返上地面。但一旦停泵，井筒內(nèi)正上升中的粉細(xì)砂失去水速托力沉于井底。

(4)過(guò)量開(kāi)采。取水量超過(guò)了井的允許開(kāi)采量，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)，井壁泥皮脫落，地層內(nèi)的泥漿、鉆屑及堵漏材料進(jìn)入井內(nèi)。如江蘇揚(yáng)州瘦西湖新熱2井，井深2400 m，成井要求產(chǎn)出水47 m3/h，為了再增水量，換用63 m3/h大泵抽水，抽上泥漿、泥砂將井抽坍。

(5)鐵銹皮的堵塞。鐵銹皮是鐵的氧化物(Fe2O3)，大部分產(chǎn)生在井內(nèi)動(dòng)水位以上的置泵管內(nèi)壁、泵管內(nèi)外壁及測(cè)管管壁上和長(zhǎng)井管內(nèi)壁，尤其泵管外壁和內(nèi)壁產(chǎn)生鐵銹皮量較大，如每次提下潛水泵時(shí)由于震動(dòng)泵管壁不少鐵銹皮脫落于井內(nèi)。近幾年來(lái)，由于區(qū)域靜水位不斷下降，加上井內(nèi)出水水阻增大，綜合因素導(dǎo)致動(dòng)水位不斷延深，氧化面逐漸增大，鐵銹皮產(chǎn)生、脫落日益增多，它已逐漸上升為井的主要堵塞物。鐵銹皮堵塞表現(xiàn)有2種，一是沉于井底淤埋進(jìn)水井段，二是中途架橋堵住井筒通道。如北京市廣渠門(mén)京熱灌4號(hào)井出水井段被鐵粉淤埋，不能出水，2010年我們?cè)诖司派翔F粉約0.6 m3，如圖1所示。架橋堵住井筒的有:2009年我們從天津卷煙廠DL－01地?zé)峋帽霉軆?nèi)抓撈上的置泵管和泵管脫落的鐵銹皮如圖2所示;還有紹興道天津廣電局供熱地?zé)峋?，架橋深?03 m處;河北省獻(xiàn)縣小屯地?zé)峋?，架橋長(zhǎng)近12 m;山東省卿城市星光房地產(chǎn)供熱井，架橋長(zhǎng)10 m。這些架橋鐵銹皮都把井筒堵死了。

圖1 井內(nèi)排出(打撈)的三價(jià)鐵粉

圖2 井內(nèi)打撈出的鐵銹皮

1．2 化學(xué)(細(xì)菌)堵塞

化學(xué)堵塞是井水內(nèi)2種離子經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成的第三種不溶于水物質(zhì)沉淀導(dǎo)致的堵塞，如有3價(jià)鐵、硫化亞鐵的沉淀，碳酸鈣(水垢)的沉淀。地?zé)峋畠?nèi)鐵細(xì)菌、硫酸鹽還原菌等可造成細(xì)菌腐蝕沉淀。

(1)3價(jià)鐵及硫化亞鐵沉淀。地下水中的2價(jià)鐵經(jīng)過(guò)氧化或鐵細(xì)菌作用生成了3價(jià)鐵。3價(jià)鐵不溶于水而沉淀，鐵在井中呈黃紅色類(lèi)似泥漿膠狀液體。

硫化亞鐵是水中2價(jià)鐵與水中的硫酸根，在硫酸鹽還原菌作用下生成的。硫化亞鐵不溶于水，呈黑色膠體，沉于井底，有臭雞蛋味，如圖3所示。此硫化亞鐵是2009年于獻(xiàn)縣電熱1號(hào)井1820 m吸排上來(lái)的。3價(jià)鐵、硫化亞鐵以膠體態(tài)充填于地層空隙、裂隙、巖溶和井筒內(nèi)。它密度大，運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)大，阻塞著地?zé)崴鲃?dòng)。

圖3 井內(nèi)的硫化亞鐵

(2)碳酸鈣(CaCO3)水垢的沉淀。水垢是水中重碳酸鈣化學(xué)還原的產(chǎn)物。地?zé)峋畠?nèi)含有大量重碳酸鈣，而重碳酸鈣來(lái)原于碳酸鈣加二氧化碳加水化合而成;但重碳酸鈣在水中是不穩(wěn)定鹽類(lèi)。當(dāng)外因壓力、溫度變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致二氧化碳溢出，又還原成不溶于水的碳酸鈣。實(shí)踐證明，一般碳酸鹽地層熱水井碳酸鈣沉淀是不可避免的，因?yàn)?，在受高壓下的地?zé)崴疂B流入井筒時(shí)壓力降低，二氧化碳溢出產(chǎn)生碳酸鈣，這個(gè)過(guò)程是必然發(fā)生的，故結(jié)垢是不可避免的。新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營(yíng)組地?zé)峋篙^多。結(jié)垢輕重與水中的含鈣量成正比，山東省東營(yíng)市東營(yíng)組熱水井鈣含量1500 mg/L，井壁水垢厚達(dá)7 mm。

常用的地?zé)峋Y(jié)垢較輕。原因是地下熱水在井筒內(nèi)停留時(shí)間較短。抽水時(shí)熱水進(jìn)井后，還來(lái)不及反應(yīng)或未完全反應(yīng)，就被吸排出井外。閑置井結(jié)垢較重。

2 處理方法

2．1 簡(jiǎn)易氣舉反循環(huán)工藝洗井

簡(jiǎn)易氣舉反循環(huán)鉆具是在現(xiàn)行雙壁鉆桿基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化而成的新技術(shù)。氣舉反循環(huán)洗井與現(xiàn)行的氣舉正循環(huán)洗井相比有以下6個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

(1)吸程縮小。簡(jiǎn)易氣舉反循環(huán)鉆具是一種井下水力吸砂器，吸點(diǎn)在鉆頭上，鉆頭到哪，就抽吸到哪。吸砂時(shí)，鉆頭在砂面上吸程為零，洗含水層時(shí)吸程僅為鉆頭直徑與井壁間環(huán)空間隙(40～50 mm)。而一般氣舉正循環(huán)吸砂洗井，下風(fēng)管450～500 m。它的負(fù)壓吸點(diǎn)固定在500 m。假設(shè)地?zé)峋?500 m，含水層頂在1000 m，吸力從500 m開(kāi)始延深1000 m，吸程為500 m。若吸程500 m與氣舉反循環(huán)吸程50 mm相比，即氣舉反循環(huán)的吸程僅是現(xiàn)用正循環(huán)吸程的萬(wàn)分之一。

(2)攜砂力增大。簡(jiǎn)易氣舉反循環(huán)鉆具沖洗液上返水速成倍增高了，攜砂能力增大了。我們現(xiàn)用氣舉反循環(huán)鉆具平均吸排上返水速達(dá)5.36 m/s，是氣舉正循環(huán)同等水量下所經(jīng)152 mm井筒上返水速1.33 m/s的4倍，是7 in(177.8 mm)井管內(nèi)上返水速0.202 m/s的26.5倍。由于上返水速增大，原來(lái)攜不動(dòng)的鉆屑、掉塊被攜上來(lái)了，如2012年于北京順義區(qū)后沙峪順熱灌－3號(hào)井，于2840 m處吸排上粒徑長(zhǎng)30 mm、寬20 mm、厚14 mm的罕見(jiàn)白云巖掉塊(如圖4左側(cè)所示)。

圖4 井內(nèi)掉塊

(3)清洗能力強(qiáng)。因鉆頭(吸頭)距井壁很近，抽吸力比常規(guī)洗井抽吸力大，能從井壁上吸排出如圖4右側(cè)所示較大井壁掉塊。該掉塊是寧波東錢(qián)湖zk01地?zé)崴@頭在懸空狀態(tài)下于井深601～1417 m從井壁上吸排上來(lái)的掉塊。

(4)不靠井內(nèi)出水。簡(jiǎn)易氣舉反循環(huán)鉆具可從井口注水循環(huán)吸砂;而現(xiàn)行氣舉正循環(huán)排砂，離不開(kāi)井內(nèi)出水，若所洗含水層不能出水，氣舉正循環(huán)無(wú)法成立。

(5)洗井質(zhì)量上下一致。它對(duì)含水層吸洗可從上向下，或從下向上所洗之處吸排力度一樣，故洗井質(zhì)量上下一致;而現(xiàn)行氣舉正循環(huán)負(fù)壓吸抽點(diǎn)不能隨意移動(dòng)，抽吸力上大下小，洗井質(zhì)量上好下差。如2011年北京大興區(qū)采育興熱－12號(hào)井，鉆井深3360 m熱儲(chǔ)為霧迷山地層，有2個(gè)含水層，鑿井方擔(dān)心用現(xiàn)行氣舉正循環(huán)下一含水層洗不開(kāi)，采用了簡(jiǎn)易氣舉反循環(huán)洗井。洗后出水自噴，自噴水量150 m3/h，水溫118℃，井口壓力0.7 MPa，客觀地反映了熱儲(chǔ)富水情況。估計(jì)2個(gè)含水層均已洗開(kāi)。

(6)洗井效果好。如2013年寧波市東錢(qián)湖新鑿zk01地?zé)峋?，?808 m處為火成流紋巖地層，富水性很差，經(jīng)用現(xiàn)行洗井方法洗井后，出水量?jī)H有1.7 m3/h，經(jīng)采用簡(jiǎn)易氣舉反循環(huán)鉆具洗井，出水量增大到了4 m3/h，出水量增大了1.35倍，水溫由41℃升到42℃，解決了甲方用水問(wèn)題。

2．2 酸化處理

酸化洗井是一種化學(xué)溶蝕性洗井方法，是物理洗井后的進(jìn)一步洗井措施。它將物理洗井無(wú)力解決的堵塞物，由固體轉(zhuǎn)化為液體，溶蝕在殘酸內(nèi)，再用物理洗井將殘酸排出井外。

常用酸有鹽酸和土酸。鹽酸是溶蝕碳酸鹽堵塞物如水垢、石灰?guī)r、白云巖、鐵銹皮及碳酸鹽地層的專(zhuān)用酸;土酸是溶蝕硅酸鹽堵塞物如石英、砂巖、火成巖、泥皮及硅酸鹽地層的專(zhuān)用酸。其代表性反應(yīng)式如下:

上式中 CaCl2、MgCl2、FeCl2溶于水，其中3價(jià)鐵溶于pH值＜1.86的殘酸內(nèi)。要用好鐵離子穩(wěn)定劑和控制好酸化時(shí)間。

常規(guī)鹽酸配方:15% ～28%HCl+2% ～3%緩蝕劑+1% ～3%表面活性劑+1% ～3%鐵離子穩(wěn)定劑。酸鹽溶蝕率與酸的濃度有關(guān)，據(jù)有關(guān)資料介紹濃度30%的鹽酸，體積溶蝕率約15%。

土酸由鹽酸與氫氟酸混合而成。土酸中與硅酸鹽起化合作用的是氫氟酸。硅酸鹽地層堵塞物中也含鈣，氫氟酸也能與鈣化合，但與鈣化合后生成不容于水的氟化鈣，會(huì)導(dǎo)致二次沉淀，故氫氟酸不能單獨(dú)酸化洗井。加入鹽酸的目的是先讓鹽酸把鈣溶蝕，剩下硅質(zhì)鹽再由氫氟酸溶蝕。

常規(guī)土酸配方:12%HCl+3%HF，添加劑及用量與鹽酸同。

氫氟酸與硅酸鹽中石英SiO2反應(yīng):

氫氟酸與石英化合生成溶于水的氟硅酸H2SiF6。

土酸用量:含水層每米1～2 m3，溶蝕率很低，體積比約1%。

酸液在溶蝕堵塞物的同時(shí)，也溶蝕地層的巖溶裂隙壁，擴(kuò)大了巖溶裂隙通水?dāng)嗝?，具有增大出水量的功能。?005年北京市小湯山北京市園林局苗圃湯熱7號(hào)地?zé)峋?，洗井前已不能出水，鹽酸酸化后，出水達(dá)102 m3/h，比新井時(shí)出水量74 m3/h增大了28 m3/h，增率37.8%。

酸化可酌情分井段或分次酸化。酸化洗井液中添加劑兼有殺菌功能，無(wú)需再專(zhuān)門(mén)殺菌。

酸化洗井，行之有效，但酸化液對(duì)設(shè)備、工具、井管損傷較大，對(duì)空氣有重度污染，若有不慎會(huì)發(fā)生井噴或酸化事故，應(yīng)慎用。

2．3 對(duì)置泵管、泵管進(jìn)行液體防氧化保護(hù)

對(duì)置泵管、泵管進(jìn)行液體防氧化保護(hù)，減少鐵銹皮發(fā)生，是目前解決鐵銹皮堵塞的一種有效方法。進(jìn)行液體保護(hù)的先決條件是井內(nèi)不能有動(dòng)水位。因過(guò)去曾有人充氮?dú)獗Ｗo(hù)，因動(dòng)水位無(wú)法控制，耗氮量過(guò)大，未能如愿。1995年筆者在研究減少潛水泵抽空時(shí)，試驗(yàn)成功了井內(nèi)負(fù)壓取水，已取消了動(dòng)水位，為液體保護(hù)置泵管創(chuàng)造了必要條件。當(dāng)時(shí)，我們已成功地做過(guò)清水保護(hù)試驗(yàn)，因那時(shí)鐵銹皮問(wèn)題尚未出現(xiàn)，故未派到用處。液體保護(hù)安裝方法如下:在靜水位之下，潛水泵之上，安裝一個(gè)水井封隔器，隔斷潛水泵上下水力聯(lián)系。于封隔器上至井口注滿(mǎn)清水。清水內(nèi)含溶解氧很少可減輕其氧化程度。清水內(nèi)含溶解氧0.8 mg/L左右。最好用無(wú)結(jié)晶水的亞硫酸鈉除去水中溶解氧，用無(wú)氧水保護(hù)。每升清水除去1 mg/L溶解氧，需要亞硫酸鈉7.88 mg。圖5是隔水器與潛水泵下井情況。

圖5 潛水泵加封隔器

3 結(jié)語(yǔ)

地?zé)崴氯幚砟酥凉收闲蘩恚堑責(zé)衢_(kāi)發(fā)利用中一項(xiàng)新的工作。做好此項(xiàng)工作需同仁共同探索創(chuàng)新交流。不斷提高工作能力。本文僅供參考。文中可能有片面之處請(qǐng)指正。

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