洗井方法与管井腐蚀、堵塞和结垢的防治

2025-03-13 06:36:17

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回答1：

管井的成井工艺，包括从钻进开始直至下管、回填、洗井等多道工序。一般流程为：选择冲洗介质、配制泥浆→终孔物探测井→井孔斜度测量→井管安装→填砾及管外封闭→洗井。其中的任何一道工序处理不当或完成质量不高，都会影响水井的成井质量。

洗井是管井成井工艺中最后和最重要的一道工序。洗井的好坏对管井出水量有很大的影响。对于使用时间较久的井孔，由于泥沙淤塞、化学腐蚀、结垢和堵塞等原因，造成井孔出水量减少，也可采用洗井的方法恢复和增大井孔的出水量。下面着重对洗井方法作一简要介绍。

洗井的方法基本上可分为机械洗井和化学洗井两大类。前者目前普遍使用，而后者很有发展前途。

1.机械洗井法

对于泥皮、泥沙淤积堵塞过滤器等，均可采用机械洗井方法处理。目前使用最广泛的机械选井方法主要有：活塞洗井法、空压机洗井法和水泵抽压洗井法（或称泵抽振荡洗井法），其次是冲孔器洗井法和各种联合洗井法。

机械洗井法的共同原理是：通过洗井设备在井中产生的强大抽、压作用和冲击振荡作用，加大井内外的水压力差和加快地下水流速，从而破除井壁泥皮、带出阻塞于含水层空隙与过滤器中的细粒物质，以达到疏通含水层、增加水井出水量的目的。

（1）活塞洗井法：所需设备少，方法简单，成本较低，洗井效率亦可。但当井管强度不高时，易被活塞拉坏；在细粒含水层中洗井时，可能引起大量进砂。

（2）空压机洗井：具有工作安全、洗井干净等优点，但洗井成本较高，且受地下水位深度限制。因此，动水位过深或井深较浅的水井，皆不适于空压机洗井。

（3）水泵抽压洗井法（也称泵抽振荡洗井法）：就是在井孔中间歇性抽水，抽水、停抽（每次停抽一般应在2小时以上）反复进行，抽水使井中水位下降，停抽后水位又迅速回升，二者结合可对井孔产生强烈的冲击振荡作用，可较好的破除井壁泥皮，疏通含水层，从而达到洗井目的。

当条件适合时，用空压机与活塞联合洗井，可以取得很好的洗井效果。

2.化学洗井法

它是近年来国内外正在发展的一种新式洗井方法。这种方法操作简便，成本低廉，对于因腐蚀（主要是电化学、溶解氧、细菌造成的腐蚀）、结垢（腐蚀产物附着在过滤器上形成结垢、化学或生物化学结垢）和化学作用形成的堵塞（沉淀物，胶结物），化学洗井效果远比机械洗井为佳；而在某些碳酸盐岩含水层中，化学洗井还可起到扩大含水层裂隙、溶隙通道的作用。常用的化学洗井方法有：

（1）多磷酸钠盐洗井法

目前在洗井中使用的多磷酸钠盐有：六偏磷酸钠［（NaPO₃）₆］、三聚磷酸钠（Na₅P₃O₁₀）、焦磷酸钠（Na₄P₂O₇）和磷酸三钠（Na₃PO₄）等。现以洗井中经常使用的工业用焦磷酸钠（即无水焦磷酸盐）为例，说明其原理及使用方法。

无水焦磷酸钠为白色粉末状，易溶于水，呈碱性（pH=9.2），无毒，对钢材腐蚀性较弱。由于其价格比较便宜，故宜于野外批量使用。焦磷酸钠洗井的作用机理是：由于焦磷酸钠与泥浆中的粘土粒子发生配合作用，可形成水溶性的配合离子，其反应式如下：

Na₄P₂O₇+Ca²⁺➝［CaNa₄（P₂O₇）］^2-

Na₄P₂O₇+Mg²⁺➝［MgNa₄（P₂O₇）］^2-

上述反映形成的配合离子［CaNa₄（P₂O₇）］^2-和［MgNa₄（P₂O₇）］^2-是一些惰性离子。这些离子既不发生化学的逆反应，也不会自身聚结沉淀，更不与其他离子化合沉淀，故易于在洗井、抽水时随水排出。同时，这种带负电荷的配合离子，还可以吸附在粘土粒子上，使粘土粒子表面的负电性加强，从而加大了粘土粒子之间的斥力、降低了泥浆的粘度与剪切力。这是焦磷酸钠能够分解、破坏井壁泥皮和含水层泥浆沉淀的主要原因。

焦磷酸钠洗井的大致步骤如下：首先下置井管，待砾料填至设计高度后，即用泥浆泵将浓度为0.6%～0.8%的焦磷酸钠溶液注入井管内、外（先管外、后管内），然后继续完成管外的止水回填工作。待静置5～6h，焦磷酸钠与粘土粒子充分结合后，即可用其他方法进行洗井。焦磷酸钠盐溶液的注入量，应与含水层井筒的体积大致等同（扣除井管与砾料骨架所占体积）。

由于不同的多磷酸盐，在不同化学性质的水溶液中具有不同的化学活性，因此须根据当地地下水的化学性质和土壤的含盐成分确定所选用的多磷酸盐种类。

（2）液态CO₂洗井法

根据实验可知，CO₂气体在压力为5.099×10⁵Pa、温度为零下37℃（即-37℃）的条件下即可液化；也能在压力为71.44×10⁵Pa、温度为31.19℃的条件下液化。液态CO₂在瓶内的压力，随着温度的变化而剧烈变化。当温度由-25℃上升至0℃、45℃时，其压力则相应由16.2×10⁵Pa上升到30.4×10⁵Pa、109.43×10⁵Pa。

液态CO₂洗井的基本原理是：通过高压管送入井下的液态CO₂，经过吸热和降压后气化，并在井内产生强大的高压水气流，从而破坏井壁泥浆皮，疏通含水层的孔隙、裂隙通道，并使井内岩屑、泥浆等充填物拌随高压水流喷出地表，达到洗井和增加水井出水量的目的。

在碳酸盐岩和石膏等可溶地层中洗井时，可先向井中注入一定量的盐酸，静止1.5～5h后，再灌入液态CO₂。这时，液态CO₂由于吸热膨胀而产生气体，将先把盐酸压入岩层裂隙深处，起到加速溶解可溶岩石和扩大裂隙的作用，而后所溶解的物质又随着井喷被带出井口。有时，在揭露碳酸盐岩的水井中，即便只注入盐酸，也可因化学反应生成大量CO₂气体而产生井喷。

为了防止金属管材在洗井过程中被酸腐蚀，必须在酸液中加入一定比例的甲醛、丁炔二醇［C₄H₄（OH）₂］和碘化钠［NaI］、碘化钾［KI］等防腐蚀剂。此外，当孔内（特别是施工期较长的深孔）泥浆皮较厚时，亦可加入能够减缓泥皮凝固、硬化的多磷酸钠盐，以加强洗井效果。洗井设备的安装可参看图11-13。

液态CO₂洗井法，是目前诸种洗井方法中比较先进的方法。方法简单，节省时间，成本低廉，对于松散孔隙含水层或基岩裂隙含水层，以及不同深度、不同材质、不同结构的新、老管井均有较好的洗井效果。但洗井时应注意安全工作。

（3）盐酸洗井及其他化学洗井方法

当过滤器因化学作用堵塞时，一般可采用酸化处理。例如，当过滤器被碳酸盐类沉淀、氢氧化物沉淀或胶结物堵塞时，一般可用盐酸作为酸化处理液（同时为减少管井中金属材料的腐蚀，可加入适当的防腐剂）。盐酸酸化处理时的化学反应过程如下：

CaCO₃+HCl➝CaCl₂+H₂O+CO₂

FeCO₃+HCl➝FeCl₂+H₂O+CO₂

Fe（OH）₃+3HCl➝FeCl₃+3H₂O