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爆破压裂技术在隐伏岩溶水井中的应用 2013-9-18 10:23:18    浏览: 次   我要评论
[导读]在碳酸岩地层中钻水井,达到设计井深后,为扩大出水量,通常采取常规方法洗井,其结果往往是时间长、耗资大、效果差,但发现成井数月后,水量有增大趋势。

在碳酸岩地层中钻水井,达到设计井深后,为扩大出水量,通常采取常规方法洗井,其结果往往是时间长、耗资大、效果差,但发现成井数月后,水量有增大趋势。这说明不是地层中无水,而是技术方法不合理。通过总结,我们采用爆破压裂技术,首先在“陕西渭水西部黄土旱塬隐伏岩溶地下水普查”项目中的永寿Y3勘探孔和乾县Y2勘探孔中应用,使Y3孔水量扩大3倍以上,Y2孔水量亦扩大近10倍。解决了乾县城区长期供水短缺的困扰。此后,我们又在铜川、蒲城等5口水井中进行了试验,均取得了显著的效果。

1 岩溶水井区内地层及施工概况

区内地层主要有奥陶系碳酸盐岩及第三系、第四系松散堆积,奥陶系绝大部分被第三系和第四系掩埋。
  钻孔结构:上部松散层下入护壁井管、下部裸眼。
  基岩以上覆盖层采用优质泥浆护壁钻进,钻至完整基岩下入套管后采用清水钻进。钻进至设计孔深后,采用物探测井、井下电视录井划分地层及含水层,选择爆破压裂段,实施井下爆破压裂作业。

2 井下爆破压裂的作用方式

爆破压裂技术,其作用机理为水压爆破原理。因为水是一种难压缩物质,通常在1 MPa压力下,其体积缩小5%左右,而后随着压力的增加,它的体积基本上不发生变化。这样利用水做介质,将炸药在爆炸时产生的高压能有效地传递给被压岩层,其作用如下。
    2.1 爆炸气体膨胀在水中产生的冲击波作用
  炸药爆炸后,产生大量高温、高压气体,这种气体膨胀时,在井下水中会产生强大的冲击波,而冲击波对形成初始径向裂隙起了先导作用。
  经计算,装药量为15 kg时,不同距离冲击波峰值:1 m为148 MPa,2 m为68 MPa,10 m为11 MPa,可见其影响半径是其它洗井方法无法达到的。
    2.2 爆炸气体的应力波作用
  炸药爆炸后,高压气体膨胀时作用到围岩上,在岩石中产生强大的应力波。由于岩层为非均质体,在应力波的拉应力作用下,将沿着岩体的不均质部位,如夹层、细裂隙、晶界等薄弱处形成许多新的裂纹,同时,在应力波的作用下,在岩体中原有裂隙端部形成应力集中,如应力足够大,将使裂隙扩展长大,形成新的裂隙。

3 爆破压裂工艺

3.1 爆破材料
  爆破器采用条形药柱,根据井下压裂区的长短及所需爆破压裂强度,可将药柱之间用导爆索串联或并联,爆破器长度可任意连接。使用TH1炸药,铸装成条形,以增大装药密度,药柱全塑外壳,耐压、防水,雷管经特殊处理。
    3.2 爆破压裂前的准备工作
  (1)钻孔要按规定采取岩心,以掌握地层、岩性;
  (2)进行物探测井(视电阻率、自然电位、自然γ),井下电视录像。
  (3)根据岩心、测井曲线、井下电视录像,确定爆破井段位置及长度。
  (4)根据所需压裂强度计算出相应的药量。
  (5)按安全规程要求加工爆破器。
    3.3 爆破压裂工作及注意事项
  根据确定的爆破压裂区长度,下入相应长度的爆破器。再根据爆破安全规定引爆爆破器,其注意事项如下:
  (1)严格执行爆破安全规程。
  (2)爆破器要准确下入预定位置。
  (3)井内液柱超过150 m,雷管要加耐压防护罩。
    3.4 爆破压裂效果
  1998年2月~1999年4月,共在7个钻孔进行了爆破压裂试验,均收到了显著的效果(见表1)。

表1 爆破压裂效果

孔号

爆破压裂前

爆破压裂后

单位涌水
量比较
(后/前)

水量
/(m3.h-1)

降深
/m

单位涌水量
/(m3.h-1.m-1)

水量
/(m3.h-1)

降深
/m

单位涌水量
/(m3.h-1.m-1)

乾县Y2

53

28

1.89

106

 29

3.66

1.93

永寿Y3

7

51

0.14

19.3

43

0.45

3.21

铜川YK5

35.7

18.0

1.98

54.1

17.3

3.12

1.58

蒲城X1

32

 涌水

 

72

 涌水

 

2.25

蒲城X7

150

51

2.94

440

41.2

10.7

3.63

蒲城X8

210

18

11.67

482

25.4

18.98

1.63

乾县2号

35.5

78

0.458

108

30.5

3.54

7.73

通过爆破压裂,大幅度增加了出水量,产生了良好的社会效益,如乾县2口井的成功,改变了城区供水方案,由原来引20 km以外的水库供水,改为开采地下水供水,节约了大量资金。 

4 岩性对爆破压裂效果的影响

不同含水地层,由于岩石的机械物理性质不同,对爆破压裂效果的影响亦不同。一般来说,对硬、脆性岩石效果良好,对软、塑性岩石效果较差。具体情况如下:
  爆破压裂效果好的含水岩层:一般为灰岩、大理岩、白云岩、砂岩、花岗岩等硬脆性岩层,以及岩层裂隙充填物为岩石碎屑、硬胶结等非泥质物质。
  爆破压裂效果差的含水岩层:一般为泥岩、泥灰岩、泥砂岩等软、塑性岩层。对虽为硬、脆性含水岩层,但其裂隙中多为泥质物质充填,其爆破压裂效果亦差。

5 结语

对3口勘探孔和4口生产井进行爆破压裂表明,在陕西渭北岩溶井中,采用爆破压裂技术扩大水井出水量,是一种有效的技术方法。此方法一般也适用于岩石机械物理性质与岩溶井岩性相类似的含水地层。

 

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