一种用于地质勘探的沙袋扪井法技术领域
本发明属于地质勘探领域，特别是涉及一种用于地质勘探的沙袋扪井法。
背景技术
在地质勘探中，采用人工方法,如钻井放炮等,激发地震波，通过对地震波在地层
中传播规律的研究，确定地下地质构造特征和地层的岩性特征，从而达到勘探石油、天然气
及其它矿产的目的。其优点是精度高、分辨率高、勘探效率高。工作内容包括地震波数据采
集、地震波数据处理和地震波成果解释三个方面。
地震波数据采集过程是地质勘探的基础工作，至关重要。首先，技术人员在地震波
采集工作前要完成施工技术策划，测线长度设计、钻井深度确定等工作。然后，地震队按照
施工技术资料组织作业。地震波勘探工的任务是沿着测线钻井、下药、放炮。按规定，司钻工
钻井钻至规定深度，下药工下药（炸药、雷管）到指定位置，爆炸工引爆炸药。为了缩短施工
周期，司钻工在钻井作业时使用了钻井液（水或其它液体）作为循环介质来提高钻井速度。
由于钻到规定深度后，井孔中存有大量钻井液，造成了下到井中的炸药药柱悬浮在井孔中，
炸药不能到达标准深度位置，从而影响了采集数据的质量。通常做法是：施工人员将井孔中
携带出的钻屑和井孔附近的地表沙土回填到井孔，进行掩埋，即“扪井”。被抛入井中的扪井
介质在井孔内径与药柱间和药柱以上的井孔中形成扪井栓塞。这种做法，防止了药柱上浮，
起到了能量传递和防止能量外泄的作用。但是，扪井往往不能一次完成，因为第一次扪井以
后，并不能将药柱压实，所以就要第二次或者第三次扪井。操作人员费时费力，施工效果较
差，导致采集数据质量不佳。
发明内容
本发明是针对现有用于地质勘探扪井法存在的不足之处，提供一种沙袋扪井法。
本发明的技术方案是这样的。
A.沙袋的制作：根据钻井成孔的直径，在保证扪井沙袋较易抛掷的前提下，考虑钻
头在工作过程中外径的磨损和成孔的光滑程度等因素，选择沙袋直径，以保证高质量扪井
栓塞体的形成。
装满填充沙袋后，因填充的各种介质以及介质湿度的不同，其质量也不相同，抛掷
在井中沙袋的总质量要大于药柱质量的20～25%，保证药柱不上浮。
沙袋填充介质采用河沙或黄土。
投掷到井中沙袋的总长度计算公式为：
C1=(C2-C3)×30%
其中：C1------沙袋的长度；
C2------钻井总深度；
C3------药柱的长度。
通过上式，可计算出沙袋的总长度，根据每根的长度决定下入井中沙袋根数。也可
参考地震资料的品质，实时决定增减投掷沙袋的数量。
扪井沙袋的材质选择：
扪井沙袋选用广告条幅布缝制成圆柱形沙袋，其织物纤维强度高，对介质的包裹性能
较好，受力后经纬线间缝隙适中，价格偏低。
B.沙袋的投掷。先将药柱投入井底，再将制作好的沙袋，沿着钻井孔壁投入钻井井
底。为使沙袋可靠地进入目标层，沙袋投掷结束后，可用爆炸杆对其进行深度测试和下行施
力，待到达目的层后，再按照传统扪井方法进行扪井作业。
在保证颗粒物大小适宜的同时，还应考虑到颗粒物湿度。根据地表物的具体情况，
应选取湿度小一些的颗粒物。湿度较小的颗粒物有利于吸收钻井液中的水分，可加速扪井
介质下沉和提高扪井栓塞生成速度。
沙袋扪井法适用于使用钻井液钻井作业完成后时的下药扪井。当药柱被下至井底
后，将准备好的沙袋也随即下入井中；沙袋进入井中后，克服钻井液产生的浮力，“徐徐”沉
落，随着后续沙袋的进入，下沉速度加快；抛掷沙袋后，需按常规作业进行扪井。
沙袋很快沉入井中药柱之上的原因是：在下沉的过程中，一是沙袋逐渐吸足水分，
塑性和质量增加。二是沙袋上的编织物在钻井液的润滑作用下，表面变得更加光滑，平顺性
增强。使沙袋沉入井中药柱之上。
扪井栓塞体的形成：
先前进入井中的沙袋，在受其上部沙袋、其它扪井介质和自身质量的作用下，沙袋材质
本身的经纬线受力，织物纤维间的裂隙增大，沙袋填充物在吸收钻井液中水分的同时，沙袋
的强度降低，填充物的流动性变强，从织物的裂隙析出。由于析出的沙土和部分后期扪井的
介质混合成的填充物流动性能较好，很快进入到药柱与钻井成孔形成的缝隙和井孔周围的
岩层中，填充缝隙。不断析出的泥沙土和后期下沉的扪井介质，继续填充沙袋与钻井成孔间
余隙和井壁缝隙，沙袋内外的填充物粘度达到平衡后，泥沙浆停止析出。随着填充物中水分
的流失（被填充介质和井壁吸收），栓塞体下沉。后续填补的扪井介质，提高了栓塞体强度，
形成了较好扪井栓塞，对传递激发能量非常有利。
扪井介质的受力分析：
药柱周边的颗粒物与水分混杂，药柱激发时，其能量通过扪井介质和剩余水分向向外
传递给周围岩层和扪井介质。扪井介质中的颗粒物受到本身和水分传递来的作用力的力点
不同，颗粒物下表面受力后，产生沿钻井成孔向上运动的趋势。在相对密闭的井底空间内，
水在极短的时间里将其所受的力也会传递给细小颗粒物的上表面，由于不规则的外形，颗
粒物上下表面积不同，在同等压力下，颗粒物朝向表面积较小的方向运动，加之其本身质量
较小，形成的势能不大（相对平衡），因此其向上运动的力并不大，不同的颗粒物受力后运动
方向不同，在力的传递过程中相互消减，形成较为稳定的扪井栓塞体，传递能量。药柱附近
较大的颗粒物受力后，由于其质量和表面积较大，上表面形成的力需要的时间相对较长，在
短时间内不宜形成平衡力，加之其受力的下表面大，获得向上运动的力较大，较易使其向上
运动，如果其上部没有厚实密致的栓塞体分散其能量，大的颗粒物产生运动，在后续能量波
的作用下，产生运动加速度，药柱上面较多的大颗粒物向地表运动，导致冲井，使药柱产生
的部分激发能量外泄。
本发明具有如下显著效果：
1、颗粒度较细的扪井介质在沙袋的包裹下，形成“集团军”下行的态势，将扪井介质顺
利、迅速地带到目标层，为形成良好的扪井栓塞体奠定了基础。
2、本发明方法可使较细密的扪井介质在短时间内到达震源激发点，形成可靠有效
的扪井栓塞体，从而减少了激发能量传递损失。
3、在传统的扪井方法过程中，大颗粒物受质量优势的影响，先到达目标层，“散兵
游勇”的细颗粒物受钻井液的影响，下沉速度慢，形成下疏上密的栓塞体，不利于能量的传
递。沙袋扪井法的扪井介质受到包裹控制，避免了因激发点的大颗粒物造成的“冲井现象”
的发生。
4、本发明方法的扪井速度较传统扪井法所需时间短，且可靠，与传统的三次/四次
或者循环扪井法相比，可减少扪井工序，节约了工时。
5、本发明扪井沙袋成本低廉，试制过程中的成本为2元/米，较鹅卵石/破碎石扪井
法，成本大大降低。以工地就地填充95×1500的沙袋，4只/井计算，每只需要3分钟，12分钟
即可完成沙袋的填充，因沙袋下沉的时间较传统扪井介质下沉快，可忽略不计，与传统三
次/四次扪井法相比大大节省了成本。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如下：
1、沙袋的制作。
扪井沙袋的尺寸确定：
（1）沙袋直径大小选择。
沙袋直径大小将影响其在下入井中时的平顺程度。直径太大，沙袋外表面与井壁
的摩擦较大，不宜下入，一旦达到井底，其压实度较好。直径太小，较易下入井底，但影响扪
井的压实度，一般选择为钻井成孔直径的90%～85%，例如：钻井钻头为φ114mm,沙袋直径即
为95～100mm，也可根据不同的工区地质条件和钻井成孔质量来确定沙袋的直径。
（2）扪井沙袋的长度确定。
扪井沙袋的长度是由其填充的介质和成孔质量决定的。长度尺寸过大，沙袋体积质量
增加，沙袋易撑破，致使填充、挪动、抛掷过程很不顺利。长度过小，填充介质量小，填充次数
多，较轻沙袋落入井中后，受力变小，织物开裂形成的裂隙也较小，会影响到填充物的析出
效果。按照投掷到井中沙袋的总长度计算公式C1=(C2-C3)×30% 来制作沙袋。经多次适用性
试验，确定扪井沙袋的长度接近1500mm为宜。
（3）扪井沙袋端面的封口。
沙袋的端面处理一般有三种形式。第一种为将袋身并摞，直接用针线进行两遍缝
制,其特点是缝制简单，端面强度高，但端口为三角形与药柱接合面较小，上浮力受力面较
大。第二种为用织物材料裁剪出袋身直径加加工余量为直径的圆形片状料，将其缝制在沙
袋端面，端面强度一般，沙袋端面呈直角，与药柱接合面较大，但下沉过程中遇到障碍物时
平顺性不好，且缝制较为繁琐。第三种为直接将袋身端面挽结封扎，沙袋端口形成弧面，随
顺性较好，端面与药柱接合面较大，不需缝制，只需挽结封扎，端面强度高，沙袋长度可根据
需要随意截取。
4.扪井沙袋的填充介质的选择。
扪井沙袋填充物的选择应遵循就近原则，有细不吃粗原则，吃干不吃湿原则。在填
充沙袋时，可选取钻井井位周边的粒度较小的黄土、沙土等，超过10mm以上的颗粒物不要超
过30%。因颗粒物较大，在其被填充时会划破沙袋，较多的大颗粒物会影响沙袋的塑性变形
质量、投掷平顺效果和颗粒物析出程度，这些不佳情况，将直接影响扪井栓塞体的形成，造
成爆炸作业时出现冲井现象。
2、沙袋的投掷。先将药柱投入井底，再将制作好的沙袋，沿着钻井孔壁投入钻井井
底。为使沙袋可靠地进入目标层，沙袋投掷结束后，可用爆炸杆对其进行深度测试和下行施
力，待到达目的层后，再按照传统扪井方法进行扪井作业。