吉林龙井海兰1#地热井成井工艺

聂荣军

(吉林省第六地质探矿工程大队，吉林延吉133401)

吉林龙井海兰1#地热井成井工艺

聂荣军*

(吉林省第六地质探矿工程大队，吉林延吉133401)

介绍吉林龙井市海兰1#地热井成井工艺。该井成功的引进了遇水膨胀橡胶止水，止水效果可靠、简便，用钻进泥浆泵固井永久止水，使用扶正器有效控制井斜等技术措施，对类似地热井施工具有一定的参考价值。

地热井；成井工艺；止水；固井；遇水膨胀橡胶

1 工程概况

地热是清洁环保的新型可再生能源，国家大力提倡推广地热能源的开发利用。龙井市政府前瞻性、探索性地开启了该矿区域地热资源勘探开发之路。我队受龙井市开发区建设局委托完成此眼探采结合井的钻探施工及成井工艺。

工作区位于龙井市东盛涌镇西2.5km，龙井市开发区海兰江畔。

2 钻井设备

投入施工的设备为GZ-2600型钻机，CQ3NB-500型泥浆泵，K31.5-135/2.2型钻塔，相关泥浆净化设备及附属工机具。

3 钻孔结构

如图1所示，确定0～300m为泵室段，此段井径为Ø346mm，下入Ø273mm×8.85mm石油套管，并水泥固井；300～1500m，此段井径Ø216mm，下入Ø177.8mm× 8.5mm石油套管，并水泥固井；1500～2500m为主要含水段，此段井径为Ø152mm，采取裸孔成井。

按照地质设计的钻孔结构，我们根据施工需要，在满足设计要求的前提下，制定了如下钻井工艺：

一开，完成口径，0～300m孔段的钻进，钻具组合Ø346mm铣齿钻头+Ø178mm钻铤+Ø159mm钻铤+ Ø127mm钻杆，并下入Ø273mm石油套管，材质J55，用水泥固井做永久止水。

二开，完成Ø216mm口径，300～1500m孔段的钻进。钻具组合：Ø178mm钻铤+Ø159mm钻铤+ Ø127mm钻杆，下入Ø177.8mm石油套管，材质J55，用水泥固井做永久止水。

三开，完成Ø152mm口径，1500～2500m孔段钻进，钻具组合：Ø152mm镶齿钻头+Ø127mm钻铤+ Ø121mm钻铤+Ø89mm钻杆，裸眼成井。

第四阶段为测井、下管、固井工作，测井是为后续射孔做准备工作。

4 下管及固井

4.1 下管

（1）下管前的准备工作：现场下管时，必须按照物探测井结果和水文地质员根据岩屑编录两者结合给出的下管数据，对所入的井管进行编号排序，并量出长度，认真记录，计算所下井管的质量，进行了强度核算，确定设备提升能力是否满足。在套管上焊接内、外止水托盘，安装遇水膨胀橡胶环，安装固井凡尔、正反丝接手等。做好下管前的准备工作，采用吊卡提吊法下管，防止下管混乱，出现止水位置出错，造成不必要的损失。

（2）下管前，对原孔内使用的钻进泥浆用稀泥进行顶替，保证井内泥浆粘度达到20～25s，密度1.05～1.06g/cm3。

4.2 固井

4.2.1 固井水泥及压水量计算

（1）孔径Ø346mm，井深300m井段固井水泥及压水量计算。

环空体积V：=11.17（m3）

式中：V环——一开钻进，井壁与井管形成的环状间隙体积，m3。

K——超径系数，取值1.05；

D——一开钻头直径，m；

d——一开孔段下入井管外径，m；

h——一开固井段套管长度，m。

查石油钻井手册知：100kg水泥（干粉）配密度为1.8g/cm3的水泥浆，用水量为53.1kg，水泥浆体积为85.6L，即0.0856m3，水灰比为0.531。

则固井水泥：

V水泥=V环×100/0.0856=11.7×100/0.0856 =13049（kg）

搅拌水泥用水为：

V水=水灰比×13049=0.531×13049=6929（kg）

式中：V水——一开井段固井水泥浆搅拌水泥用水量，kg。

压水量计算：

式中：V压水——一开井段固井结束时压水量，m3；

V管内——一开井段固井结束时压水在下入套管内的量，m3；

V地面管线——一开井段固井结束时压水在地面管线内的量，经计算为1m3；

D——一开固井段下入Ø273mm套管内径，m；

h——一开固井段套管长度,m。

（2）孔径Ø216mm，井深300～1484.63m井段固井水泥及压水量计算。

二开钻进至1484.63m，按设计下入技术套管，选用Ø 177.8mm×8.05mm石油套管，钢级 J55，总长1233.27m，下入深度1484.63m与一开重叠48.64m，吊卡提吊法下入。重叠部分最上面2根套管上部用BWCPN遇水膨胀橡胶环止水，胶环缠绕长度1m。

环空体积：

V环=K3.14（D2-d2）h×1/4

=1.05×3.14×（0.2162-0.17782）×1233.27×1/4 =15.30（m3）

式中：V环——二开固井段环状间隙体积，m3；

K——二开井段超径系数，取值1.05；

D——二开固井段钻头直径，m；

d——二开固井段套管外径，m；

h——二开固井段套管长度，m。

查石油钻井手册知：100kg水泥（干粉）配密度为1.8g/cm3的水泥浆，用水量为53.1kg，水泥浆体积为85.6L，即0.0856m3，水灰比为0.531。

则固井水泥：

V水泥=V环×100/0.0856=15.30×100/0.0856 =17874（kg）

式中：V水泥——二开井段固井水泥浆水泥用量，kg。

搅拌水泥用水为：

V水=水灰比×17874=0.531×17874=9491（kg）

式中：V水——二开井段固井水泥浆搅拌水泥用水量，kg。

压水量计算：

V压水=V管内+V地面管线

=3.14×D2h/4+V地面管线

=3.14×（0.1778-2×0.008052）2×1233.27×1/4+1

=26.34（m3）

式中：V压水——二开井段固井结束时压水量，m3；

V管内——二开井段固井结束时压水在下入套管内的量，m3；

V地面管线——二开井段固井结束时压水在地面管线内的量，经计算为1m3；

D——二开固井段下入套管的内径，m；

h——二开固井段套管长度,m。

4.2.2 固井现场操作

（1）打前置液。其目的是进一步稀释和分散钻井泥浆，防止钻井泥浆絮凝和胶凝，有效冲刷井壁及套管外壁上的泥浆和疏松泥皮，为水泥浆和井壁、套管胶结创造条件。因此，当套管下入并落实后，开泵送入稀泥浆，待稀泥浆循环正常后，打入前置液，其为2%～3%的NaOH水溶液，打入量为2m3，对Ø346mm井径形成约21m厚的隔离带，对Ø216mm井径形成约54m厚的隔离带。

（2）泵入水泥浆。前置液打完后，按照前述计算好的数量泵入水泥浆，在泵送水泥浆的过程中，要对搅拌好的水泥浆随时取样，监测浆液密度，保证泵入到井内环的水泥浆的水灰比及水泥浆量符合设计要求，为保证灌注质量，实际泵入的水泥浆量比计算多3m3左右，是保证浆头浆尾的稀释，这部分不能参与凝固，浆头要泵出凝固段外，浆尾不泵入凝固段。

（3）压水。水泥浆压完后，马上进行压水，压水量比计算量少压1m3，保证浆尾稀释部分不被压入凝固段。压水完成后，用转盘反开正反丝接手，提出孔内下井管时下入的钻杆，固井注浆结束。

5 遇水膨胀橡胶圈的使用

考虑到水泥在井中是沉淀性凝固的特点，用水泥固井有可能在套管搭接处，产生空洞现象，也就是说没有凝结的水泥浆，易产生冷水直接从搭接处进入井管内，造成热水温度降低。因此，我们使用了遇水膨胀橡胶圈，其规格为Ø238mm×Ø179mm×30mm（外径×内径×厚度）。该橡胶圈的特点是：浸入水中自动膨胀，无味无毒，而高温、无水时自动复原，膨胀系数在遇水4d后能增大300倍，将其套在套管上放在搭接处，在它膨胀前可以完成下管、泵送水泥浆、扫磨灌浆托盘等需要做的一切工作，然后膨胀止水。

6 洗井与抽水试验

依据物探测井，井段1772.9～2473.9m（热水段）为主要含水层。该井段为裸孔，因此，采取冲击器喷射，三聚磷酸钠浸泡后拉活塞方式洗井，高压水流喷射清除破坏井壁泥皮，三聚磷酸钠洗井液改变泥浆性质，破坏泥皮结构，降低泥浆粘度和切力，在通过拉活塞几种方法综合使用，使井内产生正、负压，实现清除护壁泥皮，疏通水道，达到解除堵塞的目的，共用三聚磷酸钠2t、氢氧化钠1t，以2∶1比例配制成洗井液1m3清水加50kg三聚磷酸钠，加25kg氢氧化钠，其操作步骤是：

（1）将冲孔器下到井底，泥浆循环清除井底岩屑，再泵入清水充分循环。

（2）上提冲孔器至含水层位置，每提一柱钻杆上下窜动高压喷射30min，一直上提最上段含水层。

（3）焊井口，配制洗井液，泵车向井内压入50 m3静止憋压24h，再压入50m3静止憋压24h。

（4）拆井口，下冲孔器至含水层段，每下一柱高压喷射30min并上下活动钻具，直至最下段含水层，清水循环一周提钻。

（5）拉活塞，500m处、700m处上下反复抽拉2d后，泵送粘度20s左右的稀泥浆循环，将井内通过洗井洗出的细砂和泥皮排出井外，直至循环到呈混水，没有明显的细砂和泥皮。

（6）下泵抽水。下泵量10m3/h，杨程300m潜水泵，起初抽出水为混水，约8h后水质明显变清，续抽24h，达到水清砂尽，开始抽水试验确定水量及水位，抽水试验结果表明，静水位埋深35.4m，单井出水量30.58m3/h，水温35℃。

7 结束语

（1）用钻进泥浆泵固井永久止水，改变了以往由专业固井队的固井作法，作为止水是满足要求的，节省了固井费用10万元。

（2）钻进过程中使用了扶正器，并在换径处使用扶正器导正，控制了井斜，下管顺利，其完钻后使用STX-1型陀螺测斜仪测斜，井深2500m，顶角3.09°，方位角87.51°，水平位移38.71m。

（3）通过引入新型材料遇水膨胀橡胶环，解决了套管搭接处的止水问题，并在300m变径处也可以使用膨胀橡胶止水，代替传统海带止水材料，止水效果简便，可靠。

[1]张耀辉.甘肃敦煌城区DR3地热探采孔成井工艺[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2014，33（1）.

P634.5

B

1004-5716(2015)11-0039-04

2014-11-27

聂荣军（1962-），男（汉族），吉林蛟河人，高级工程师，现从事探矿工程技术管理工作。