深层地热井施工成井工艺

刘永亮

深层地热井施工成井工艺

刘永亮

温州地热井是该地区最深的一眼地热井，也是在火山岩地区打出的第一眼深层地热井。本文针对火山岩地区的施工成井工艺提供了借鉴和参考。

地热是一种清洁、环保的绿色能源，储量丰富，从国家和世界范围分析，地热有望成为绿色能源的生力军。近年来，随着经济建设的迅猛发展，国内地热资源的开发利用愈来愈受到关注，开发地热这一“绿色能源”，对提高城市品位，改善人民生活质量，培植新的经济增长点，营造良好的投资环境都有着十分重要的意义。为满足当地旅游业发展需要，河北煤田二队在温州地区施工一眼探采结合井，井深1745.99m，水温47℃，水量15.54m3/h，从而为温州发展深层地热水奠定了基础，也填补了浙江南部火山岩地区无深层地热井的空白。

工程概况

地质概况

该井位于温州东北部，地层主要以脆性岩石为主，褶皱构造不发育，主要以断裂构造为主。除有北东向深断裂、北西向、北东向、北北东、北北西向断裂均有展布。在早期形成的东西向断裂的基础上，在北东～南西向构造应力的作用下，形成了一系列的北西向断裂，由于断裂的强烈活动，地下水经断裂带深循环时，在深部加热，形成地热，断裂构造对地下热水起着一定的控制作用。露地层除第四系外，为中生界上侏罗统高坞组及下白垩统朝川组。上侏罗统高坞组（J3g），为一套较单一的酸性火山碎屑岩，岩性为灰白—深灰、浅肉红色流纹质晶屑熔结凝灰岩、流纹质含角砾晶屑熔结凝灰岩。具岩性较单一，晶屑含量高等特点，钻入429.99m，未见底。朝川组（K1c），下部总体以一套中酸性火山碎屑岩为主；上部则为一套单一的酸性火山碎屑岩。地层厚度1300m。第四系全新统（Q4），属陆相冲积成因（Q4al）。组成物有灰黄色砂土、砂、砂砾（卵）石等。砾石的磨圆度和分选性均较好。厚度8.0m。

施工设备

根据该井情况设备配置如下：

序号　设备名称　型号规格　序号　设备名称　型号规格1　钻机　TSJ-3000　8　除砂器　JSN-2B型2　泥浆泵　QZ3NB-350　9　除泥器　CN/125X8-2 3　钻塔　ZT31RG型　10　振动筛机4　电动机　250KW　11　绞车钢丝绳　24mm 5　电动机　90KW×2　12　游动大钩　YG135 6　发电机组　200KW　13　空压机7　动力钳　ZQ203-100

井身结构

该井为温州地区第一眼深层地热探采结合井，无直接成熟地层和技术资料借鉴，同时还要兼顾设计要求，结合设备情况，在施工中采用了以下井深结构。

施工成井工艺

施工工艺流程

根据该井的施工设备、钻孔结构及地层特性采取以下施工流程：

（1）用Ф445 mm牙轮钻头钻至孔深12.35m；下入Ф339.7×9.65mm护壁管进行了永久性的水泥固井；

（2）用Ф311 mm牙轮钻头从12.35m～508.73m；

（3）用Ф216 mm牙轮钻头从508.73m钻至1745.99m；

（4）进行测井；

（5）下入Ф244.5×8.94mm泵室管，并对泵室段进行了永久性的水泥固井；

（6）进行洗井抽水工作；

（7）采取水样送验。

钻井

开孔用Ф445 mm牙轮钻头钻至基岩地层，下入护壁管，二开用Ф311 mm牙轮钻头钻至508.73m，三开用Ф216 mm牙轮钻头从508.73m钻至1745.99m。在三开钻进过程中，由于地层硬度大，连续出现断钻情况，根据地层特性研究决定改变钻具组合（见下表）。

原钻具组合　改变后钻具组合Φ216钻头+Φ177.8mm钻铤×3立根+Φ158.8mm钻挺×4立根+Φ127mm钻杆+Φ88.9mm钻杆+方钻杆Φ216钻头+Φ203mm钻铤×5立根+Φ177.8mm钻挺×1立根+Φ127mm钻杆+Φ88.9mm钻杆+方钻杆

钻具组合改变后，不但提高了钻效，而且减少了断钻次数。由于改变后钻具组合属非常规，钻铤和孔壁间隙较小，因此对泥浆要求较高，及时改变泥浆配比，提高黏度降低固相度，保证泥浆携带岩屑能力。泥浆性能配比参数如下（线下表）：

井段　粘度，s　密度，g/m3　滤矢量，ml/30min二开　20-30　1.08-1.10　——三开　25-35　1.05-1.08　10-25

三开钻至1728m，出现泥浆严重漏失，后用清水钻进至1745.99m，由于使用清水钻进，无法有效携带岩屑，经甲方、监理方及施工方研究决定提前终孔。

测井及含水层选取

该井测井参数为：井斜、井径、井温、三侧向电阻率、自然电位、自然γ、声波声幅测井。

测井仪器为上海地学仪器厂生产的JHQ-2D综合数字测井系统，野外重力数据处理则采用上海地学仪器厂开发的测井解释软件LogView。具体工作量详见工作量完成情况一览表。

工作量完成情况一览表

工作方法 长度（m）　　工作方法　长度（m）工作方法 长度（m）自然电位　1740　井液电阻率　1728　旅行时　1728电位电阻率　1740　自然伽马　1726　顶角　1732梯度电阻率　1740　三侧向电阻率　1726　方位角　1732井温　1728　时差　1728

根据该井岩芯岩屑录井等资料反映的岩性分布情况，并结合本次测井资料分析，所钻遇地层主要为凝灰岩，地热储水层为裂缝储集层。因此测井分析重点是破碎带地层的识别。当地层裂缝发育时，自然电位及各视电阻率测量数值较低，曲线形态表现为负异常，声波时差则数值变化大、曲线形态表现为剧烈“周期跳跃”。据此共划分出十一段可能的破碎带，根据钻探和测井综合分析后共划分出含水层十六层。

下管与固井

根据该井地层特性及钻探测井综合分析，泵室管下入至508.73m，下部裸眼成井。

下套管前要准确丈量每根的长度，按顺序编号并做好记录，套管长度最少要丈量两次，两次误差不能超过1‰，并对提升设备的检修、维护：在下管前必须对钻塔、钻机整个系统，包括大钳等工具进行全面的维护、检查，确保下管工作顺利安全。用大排量循环泥浆，用同径套管通井一次，确保下管顺利。采用提吊浮板法，将套管依次下入井内预定深度。

为保护当地饮用水含水层不受其邻近水污染，同时保证热储层热水不被上部凉水所影响，该井泵室段（0～508.73m）石油套管环状间隙进行永久性固井，固井用的水泥浆量为16m³，水泥灰浆采用水灰比为0.5：1的比例配制，配制的灰浆比重为1.85，并候凝48h，随后采用“注水法”检测了固井质量。

洗井

该井首先把钻具1740m位置，然后采用高压泵及冲孔器以清水进行换浆洗井，然后用焦磷酸钠用量为750kg、十二烷基苯磺磺酸钠的用量为350kg。浸泡时间为16h，然后采用清水把浸泡掉的泥皮排出孔外。由于下部裸眼成井，在浸泡焦磷酸钠和十二烷基苯磺酸钠混合溶液的同时，下入钢丝刷拉孔壁，这样可以使附着在孔壁上的顽固泥皮更易脱落。拉活塞遵从自下而上的工作原理，活塞下入位置为480m～500m，活塞上下拉洗，拉活塞使井壁内连续产生负压及水流震荡，从而使含水通道畅通。最后为了更好的使孔内残留物排到孔外，用压风机进行压风，首先将风管下入1300m处，进行了持续压风，历时24h，后将风管下入1630处，进行压风，持续5h，洗井完毕。

抽水试验

洗井结束后采用稳定流方法进行单孔抽水试验，抽水试验设备选用（见下表）。

设备名称　使用数量或型号　备注潜水泵　2套　扬程为450m、600m测绳　500m　二套三角堰　1个盒尺　2个记录夹　1个万能表　2块温度计　3支钢板尺　2个

该井最终进行了2个降次的抽水实验，最大降深水温47℃，水量15.54m3/h，抽水试验结束后采取水样并进行水质全分析化验，化验结果显示热水中偏硅酸含量达到矿水浓度，其中氟含量达到命名矿水浓度，完全满足合同要求。

结语

该井为温州地区最深一眼地热井，也填补了火山岩地区打出深层地下水井空白，通过此次施工，为该地区今后地热开发提供了借鉴，尤其是针对火山岩地层，易出事故，钻效低等问题提供了数据参考，总结了一套适合温州地区地热开发的一套施工成井工艺，并对温州地区旅游业发展开辟了一条新路，并取得了一定的社会效益。

DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2016.06.001