地热旧井处理气举反循环特殊机具研制

赵华宣，陈 浩，张 平，陈 涛，穆照猛

（贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队，贵州遵义563000）

1 概述

地下热矿水资源多赋藏在深部的岩溶裂隙中，需通过钻探成井形成有效来水通道以便热储层中的热矿水入井，在钻探成井施工中常因热储岩层稳定（暂时）未下滤管护壁，后井壁掉块、垮塌封隔来水通道致出水量大幅减少和水温降低，影响热矿水资源利用和运营。需对旧井实施有效处理以恢复其原有出水温度和水量。在地热旧井处理时，采用气举反循环可有效避免污染、堵塞岩溶裂隙来水通道，但较大粒径掉块、垮塌物在施工中进入堵塞钻具现象十分严重致无法下行作业。为此，亟需研制特殊机具以有效解决钻具堵塞问题，以提高旧井处理风险和效率。

2 项目引出的问题

2.1 项目来源

贵州石阡某地热井于2007年施工完成，井深1256.35m，自流水量180m3/d、水温36℃，降压试验在降深235m的涌水量720m3/d、水温42.2℃，2017年建设单位启用前委托我队进行降压试验以核实储量，在同降深（235m）涌水量418m3/d、水温40℃，涌水量、水温降低严重。为恢复涌水量和水温，我单位组织实施该旧井处理。

2.2 涌水量减少原因

2.2.1 地热井地层及井身结构

工程技术资料数据得知，原地热井地层结构及井身结构见表1、表2。

表1 地热井地层结构表

表2 地热井井身结构表

2.2.2 涌水量减少原因

从该井地层结构及井身结构分析，热储目的层钻井施工中井壁稳定，未下滤管护壁，在长时间间段抽水及停待，井内掉块、垮塌和泥砂淤积堵塞封隔部分来水通道致涌水量减少。

2.2.3 旧井处理措施

（1）旧井处理措施：对涌水量减少原因分析，旧井处理措施为通井到底和下∅127mm滤管护壁。

（2）通井工艺：从地热井裸眼井段地层岩性分析，井壁岩层整体稳定性较好，一般不会出现大井段垮塌，为避免污染、堵塞来水通道采用气举反循环通井。

2.2.4 通井机具及措施技术

（1）旧井处理设备机具：使用TSJ2000型水井钻机1台套、SF-10/150空压机1台、气举反循环机具、∅152mm带中心孔牙轮钻头。

（2）通井技术措施：

①下气举反循环机具探孔时控制下放速度和观察压力表（指重表）压力变化，探准孔内泥砂淤积位置，后上提钻具20m，防钻具下入过快被埋；

②通孔作业控制钻具下行速度防卡、埋、堵事故，上部泥砂淤积段下行速度5～6m/h，遇垮塌物下行速度0.6～1.0m/h；

③在钻头水眼与牙撑较大间隙部位设裙板，减少间隙，防较大粒径岩屑进入堵塞钻具；

④井口补水和增下∅127mm双壁钻杆加大混合器埋深，增加通孔排屑力度。

2.2.5 通井引出的问题

下钻至903.49m遇沉砂（孔内352.86m堆积物），采取相应技术措施顺利通孔排屑至1153.04m遇大粒径垮塌物（或掉块）、通孔严重受阻。在严格控制通孔钻压（1～3kN）、钻具下放速度（0.1～0.2m/h）时，钻具接触粗粒径即不返水和堵塞钻具，再下行钻具1.0～1.5m即出现卡埋钻现象，7d发生7次大粒径岩屑堵塞钻具和频繁起钻，且通孔无效。

3 特殊机具研制

3.1 钻具堵塞原因

气举反循环通井是通过钻具在一定钻压下将井内粗粒径岩块碾碎成小粒径岩屑，小粒径岩屑在钻具内外压差抽吸作用下运动至地表并清除。在钻具接触粗粒径岩块面时，适当粒径岩块瞬间抽吸进钻具至循环通道堵塞而形不成有效循环，下行钻具即埋入沉岩屑中致卡埋钻而不能有效碾碎井内粗岩块且风险大。

3.2 特殊机具研制

为解决气举反循环通井遇粗粒径岩屑即堵塞具和卡埋钻，需建立有效循环通道，即在钻具埋入沉岩屑一定深度时循环通道仍有效。为此，我们研制了特殊机具：长1.5m的J55∅127mm石油套管（滤管）做过桥管，上下各连接1个专用接头（图1）。过桥滤管的滤孔呈螺旋形分布、直径∅12mm、滤孔51个（总过水断面为钻杆内径断面的150%），底端一排滤孔距钻头0.4～0.5m，上端接头内截面倒角，以减小混合液上返对端面和连接部位的冲刷。

图1 特殊机具示意图

4 现场试验及应用效果

4.1 现场试验

使用研制特殊机具，未再出现钻具堵塞和卡埋钻事故，通井时效2.3～2.5m/h，从1153.04m通孔至1235.89m（遇金属物件停止通孔）仅用40h，后顺利下入∅127mm护壁滤管。

4.2 应用效果

（1）特殊机具使用有效避免遇粗粒径岩屑即堵塞钻具和卡埋钻事故，缩短通井时间，使用效果良好。

（2）涌水量恢复效果：本旧井处理井，在气举反循环通孔和下∅127mm滤管护壁，降压试验涌水量709m3/d、水温42℃，基本恢复原涌水资源量。

5 结论与建议

（1）本特殊机具在使用中较好地解决了旧井处理气举反循环工艺大粒径岩屑堵塞钻具问题，在类似项目有较好推广应用前景。

（2）本特殊机具应使用N80及以上材质，以提高其耐性和强度。

（3）本特殊机具有部分埋在岩屑中，易磨损，每100～200m应提钻检查其完好性。