青海共和盆地恰卜恰地区DR9地热井施工技术

王虎

（1.甘肃省地质矿产勘查开发局水文地质工程地质勘察院，甘肃张掖734000；2.甘肃省地下水工程及地热资源重点实验室，甘肃兰州730000）

地热是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有清洁环保、稳定性好、利用系数高等特点。青海共和盆地地热资源丰富，由浅到深分别有浅层地温能、地下热水和干热岩等三种类型的地热资源，多个单位在此开展不同目的的勘查研究工作。青海省共和县恰卜恰地区地下热水资源预可行性勘查DR9井深度1670m，揭露两层热储，实现同井分层勘探，针对不同热储的抽水试验结果表明该井施工质量优良，本文总结了DR9井施工技术，对本地区或同类型地热井施工有一定借鉴意义。

1 地质概况

共和盆地位于青海省中东部，总面积21168km2，是一个自中生代以来形成的断陷盆地，盆地内埋藏有丰富的地下热水资源。盆地中心勘探资料表明，盆地中分布以热传导为主的层状热储，且分布范围遍布全盆地，其热储可分为第四系下更新统热储层和新近系热储。第四系下更系统热储顶板埋深100～200m，岩芯为粉细砂、中粗砂及含砾中粗砂，厚度大于100m，单井涌水量800m3/d，矿化度小于1g/L，流体温度38℃～46℃。新近系热储顶板埋深669～718m，岩芯为中粗砂岩、砂砾岩，热储厚度490～734m，流体温度大于82℃～84.2℃，单井出水量871～1002m3/d，水质较好，矿化度为2.19～2.23g/L。

2 技术要求与技术难点

2.1 技术要求

DR9井为勘探井，要求分别获取第四系下更新统热储和新近系热储的水文地质参数，井深1670m，全孔取芯，分层成井，分层进行抽水试验，终孔直径311mm。

2.2 技术难点

相比地热生产井和一般的勘探井，DR9井要获取更多的地质资料和水文地质参数，井身设计和施工工序较为复杂。

原设计为成2眼井，主井深1670m，取水段为新近系热储；副井深510m，取水段为第四系下更新统热储。主井钻进至450m时甲方将设计变更为一井分层勘探，即在同一井内，先在第四系下更新统热储层成井并进行抽水试验，完成后再钻至终孔，在新近系热储层成井并进行抽水试验。而前期安装的直径600mm表层套管限制了下一级井径，使井身结构复杂化（表1，图1），尤其增加了二开下管的施工难度。二开井径570mm，管径426mm，井管为螺旋钢卷管及桥式滤水管，接箍外径442mm，井壁与井管间隙仅64mm，局部粘土层有缩径现象。若井管下不到位会造成滤水管错位，增加洗井难度并影响出水量。

3 钻探设备

针对技术要求和工期要求，配备钻机2台同时施工，1台TJS200/600水源钻机用于地热井成井，1台XY-8岩芯钻机用于取芯。配套设备主要包括：3NB350型泥浆泵1台、BW500型泥浆泵1台、JSN-2型除砂器1台、ZS3型振动筛1台、153A型变频柜1台、250QJR80-350型潜水泵1台。

4 钻井施工

表1 井身结构参数

图1 井身结构示意图

4.1 钻进工艺

主井采用正循环回转钻进，一开和二开井段为“小眼钻进逐级扩孔”，三开井段为一次成孔。取芯孔采用正循环提钻取芯工艺。

4.2 钻具组合与钻进参数

311钻具组合为：311mmBIT+∅241mmDC×1节+∅203mmDC×1节+∅178mmDC×2节+∅159mmDC×6节+∅89mmDP。

扩孔钻具组合：570mm（800mm）BIT+∅241mmDC×1节+∅203mmDC×1节+∅178mmDC×2节+∅159mmDC×6节+∅89mmDP。

根据井深及井径变化，钻进参数采用情况见表2。

4.3 泥浆

一开和二开钻遇第四系松散层，泥浆配方：生产水+6%钠膨润土+0.2%CMC+0.2%KPAM+0.2%Na2CO3，保证钻井液具有较强携砂能力，同时有效抑制粘土层水化膨胀。

表2 钻进参数表

三开钻遇地层为新近系砂岩、泥岩，泥浆配方：生产水+3%钠膨润土+0.1%NaOH+0.2%～0.3%KPAM+0.2CMC+0.5%～0.6%NH4HPAN+1%KAHM。维护处理：逐步减少CMC的使用，增加抗温性能较优的高聚物包被剂KPAM，配制成胶液补充；NH4HPAN调整粘度，控制流变性能，使钻井液性能稳定。辅以KAHM形成渗透率低的优质泥饼，避免泥浆滤液侵入地层，抑制岩层因水化引起的垮塌和剥落，并起到降低泥饼摩阻。

固控方法：配备振动筛与除砂器；所有的循环钻井液必须流经振动筛与除砂器，并根据钻进速度及时调整筛布目数，保证固控设备的有效运转；钻进中要保证钻井液循环槽与沉砂池内岩粉清洁，避免岩屑二次循环。

4.4 防斜

井斜直接关系到下一步下管是否顺利，该井采取的防斜措施主要有：

（1）设备安装按规定要求达到平、正、稳、固、牢。校正天车中心、转盘中心及井口中心三者处于一铅垂线上，最大允许偏差不超过10mm。

（2）采取轻压吊打，控制井斜，防止偏磨。尤其是开孔阶段，采用30kN以下的钻压，每钻进3～5m用水平仪测量一次方钻杆的垂直度，要求倾斜角小于0.3°，确保井眼开直。

（3）严禁使用弯曲的钻杆。

（4）坚持勤划眼，每钻进1m上提2m划眼修整井壁。（5）用管钻扩孔，管体直径480mm，长度6m。

4.5 下管

二开下管是DR9井的难点之一，直径426mm井管第一次未下到位，重新圆孔后才得以顺利下到位。下管作业采取的主要措施包括：

（1）重视控制井斜，安装、开孔、钻进和扩孔等每个环节均严格执行防斜措施。

（2）井管各段要同心，其中心线与钻孔中心线重合，管串不得受压弯曲。

（3）下管前用钢丝钻头破除孔壁泥皮，排净孔内沉淀，换清泥浆。

（4）用长钻具探孔，钻具用直径426mm井管现场加工，长度不小于30m，管口带合金钻头。钻具缓慢下放、低速回转，起到圆孔的效果。

（5）小井眼超前打10m，起容纳沉淀物的作用。

4.6 固井

表层套管固井时水泥返出地面，三开止水固井段为450～630m，使用内插法固井。水泥浆体系设计采用常规体系，密度1.80±0.03g/cm3。水泥浆性能要求：低失水、高早强、浆体稳定性好。

4.7 洗井

采用喷射、活塞、空压机、潜水泵联合洗井。先使用喷射洗井，再依次交替使用活塞、空压机和潜水泵洗井。洗井标准为水清砂净，含砂量小于1/20万（体积比），并进行3次以上水量对比，最后两次单位涌水量相差小于10%。

4.8 抽水试验

针对第四系下更新统热储层进行2个落程抽水试验，水位稳定时间达到24h以上；针对新近系热储层进行3次降深抽水试验，水位稳定时间达到48h以上。采用变频控制柜调节流量，用in-situ450型自动水位计和人工水位计同时观测水位，用超声流量计和三角堰箱同时观测流量，用煤油温度计观测水温和气温。

5 结语

DR9井采用的一套施工方法保证了地热井质量，抽水试验显示新近系热储层出水温度101℃，为已有8眼勘探井中温度最高，单井涌水量达到1200m3/d。实现了同井分层勘探，缩短了工期，节约了成本，同时减少了施工占地，实现了绿色勘查。

通过总结DR9井施工方法取得以下经验：

（1）同井分层勘探要优化井身结构，孔径和井管级配要合理。

（2）孔径与井管间隙偏小时，要重视防斜，并用粗径钻具圆孔，保证井眼垂直、井壁光滑。

（3）采用变频控制柜和自动观测装置可以大幅减少抽水试验的辅助时间，方便数据处理。