河套盆地西部地区地热井钻探工艺研究与应用

王晓民

（中国煤炭地质总局 第二水文地质队，河北 邢台 054000）

1 概 况

近些年，一些地方根据区域地理优势，对本区域所赋存的地热资源进行开发利用，取得较好的效果。地热资源开发利用显示了很好的经济效益、环境效益和社会效益。随着煤炭、石油等常规能源的紧缺和社会环保意识增强，开发利用地热资源的经济效益、环境效益和社会效益将会更加凸显。

内蒙古自治区磴口县位于河套盆地西部边缘地区，该区域为中新生代断陷盆地，北依狼山、南邻鄂尔多斯高原，呈东西向宽带状展布，黄河由南西经磴口向北东流经平原区，海拔标高在1 030—1 050 m，相对高差最大为10 m，总体地势北高南低。施工区热储层主要为第四系下部及新近系中上新统含水岩层。根据临深3 钻孔及临LR1 地热钻孔测温结果，1 200～2 800 m 第四系下部、新近系上新统细砂岩、粉细砂岩含水层，得出该热储层单井涌水量在500 ～2 500 m3/d，出水温度可达57.56～78.65℃。该层在河套盆地分布稳定，累计厚度可达400 m 以上，地层渗透率在50～1 200 md，构成工作区主要的热储层。

2 钻井实际程序

2.1 井深结构

“一开”孔径444.5 mm，深度为0.00～500.00 m，套管φ339.7 mm×9.65 mm，深度为0.00 ～500.00 m；“二开”孔径311.1 mm，深度为500.00～2 300.26 m，下入深度为452.00～2 300.26 m，详见表1 和图1。

表1 井身结构与管材结构Table 1 Well structure and pipe structure

图1 井身结构示意Fig.1 Well structure

2.2 施工设备

本井设计2 300.00 m，根据施工需求采用施工设备主要为TSJ-3000 型钻机、JJ31-150 型A 型钻塔、QF-500 型泥浆泵、电动机（泥浆泵） 200 kW×2、电动机（钻机） 90 kW×2、2NT 型泥浆测试仪、牙轮钻头（φ444.5 mm、φ311 mm）、钻铤（φ241 mm、φ203 mm、φ178 mm、φ159 mm）、钻杆（φ114 mm、φ89 mm） 等。

2.3 施工过程

2.3.1 “一开”钻进过程

6 月27 日开钻，采用钻具组合为φ444.5 mm三牙轮钻头+φ241 mm、φ203 mm、φ178 mm、φ159 mm 钻铤+φ114 mm 钻杆+108 mm×108 mm四方立轴。

7 月1 日钻进至井深500.00 m，7 月2 日进行0～500.00 m 地球物理测井；7 月4 日下入φ339.7 mm×9.65 mm J55 石油套管，下入井段为0 ～500.00 m，管外（即0～500.00 m） 用P.O 42.5 普通硅酸盐水泥38 t，进行全井段封闭止水，候凝72 h 后；7 月6 日试压，使用3 MPa 的压力保持30 min 不降压， 满足 《地热井钻探规程》（DZ/T0260-2014） 中的试压要求，质量合格。2.3.2 “二开”钻进过程

7 月7 日开钻，采用钻具组合为φ311.1 mm复合片钻头+φ203 mm、φ178 mm、φ159 mm 钻铤+φ114 mm 钻杆+φ89 mm 钻杆+108 mm×108 mm 四方立轴。

8 月22 日～23 日一次性下入φ244.5 mm×8.94 mm 组合套、滤管1 848.26 m，下入深度为452.00～2 300.26 m；8 月23 日对孔内套管进行“穿鞋”固井止水作业，候凝72 h；8 月26 日对孔内套管进行“戴帽”固井止水作业；8 月28 日进行二次“戴帽”固井止水作业，共注入P.O 42.5 普通硅酸盐水泥13 t；8 月30 日试压，使用3 MPa 压力保持30 min 不降压，满足《地热井钻探规程》（DZ/T0260-2014） 中的试压要求，质量合格。

8 月31 日～9 月25 日采用清水冲孔、三聚磷酸钠药液浸泡、空压机洗井、潜水泵抽水洗井，最终达到水清砂净。

9 月26 日～10 月16 日进行试降压试验（3 个落程）、恢复水位；10 月17 日探孔验收交孔。

2.4 成井工艺

此次钻探工作要求进行地热综合测井，测井工作分两次进行。

（1） 使用KH-2 型测井仪进行了0～500.00 m测井，测井项目为井深、井斜、井径、井温、视电阻率、自然电位、自然伽玛等。绘制综合测井曲线图（比例尺1∶500），定量解释了各地层厚度、埋藏深度。

（2） 使用SKD3000D 型测井仪进行了500～2 300.26 m 测井，测井项目为井深、井斜、井径、井温、声波时差、微电位、微梯度、固井声幅、自然电位、自然伽玛、矿化度测井等。定量解释500～2 300.26 m 各含水层厚度、埋藏深度、地层视电阻率值、泥质含量、有效孔隙度、饱和度、地层水矿化度及渗透率，本井共解释各类水层82 层。

3 降压试验

3.1 试验类型与设备

试验类型为单井降压试验，降压试验设备为250QJ120-200/110KW 热水潜水泵，下深为192.00 m，含水层起止深度1 421.30～2 150.70 m，利用厚度为330.60 m，管径为244.5 mm。

3.2 降压试验结果

9 月26 日～10 月16 日进行了正式降压试验，详见表2。

表2 降压试验成果Table 2 Results of depressurization test

3.3 降压试验资料分析

共进行了3 个落程的降压试验。第一个点降深4.82 m、出水量2 079.84 m3/d、水温53℃；第二个点降深9.73 m、出水量2 634.48 m3/d、水温55℃；第三个点降深14.94 m、出水量3 143.52 m3/d、水温55℃。据此结果，选用承压完整井稳定流公式计算水文地质参数：

式中：K为渗透系数，m/d；Q为出水量，m3/d；M为含水层厚度，m；S为降深，m；R为影响半径，m。将数据带入式（1），计算结果见表3，降压试验曲线如图2 所示。

表3 降压试验成果计算Table 3 Calculation of depressurization test results

图2 降压试验曲线Fig.2 Depressor test curve

4 结论与建议

完成地热井一眼，井深2 300.26 m，地热井单井出水量达130.98 m3/h，水温55℃，属温热水。本井热储层为新近系层状热储层，取水段为1 421.30～2 150.70 m，沉积厚度较厚、温度较高，矿化度较高，是优质的地热资源用水。各项技术指标满足相关规范、规程要求，工程质量优良。

地热资源为新型环保能源，具有投资少，见效快的特点。但其属于消耗型能源，因此，在开发利用过程中应有计划、有限制地开采，避免开采量过大造成水位下降过快，以致缩短水井使用寿命；在使用中，应保护好井口，严防向井内落物和流入泥砂，达到长期使用的目的。