大連馬欄地區地熱井施工工藝

盛 春，趙英凱，田忠福

(東北煤田地質局103勘探隊， 遼寧遼陽市 111000)

大連馬欄地區地熱井施工工藝

盛 春，趙英凱，田忠福

(東北煤田地質局103勘探隊， 遼寧遼陽市 111000)

大連馬欄地區地層條件復雜，在地熱井施工過程中，出現鉆井軌跡變化較大、鉆具上提困難、孔漏等現象，通過采取塔式鉆具防斜、在泥漿中加入潤滑劑，解決了鉆具上提的困難，采用鋸沫泥漿靜止堵漏方法解決孔漏的問題。

地熱井;施工工藝;施工設備;堵漏

地熱資源是新能源中一種越來越受到人們關注的清潔能源，它可以廣泛地用于發電、供熱、旅游等行業。大連馬欄地區為開發利用地熱資源，設計了深3500 m的地熱井。但該地區地層條件復雜，且孔徑大，施工遇到一定困難。本文總結了在該地區地熱井的施工工藝，以期為以后在該地區或類似地層中施工地熱井提供一定的參考。

1 地層情況及特點

鉆探揭露橋頭組地層上部為灰色石英巖與深灰色板巖互層，中部為深灰色板巖，綠灰、深灰色板巖夾灰褐色灰巖，下部為大套灰白色石英巖夾薄層灰褐、深灰色板巖、千枚巖，底界深1400 m;長嶺組地層上部為灰綠、灰褐、褐黑色板巖，砂質板巖，灰綠色千枚巖，灰、灰白色變余石英巖、中砂巖，灰質粉砂、細沙巖呈不等互層，夾一層灰綠色輝綠巖，下部為灰、灰白色變余石英巖與變余互層。長嶺組為本井較好的熱儲層段。

該井所在地層為一倒轉背斜地層，地層呈西南走向225°，傾向東南，傾角為45°。地層傾角大，軟硬互層，巖層破碎，板巖硬度6～7級，石英巖、石英砂巖硬度8～10級，施工過程中容易出現垮塌、井眼方位、軌跡變化復雜等現象，造成施工困難。

2 井身結構

如圖1所示，該孔采用三開結構，一開0～30 m，井徑為445 mm;二開30～500 m，井徑311 mm;三開500～3500 m，井徑215．9 mm。

0～30 m下入Φ377 mm護壁管;0～500 m下入Φ273 mm套管作為出水管及泵室管;500～3500 m下入Φ139．7 mm套管作為出水管及濾水管。

圖1 井身結構

3 主要施工設備

鉆井施工采用的設備主要有ZJ－45鉆機1臺，300GF－3X發電機1臺，PZ12V－190柴油機3臺，青州NBB－1300鉆井泵2臺，及密閉循環系統、鉆井液凈化系統、傳動系統等配套系統。

4 鉆井工藝

(1)鉆井方法。首先采用3AΦ445 mm鉆頭從地表鉆至30 m深，下入Φ377 mm的螺旋鋼管;二開采用3AΦ311 mm鉆頭，鉆至深500 m，下入Φ273 mm石油套管作為泵室管，用水泥固井至水泥漿返出地面;三開采用 3AΦ215．9 mm鉆頭，鉆至深3326．18 m，下入Φ139．7 mm的石油套管作為出水管及濾水管。

(2)鉆具組合。進入二開后，由于鉆具搭配不當，在1500 m處，鉆孔偏斜大，經重新組合鉆具，采用塔式組合鉆具，鉆具組合為3AΦ215．9 mm鉆頭+Φ177．8 mm鉆挺 7根 +Φ165 mm鉆挺 8根+Φ127 mm鉆桿，此組合的優點在于鉆進時重心較低，能起到很好的防斜作用。鉆進參數為:鉆壓50～80 kN，轉速70 ～117 r/min，排量40 L/s。

(3)泥漿。該井由于地層巖性、傾角變化大，使井眼方位、軌跡變化復雜，鉆具的重量在上提時增加了附加拉力，達到鉆具重量的1倍，上提困難;在原有泥漿(雙聚泥漿:膨潤土、純堿、HPAN、HPAM)的基礎上，經過幾次處理，加入石墨及液體石蠟等潤滑劑后情況得到了明顯的改善，最終使鉆孔順利完成。

(4)鉆頭選擇。在板巖地層中選擇了HJ517牙輪鉆頭，鉆進效果好;下部地層主要以石英巖、變余石英巖、石英砂巖為主，硬度大，研磨性強，經過HJ517、637G、717G等幾種鉆頭的對比，選用了717G鉆頭，縮短了施工工期，降低了鉆井成本。

5 特殊情況處理

在鉆進過程中共發生2次孔漏現象。第一次是在鉆進至2570 m時，發現泥漿消耗異常。在反復往孔內注入泥漿，損失泥漿25 m3后，靜止測得水位為40 m，說明漏失點有可能在上部。于是配鋸沫泥漿進行堵漏，首先用泥漿泵將鋸沫泥漿送至井底，但在運送過程中，因鋸沫含量高、粘度大，鋸末泥漿沒到達井底泥漿泵就失去了推動能力，方案失敗。于是決定將鋸末泥漿從井口注入，靜止堵漏，直至最后漏失泥漿僅0．5 m3為止，下鉆返漿正常。

第二次漏失在鉆進至3212 m時，采用第一次堵漏的方法進行堵漏，取得了很好的效果。

6 取得的經驗

該地熱井的施工，在地層條件復雜、設計孔深較深，鉆孔方位、軌跡及井斜變化較大的情況下，經改進施工工藝，最終圓滿完成施工任務。地熱井出水量38 m3/h，水溫46℃。取得了在復雜地層中施工地熱井的經驗:

(1)采用塔式組合，在基巖傾斜地層中施工大孔徑地熱井，能有效預防井斜;

(2)在鉆井參數一定的條件下，合理選擇鉆頭型號，能大大提高效率，降低鉆井成本;

(3)由于地層巖性、傾角變化大，引起井眼方位、軌跡變化復雜，通過增加鉆具上提時的附加拉力，并在泥漿中加入石墨及液體石蠟等潤滑劑，使情況得以改善;

(4)在發生孔漏時，配備鋸沫泥漿進行堵漏，由于鋸沫泥漿粘度大，易使泵失去推力，故在堵漏時采用孔口注漿、靜止堵漏的方法，取得了良好效果。

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［3］ 周金葵，李效新．鉆井工程［M］．北京:石油工業出版社，2007．

［4］ 劉炳志，韓成斌，等．大口徑煤礦定向排水井鉆探及完井施工技術［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，(4):47 －50．

2010－11－15)

盛 春(1965－)，男，遼寧遼陽人，工程師，主要從事水文地質及工程地質工作。