新疆塔什庫爾干縣ZK7地熱孔施工工藝淺析

唐平輝，常志勇

（新疆地礦局第二水文工程地質大隊，新疆昌吉831100）

新疆塔什庫爾干縣ZK7地熱孔施工工藝淺析

唐平輝*，常志勇

（新疆地礦局第二水文工程地質大隊，新疆昌吉831100）

新疆塔什庫爾干縣盆地內鉆成一批中高溫地熱井，出現了汽、水兩相流體。由于地層條件復雜，地熱流體溫度較高，施工難度非常大，需進行特殊施工工藝，現對該地熱孔的施工工藝進行探討。關鍵詞：中高溫;地熱孔;固井

1 工作區概況

工作區距喀什市294km，位于塔什庫爾干縣城及北部盆地內，近南北向狹長展布，長約22km，寬約16km，海拔3000～3800m。區內總體地勢西高東低，南高北低。工作區西側分布有辛袞溝、曲曼溝2個沖洪積扇。區內地貌單元分為剝蝕山區、冰水堆積平原、沖洪積平原和壟崗地貌等。工作區屬寒溫帶高原大陸性干旱氣候，年均氣溫3.3℃，多年平均降水量68.7mm，蒸發量2300mm。區內河流為塔什庫爾干河水系。該河發源于喀喇昆侖山區，全長298km，流域面積9980km2，多年平均徑流量達11.3×108m3。

工作區位于帕米爾高原東南部，屬喜馬拉雅造山帶西緣。從區域大地構造位置上看，帕米爾高原位于西昆侖構造帶、塔里木盆地和西天山構造帶結合部，是長期受印度板塊推擠形成的“構造結”，帕米爾構造結是我國大陸上受印度洋板塊運動擠壓作用最為強烈的地區之一。

2 地質條件

ZK7地熱孔位于工作區北部區域，該孔由上至下地層主要是第四系卵礫石、角礫石，厚度12m，較松散，膠結程度差，易坍塌；新近系的泥巖、砂巖，厚度80m，膠結程度較好，為良好的熱儲蓋層；元古界的石英巖、片麻巖，厚度260m，裂隙發育，為良好的熱儲層。

3 施工工藝

3.1 鉆進工藝

（1）一開用?450mm三牙輪鑲齒鉆頭鉆進，用鉆鋌加壓，保持孔底壓力不超過鉆鋌總重量的三分之二，將泥漿調稠，用鈉土泥漿護壁，沖洗液泵量為850L/min，鉆進至基巖用?94mm～?113mm金剛石鉆頭和復合片鉆頭全孔取芯。

（2）二開用?150mm鑲齒三牙輪鉆頭擴孔到底，?89mm和?127mm鉆挺加壓，孔底壓力保持在3～5t，轉速為69r/min，采用低失水量、泡沫泥漿護壁。

3.2 電測井

由于ZK7地熱孔孔內溫度過高，最高可達164℃，測井儀器在高溫下無法正常工作，因此該井無法進行電測井工作。

3.3 成井工藝

根據取芯、地溫測量和泥漿漏失情況等綜合分析，該地熱井0～210m下入?273mm螺旋實管，用水泥固井。210m以下為裸孔。見圖1。

3.4 固井工藝

ZK7地熱孔終孔孔深351.23m。0～210m孔徑為?450mm，210～220m孔徑為?230mm，220～351.23m孔徑為?150mm。在210～220m兩端用帶錐度的木塞封固，中間用粘土球封填，搗實，目的是為了后期注水泥時防止水泥流入220m以下的孔內。上部0～210m下入?273mm×6mm螺旋實管，用止逆閥連接鉆桿。然后將攪拌好的水泥漿(水灰比0.6∶1，比重為1.85)從鉆桿內注入，水泥在孔底從螺旋實管管外往上返，直到水泥從孔口返出為止。由于水泥初凝與溫度有關，必須在管外固井時管內進行降溫。固井后進行質量檢測，將孔口封閉好后，從孔內壓水，待泵壓達到7個大氣壓時，停止壓水，若2h后泵壓沒有下降，證明孔內不漏水，固井成功。為保證固井效果，中途不能有停待。固井目的是將上部涼水與下部地熱流體隔離，保證地熱流體溫度達到最高。停待3d讓水泥充分凝固后，下鉆將止逆閥取出，然后將210～220m處掃通，再用清水掃孔至孔底。該地區基巖地層穩定，不易坍塌，210～351.23m段為裸孔。這樣地熱孔在成井工作方面就已經完成。

圖1 ZK7地熱孔成井結構圖

3.5 洗井

ZK7地熱孔取水段在210m以下裂隙熱儲段洗井，先下鉆用清水沖掃鉆孔，目的是用清水把井內泥漿全部替換出來，充分暴露基巖裂隙，增大洗井化學液與灰巖的接觸面積，為下一步化學洗井做準備。后用濃度為1%的焦磷酸鈉溶液分兩次浸泡取水段(每次浸泡24h)，用鋼絲刷刷洗井壁，用自制活塞洗井，后下?108mm出水管和1寸風管至適當位置，用17/7型號空壓機引噴。

3.6 采取措施

（1）使用足夠的鉆挺數量，孔底加壓，減壓鉆進，鉆鏈采用“塔式”組合，既滿足了井底鉆進的壓力，又能把孔斜控制在最小范圍，保證了套管的順利下入。

（2）根據揭露地層的不同，調整了不同參數的泥漿，抑制了地層嚴重漏漿等，防止了孔內埋鉆事故。

（3）在鉆進過程中，使用了兩泵聯合，保持一臺泥漿泵往孔內送水正常鉆進循環，保持一臺泥漿泵孔外循環，降底鉆孔內溫度，提高鉆進效率。

（4）揭露目的層后并沒有及時下入套管，而是直接鉆進到終孔，目的是掌握全孔泥漿的漏失及地溫梯度變化情況，以便準確確定下管位置。

（5）安裝防噴設施：在鉆探過程中,由于井內狀態急劇變化會產生熱水或熱蒸氣涌噴,因此必須安裝防噴設施保證施工人員安全。

4 效果

（1）由于施工工藝科學合理，操作措施正確，在泥漿配制和使用上，嚴格與鉆孔地層巖性相適應，成功維護了鉆井井壁的穩定，整個地熱井施工過程沒有發生一起鉆孔事故。

（2）鉆進參數合理，提高了鉆效，預防了孔斜。在鉆進過程中，孔底的鉆壓基本控制在3～5t，轉速為69r/min，防斜措施好，鉆孔頂角彎曲保持設計要求范圍內，全孔最大頂角為1.60°，保證了套管的順利下入。

（3）固井止水質量好。下管、固井均嚴格按照程序實施，計算準確，保證了固井質量。

（4）洗井效果好。在鉆進過程中注重了地質基礎資料工作，洗井方法得當，保證了洗井效果。

（5）空壓機引噴時間短（70～80s），水溫上升快（2min可達到125℃），井口穩定溫度在144℃，井口壓力為0.4MPa，水量達28m3/h。

[1]常志勇，史杰，唐平輝，等.新疆塔什庫爾干縣地熱資源勘查報告[R].昌吉:新疆地礦局第二水文工程地質大隊，2014.

[2]GB/T11615-2010地熱資源地質勘查規范[S].

[3]DZ/T0148-1994水文地質鉆探規程[S].

P634.5

B

1004-5716(2015)08-0043-02

2014-08-15

唐平輝（1981-），男（漢族），四川蒲江人，工程師，現從事水文地質工程地質及環境地質方面的工作。