深層地熱井施工成井工藝

劉永亮

深層地熱井施工成井工藝

劉永亮

溫州地熱井是該地區最深的一眼地熱井，也是在火山巖地區打出的第一眼深層地熱井。本文針對火山巖地區的施工成井工藝提供了借鑒和參考。

地熱是一種清潔、環保的綠色能源，儲量豐富，從國家和世界范圍分析，地熱有望成為綠色能源的生力軍。近年來，隨著經濟建設的迅猛發展，國內地熱資源的開發利用愈來愈受到關注，開發地熱這一“綠色能源”，對提高城市品位，改善人民生活質量，培植新的經濟增長點，營造良好的投資環境都有著十分重要的意義。為滿足當地旅游業發展需要，河北煤田二隊在溫州地區施工一眼探采結合井，井深1745.99m，水溫47℃，水量15.54m3/h，從而為溫州發展深層地熱水奠定了基礎，也填補了浙江南部火山巖地區無深層地熱井的空白。

工程概況

地質概況

該井位于溫州東北部，地層主要以脆性巖石為主，褶皺構造不發育，主要以斷裂構造為主。除有北東向深斷裂、北西向、北東向、北北東、北北西向斷裂均有展布。在早期形成的東西向斷裂的基礎上，在北東～南西向構造應力的作用下，形成了一系列的北西向斷裂，由于斷裂的強烈活動，地下水經斷裂帶深循環時，在深部加熱，形成地熱，斷裂構造對地下熱水起著一定的控制作用。露地層除第四系外，為中生界上侏羅統高塢組及下白堊統朝川組。上侏羅統高塢組（J3g），為一套較單一的酸性火山碎屑巖，巖性為灰白—深灰、淺肉紅色流紋質晶屑熔結凝灰巖、流紋質含角礫晶屑熔結凝灰巖。具巖性較單一，晶屑含量高等特點，鉆入429.99m，未見底。朝川組（K1c），下部總體以一套中酸性火山碎屑巖為主；上部則為一套單一的酸性火山碎屑巖。地層厚度1300m。第四系全新統（Q4），屬陸相沖積成因（Q4al）。組成物有灰黃色砂土、砂、砂礫（卵）石等。礫石的磨圓度和分選性均較好。厚度8.0m。

施工設備

根據該井情況設備配置如下：

序號　設備名稱　型號規格　序號　設備名稱　型號規格1　鉆機　TSJ-3000　8　除砂器　JSN-2B型2　泥漿泵　QZ3NB-350　9　除泥器　CN/125X8-2 3　鉆塔　ZT31RG型　10　振動篩機4　電動機　250KW　11　絞車鋼絲繩　24mm 5　電動機　90KW×2　12　游動大鉤　YG135 6　發電機組　200KW　13　空壓機7　動力鉗　ZQ203-100

井身結構

該井為溫州地區第一眼深層地熱探采結合井，無直接成熟地層和技術資料借鑒，同時還要兼顧設計要求，結合設備情況，在施工中采用了以下井深結構。

施工成井工藝

施工工藝流程

根據該井的施工設備、鉆孔結構及地層特性采取以下施工流程：

（1）用Ф445 mm牙輪鉆頭鉆至孔深12.35m；下入Ф339.7×9.65mm護壁管進行了永久性的水泥固井；

（2）用Ф311 mm牙輪鉆頭從12.35m～508.73m；

（3）用Ф216 mm牙輪鉆頭從508.73m鉆至1745.99m；

（4）進行測井；

（5）下入Ф244.5×8.94mm泵室管，并對泵室段進行了永久性的水泥固井；

（6）進行洗井抽水工作；

（7）采取水樣送驗。

鉆井

開孔用Ф445 mm牙輪鉆頭鉆至基巖地層，下入護壁管，二開用Ф311 mm牙輪鉆頭鉆至508.73m，三開用Ф216 mm牙輪鉆頭從508.73m鉆至1745.99m。在三開鉆進過程中，由于地層硬度大，連續出現斷鉆情況，根據地層特性研究決定改變鉆具組合（見下表）。

原鉆具組合　改變后鉆具組合Φ216鉆頭+Φ177.8mm鉆鋌×3立根+Φ158.8mm鉆挺×4立根+Φ127mm鉆桿+Φ88.9mm鉆桿+方鉆桿Φ216鉆頭+Φ203mm鉆鋌×5立根+Φ177.8mm鉆挺×1立根+Φ127mm鉆桿+Φ88.9mm鉆桿+方鉆桿

鉆具組合改變后，不但提高了鉆效，而且減少了斷鉆次數。由于改變后鉆具組合屬非常規，鉆鋌和孔壁間隙較小，因此對泥漿要求較高，及時改變泥漿配比，提高黏度降低固相度，保證泥漿攜帶巖屑能力。泥漿性能配比參數如下（線下表）：

井段　粘度，s　密度，g/m3　濾矢量，ml/30min二開　20-30　1.08-1.10　——三開　25-35　1.05-1.08　10-25

三開鉆至1728m，出現泥漿嚴重漏失，后用清水鉆進至1745.99m，由于使用清水鉆進，無法有效攜帶巖屑，經甲方、監理方及施工方研究決定提前終孔。

測井及含水層選取

該井測井參數為：井斜、井徑、井溫、三側向電阻率、自然電位、自然γ、聲波聲幅測井。

測井儀器為上海地學儀器廠生產的JHQ-2D綜合數字測井系統，野外重力數據處理則采用上海地學儀器廠開發的測井解釋軟件LogView。具體工作量詳見工作量完成情況一覽表。

工作量完成情況一覽表

工作方法 長度（m）　　工作方法　長度（m）工作方法 長度（m）自然電位　1740　井液電阻率　1728　旅行時　1728電位電阻率　1740　自然伽馬　1726　頂角　1732梯度電阻率　1740　三側向電阻率　1726　方位角　1732井溫　1728　時差　1728

根據該井巖芯巖屑錄井等資料反映的巖性分布情況，并結合本次測井資料分析，所鉆遇地層主要為凝灰巖，地熱儲水層為裂縫儲集層。因此測井分析重點是破碎帶地層的識別。當地層裂縫發育時，自然電位及各視電阻率測量數值較低，曲線形態表現為負異常，聲波時差則數值變化大、曲線形態表現為劇烈“周期跳躍”。據此共劃分出十一段可能的破碎帶，根據鉆探和測井綜合分析后共劃分出含水層十六層。

下管與固井

根據該井地層特性及鉆探測井綜合分析，泵室管下入至508.73m，下部裸眼成井。

下套管前要準確丈量每根的長度，按順序編號并做好記錄，套管長度最少要丈量兩次，兩次誤差不能超過1‰，并對提升設備的檢修、維護：在下管前必須對鉆塔、鉆機整個系統，包括大鉗等工具進行全面的維護、檢查，確保下管工作順利安全。用大排量循環泥漿，用同徑套管通井一次，確保下管順利。采用提吊浮板法，將套管依次下入井內預定深度。

為保護當地飲用水含水層不受其鄰近水污染，同時保證熱儲層熱水不被上部涼水所影響，該井泵室段（0～508.73m）石油套管環狀間隙進行永久性固井，固井用的水泥漿量為16m3，水泥灰漿采用水灰比為0.5：1的比例配制，配制的灰漿比重為1.85，并候凝48h，隨后采用“注水法”檢測了固井質量。

洗井

該井首先把鉆具1740m位置，然后采用高壓泵及沖孔器以清水進行換漿洗井，然后用焦磷酸鈉用量為750kg、十二烷基苯磺磺酸鈉的用量為350kg。浸泡時間為16h，然后采用清水把浸泡掉的泥皮排出孔外。由于下部裸眼成井，在浸泡焦磷酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉混合溶液的同時，下入鋼絲刷拉孔壁，這樣可以使附著在孔壁上的頑固泥皮更易脫落。拉活塞遵從自下而上的工作原理，活塞下入位置為480m～500m，活塞上下拉洗，拉活塞使井壁內連續產生負壓及水流震蕩，從而使含水通道暢通。最后為了更好的使孔內殘留物排到孔外，用壓風機進行壓風，首先將風管下入1300m處，進行了持續壓風，歷時24h，后將風管下入1630處，進行壓風，持續5h，洗井完畢。

抽水試驗

洗井結束后采用穩定流方法進行單孔抽水試驗，抽水試驗設備選用（見下表）。

設備名稱　使用數量或型號　備注潛水泵　2套　揚程為450m、600m測繩　500m　二套三角堰　1個盒尺　2個記錄夾　1個萬能表　2塊溫度計　3支鋼板尺　2個

該井最終進行了2個降次的抽水實驗，最大降深水溫47℃，水量15.54m3/h，抽水試驗結束后采取水樣并進行水質全分析化驗，化驗結果顯示熱水中偏硅酸含量達到礦水濃度，其中氟含量達到命名礦水濃度，完全滿足合同要求。

結語

該井為溫州地區最深一眼地熱井，也填補了火山巖地區打出深層地下水井空白，通過此次施工，為該地區今后地熱開發提供了借鑒，尤其是針對火山巖地層，易出事故，鉆效低等問題提供了數據參考，總結了一套適合溫州地區地熱開發的一套施工成井工藝，并對溫州地區旅游業發展開辟了一條新路，并取得了一定的社會效益。

DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2016.06.001