地熱舊井處理氣舉反循環特殊機具研制

趙華宣，陳 浩，張 平，陳 濤，穆照猛

（貴州省地質礦產勘查開發局114地質大隊，貴州遵義563000）

1 概述

地下熱礦水資源多賦藏在深部的巖溶裂隙中，需通過鉆探成井形成有效來水通道以便熱儲層中的熱礦水入井，在鉆探成井施工中常因熱儲巖層穩定（暫時）未下濾管護壁，后井壁掉塊、垮塌封隔來水通道致出水量大幅減少和水溫降低，影響熱礦水資源利用和運營。需對舊井實施有效處理以恢復其原有出水溫度和水量。在地熱舊井處理時，采用氣舉反循環可有效避免污染、堵塞巖溶裂隙來水通道，但較大粒徑掉塊、垮塌物在施工中進入堵塞鉆具現象十分嚴重致無法下行作業。為此，亟需研制特殊機具以有效解決鉆具堵塞問題，以提高舊井處理風險和效率。

2 項目引出的問題

2.1 項目來源

貴州石阡某地熱井于2007年施工完成，井深1256.35m，自流水量180m3/d、水溫36℃，降壓試驗在降深235m的涌水量720m3/d、水溫42.2℃，2017年建設單位啟用前委托我隊進行降壓試驗以核實儲量，在同降深（235m）涌水量418m3/d、水溫40℃，涌水量、水溫降低嚴重。為恢復涌水量和水溫，我單位組織實施該舊井處理。

2.2 涌水量減少原因

2.2.1 地熱井地層及井身結構

工程技術資料數據得知，原地熱井地層結構及井身結構見表1、表2。

表1 地熱井地層結構表

表2 地熱井井身結構表

2.2.2 涌水量減少原因

從該井地層結構及井身結構分析，熱儲目的層鉆井施工中井壁穩定，未下濾管護壁，在長時間間段抽水及停待，井內掉塊、垮塌和泥砂淤積堵塞封隔部分來水通道致涌水量減少。

2.2.3 舊井處理措施

（1）舊井處理措施：對涌水量減少原因分析，舊井處理措施為通井到底和下?127mm濾管護壁。

（2）通井工藝：從地熱井裸眼井段地層巖性分析，井壁巖層整體穩定性較好，一般不會出現大井段垮塌，為避免污染、堵塞來水通道采用氣舉反循環通井。

2.2.4 通井機具及措施技術

（1）舊井處理設備機具：使用TSJ2000型水井鉆機1臺套、SF-10/150空壓機1臺、氣舉反循環機具、?152mm帶中心孔牙輪鉆頭。

（2）通井技術措施：

①下氣舉反循環機具探孔時控制下放速度和觀察壓力表（指重表）壓力變化，探準孔內泥砂淤積位置，后上提鉆具20m，防鉆具下入過快被埋；

②通孔作業控制鉆具下行速度防卡、埋、堵事故，上部泥砂淤積段下行速度5～6m/h，遇垮塌物下行速度0.6～1.0m/h；

③在鉆頭水眼與牙撐較大間隙部位設裙板，減少間隙，防較大粒徑巖屑進入堵塞鉆具；

④井口補水和增下?127mm雙壁鉆桿加大混合器埋深，增加通孔排屑力度。

2.2.5 通井引出的問題

下鉆至903.49m遇沉砂（孔內352.86m堆積物），采取相應技術措施順利通孔排屑至1153.04m遇大粒徑垮塌物（或掉塊）、通孔嚴重受阻。在嚴格控制通孔鉆壓（1～3kN）、鉆具下放速度（0.1～0.2m/h）時，鉆具接觸粗粒徑即不返水和堵塞鉆具，再下行鉆具1.0～1.5m即出現卡埋鉆現象，7d發生7次大粒徑巖屑堵塞鉆具和頻繁起鉆，且通孔無效。

3 特殊機具研制

3.1 鉆具堵塞原因

氣舉反循環通井是通過鉆具在一定鉆壓下將井內粗粒徑巖塊碾碎成小粒徑巖屑，小粒徑巖屑在鉆具內外壓差抽吸作用下運動至地表并清除。在鉆具接觸粗粒徑巖塊面時，適當粒徑巖塊瞬間抽吸進鉆具至循環通道堵塞而形不成有效循環，下行鉆具即埋入沉巖屑中致卡埋鉆而不能有效碾碎井內粗巖塊且風險大。

3.2 特殊機具研制

為解決氣舉反循環通井遇粗粒徑巖屑即堵塞具和卡埋鉆，需建立有效循環通道，即在鉆具埋入沉巖屑一定深度時循環通道仍有效。為此，我們研制了特殊機具：長1.5m的J55?127mm石油套管（濾管）做過橋管，上下各連接1個專用接頭（圖1）。過橋濾管的濾孔呈螺旋形分布、直徑?12mm、濾孔51個（總過水斷面為鉆桿內徑斷面的150%），底端一排濾孔距鉆頭0.4～0.5m，上端接頭內截面倒角，以減小混合液上返對端面和連接部位的沖刷。

圖1 特殊機具示意圖

4 現場試驗及應用效果

4.1 現場試驗

使用研制特殊機具，未再出現鉆具堵塞和卡埋鉆事故，通井時效2.3～2.5m/h，從1153.04m通孔至1235.89m（遇金屬物件停止通孔）僅用40h，后順利下入?127mm護壁濾管。

4.2 應用效果

（1）特殊機具使用有效避免遇粗粒徑巖屑即堵塞鉆具和卡埋鉆事故，縮短通井時間，使用效果良好。

（2）涌水量恢復效果：本舊井處理井，在氣舉反循環通孔和下?127mm濾管護壁，降壓試驗涌水量709m3/d、水溫42℃，基本恢復原涌水資源量。

5 結論與建議

（1）本特殊機具在使用中較好地解決了舊井處理氣舉反循環工藝大粒徑巖屑堵塞鉆具問題，在類似項目有較好推廣應用前景。

（2）本特殊機具應使用N80及以上材質，以提高其耐性和強度。

（3）本特殊機具有部分埋在巖屑中，易磨損，每100～200m應提鉆檢查其完好性。