氣舉反循環在地熱井維修中的應用

■羅輝　張華

（陜西地礦第一地質隊　陜西　安康725000）

氣舉反循環在地熱井維修中的應用

■羅輝張華

（陜西地礦第一地質隊陜西安康725000）

針對地熱井維修中泥沙涌入，泥沙填埋段長，傳統的正循環難以清除泥沙的問題，采用氣舉反循環技術攜帶泥沙能力強，清除效果好，且在施工中，環空只有循環液，泥沙經由管柱內排出井外，確保了施工中的井下安全。該技術是地熱井維修中清除泥沙非常有效的方法。

地熱井氣舉反循環地熱井維修

1　工程簡介

咸陽海泉灣地熱井（新）位于陜西省咸陽市世紀大道中段，該井建于2006年8月，井深3315.24m,成井后井口涌水，涌水量121.03m3/h，井口水溫100°C。2013年以來，該井反復出現水溫下降、水量減少、連續燒壞水泵電機、直至抽不出地熱水等情況。2014年5月咸陽源泉水利工程有限公司對本井600m以上進行了鋼絲刷洗井、活塞洗井、空壓機振蕩洗井、打撈異物、井下電視檢測等修井作業，據修井資料判斷該井600米以下、濾水管以上井管破損或錯斷，導致外部沙石、泥漿涌入，填埋濾水管，對上部形成浮沙層阻隔，致使該井不能取水。

我單位受咸陽海泉灣有限公司委托，對該井進行維修。在用3NB/1300泥漿泵正循環通井至910m時循環液漏失，只進不出。經測井解釋顯示套管在900.85m-901.56m處有40mm寬的條狀破損，管外泥沙由此涌入井內，井管內901.56m以下全為泥沙填埋，致使水井無水。

在用油井水泥堵漏后，采用氣舉反循環清除井內泥沙，氣舉反循環清沙作業深度自901.56m至3194.92m，本次施工中運用氣舉反循環超深、超長井段清沙達到了國內領先水平。

2　水井資料

地熱水層：

該區域熱儲層段有張家坡組、藍天灞河組、高陵群組。該井開采層段為高陵群組。

（1）張家坡組熱儲層段：井深1511.6-1892.0m，熱儲層共16層62.1m，單層厚度一般2.5-4.5m，最厚9.8m。

（2）藍天灞河組熱儲層段：井深1892.0-2796.0m，熱儲層共45層252.1m，單層厚度最大10.9m，一般4.0-9.1m。

（3）高陵群組熱儲層段：井深2796.0-3355.0m，熱儲層共38層173.5m，單層厚度最大9.4米，一般2.6-8.2m。

3　反循環主要設備

（1）井架（型號AL125/32，參數125T）；（2）游動滑車/大鉤（型號YC120/DG120，參數120T）；（3）天車（型號TC12-5，主要參數120T）；（4）鉆機（型號GZ-2600，主要參數115KN/單繩）；（5）空壓機（型號蚌埠WF—10/60，主要參數10m3/min.6MPa，150kw）；（6）反循環鉆桿（型號Φ114mm雙壁，主要參數450米）。

4　氣舉反循環處理工藝

4.1氣舉反循環工作原理

氣舉反循環是空壓機將壓縮空氣通過雙壁氣水龍頭、雙壁主動鉆桿、雙壁鉆桿的內管和外管之間的環狀間隙從混合器處噴入內管，形成無數小氣泡，氣泡一面沿內管迅速上升，一面同時膨脹，從而產生氣舉作用。由于壓縮空氣不斷地進入循環液，在混合器上部形成低比重的氣水混合液，而井中的循環液比重大，根據連通器原理，內管的氣水混合液在壓差作用下向上流動，把井底的泥沙連續不斷地帶出地表，排入沉淀池。沉淀后的循環液再流回井中，經井底進入鉆桿內補充循環液的空間。

4.2混合器下入深度

理論上按照每1MPa壓力氣舉98m計算混合器的下入深度。本次施工所用空壓機額定壓力為6MPa,排氣量為10m3/min,理論上混合器可下至588m，而在實際工作中，混合器下至330m時，空壓機出現反復憋壓，既接完單根空壓機開始工作，至空壓機排氣壓力升到4.5MPa時，循環液從排水口噴射出來，空壓機工作壓力逐漸降低至1.8MPa，噴射結束后，壓力又開始升高至4.5MPa再次噴射，如此反復，無法正常建立反循環，經多次試驗，最后確定混合器下入范圍為95米至320.5米。隨著混合器下深的增加，空壓機輔助工作時間（表1）加長（接完單根，空壓機開始啟動到排水口返水）：

表1　井身2892.87m時空壓機工作時間

4.3氣舉反循環施工

在反循環管線、管柱連接好后距沙面2米時啟動空壓機，在出水口有穩定的循環液流出時再下放鉆具，下放速度根據出水口返出泥沙量而定，如果返出泥沙量太多易堵塞管柱，應減緩下放速度，如果返出泥沙量太少或沒有，說明下放速度太慢，影響施工效率。在方鉆桿下放到底后，觀察出水口沒有泥沙時方能進行接單根作業。施工中如有較大的礫石（或巖屑）流出，應延長循環時間。反循環施工撈出大量的礫石，撈出泥沙約53m3。

5　氣舉反循環鉆頭

隨著井深的增加，混合器以下管柱也隨之加長，管柱和鉆頭經常堵塞，解堵無效只能起鉆排堵，增加了人工勞動強度和無效的輔助時間。在對鉆頭經過改進后，加工了筒裝刮刀鉆頭，在近水口處加開了四個防堵孔。筒子內徑108mm,大于吸程管內徑（56mm），泥沙經過筒子緩沖后均勻上行，不易堵塞管柱。防堵孔防止了泥沙涌向鉆頭水口而堵塞鉆頭。此鉆頭在使用后至該井清沙結束未出現管柱和鉆頭堵塞現象。

6　氣舉反循環操作注意事項

（1）下鉆或接單根前應對雙壁鉆桿密封圈進行檢查、更換，清除絲扣污物，內管臟物，并涂絲扣油。

（2）在下鉆距井底2m時，先開動空壓機，待排水口出水后再緩慢下放鉆具，以防井底沉積物突然堵塞鉆頭使循環液停止。

（3）應根據排渣情況，控制鉆具下放速度。

（4）在正常反循環工作中如遇排水口突然不返水、或時大時小、以及間斷返水、空壓機工作壓力降低、排水口只冒氣不出水的現象時，應停機檢查鉆具，用測量內管水位方法判別，如果內管與環空水位連通應檢查混合器以上鉆具及氣水籠頭的密封情況，否則檢查混合器以下鉆具及鉆頭是否堵塞，如果堵塞，可將鉆具提離井底上下串動，或向鉆具內灌滿水后重新啟動空壓機解堵，或用泥漿泵正循環解堵。若處理均無效時，應及時提鉆檢查。

（5）在接單根或起鉆前應先待循環液中泥沙排凈后再停空壓機。

7　結論

運用氣舉反循環清除井下泥沙，克服了傳統正循環施工泥沙沉淀帶來的卡鉆風險，同時井下干凈，無泥沙殘留，是地熱井維修中通井、清除泥沙的有效方法。維修3000m以上的地熱井，如果采用傳統正循環，泥漿泵需配備880kw的動力機，而本次施工所用空壓機的動力機為150kw，較之正循環大大的降低了燃油成本。

在氣舉反循環施工中，循環管線的密封是建立反循環的保證，本次施工用的雙壁鉆桿內管是用兩個O型密封圈密封，每次接單根或起下鉆時都要仔細檢查、更換，這就增加了一定的輔助時間，因此改進內管密封可以提高氣舉反循環的效率。

[1]宇文磊，王文龍，李永成，等.氣舉反循環鉆進工藝在地熱井施工中的應用 [C].山西建筑，2014,40.

[2]丁同領，高翯，等.武漢-1超深地熱井鉆井成井工藝 [J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2012,39.

[3]王玉國,肖海龍,謝連生,等.氣舉反循環鉆進工藝在3512m深的京熱164號井中的應用 [J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，36(2):9-11.

[4]柯柏林，丁連靖，周艷富等.地熱井洗井及增產工藝技術探討 [J]，城市地質，2008,3.

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-4-2

羅輝（1969～），男，副總工程師，探礦工程師，鉆探工程專業,研究方向為石油鉆井、水文鉆井和固體礦產鉆探等工藝技術管理。