雙壁鉆桿氣舉穿漏技術在京津冀地熱鉆井中的應用

摘 要：京津冀地熱井市場效益高、前景廣，但鉆井難點突出，易惡性漏失，造成井眼軌跡失控、卡鉆等復雜和故障。雙壁鉆桿氣舉穿漏技術是一種利用雙壁鉆桿的注空氣正循環欠平衡鉆井新技術，能夠有效解決地熱鉆井漏失狀態下的攜巖、測斜、打塞等問題。

關鍵詞：地熱井;雙壁鉆桿;漏失;軌跡控制;氣舉穿漏

1 京津冀地熱鉆井概述

1.1 京津冀地熱概況

地熱能源作為一種可再生能源，清潔、環保，經濟效益巨大，開發前景十分廣闊。京津冀地區是我國中低溫地熱田集中分布的地區，也是我國地熱開發的重點地區。20世紀70年代，我國地熱資源開發利用的第一個春天--“天津地熱會戰”，開始于京津冀地區。京津冀地熱開發總體呈現“儲量大、前景廣，污染小、效益高，投入低、難度大”的特點，且具有水量大、水溫高、易回灌、效益好等優點，按國家《地熱能開發利用“十三五”規劃》預計，2020年京津冀地區地熱能年利用量將達到約2000萬t標準煤。現在，伴隨霧霾治理、應對氣候變化等工作，在國家清晰的頂層設計下，京津冀地區地熱資源開發利用正迎來第二個春天。

1.2 地熱井鉆井難點

較石油天然氣鉆井，地熱鉆井的投入偏低，行業規范化不足，鉆井施工難點未能得到有效重視與解決，很大程度上影響了效益的產出與技術進步。近年來在京津冀地區進行了多輪次的開發，開發過程中出現了多起鉆井復雜和故障。據統計，僅2017-2018年在雄安新區就有6口井在薊縣系霧迷山組發生失返性漏失，引起4次上部地層垮塌埋鉆事故，導致其中3口井原井眼報廢而填井側鉆，1口井提前完鉆。

京津冀地區具有良好的基巖巖溶熱儲層，從鉆井工程角度，京津冀地熱鉆井過程中主要面臨的難題主要表現在：地層漏失及漏失情況下的井身質量控制問題。

鉆遇巖溶熱儲層大概率發生井漏，影響鉆井作業。一旦發生漏失，只能強鉆盲打，MWD定向儀器無信號，導致軌跡失控、扭矩倍增，同時因清水強鉆加上返速不夠，極易發生掉塊卡鉆或鉆具故障。

2 雙壁鉆具氣舉穿漏技術

雙壁鉆桿氣舉穿漏技術，是通過雙壁鉆桿及井下氣舉閥在上部井段注入空氣，將上部井眼環空鉆井液舉升，降低井筒ECD（環空循環當量密度），使其略小于地層漏失壓力，建立循環滿足鉆進攜巖的要求，同時降低漏失、實現易漏地層穿越的鉆井新技術。該技術利用充氣形成欠平衡壓力狀態，有利于保護熱儲層，同時降低鉆井液液柱壓力，利于提高機械鉆速。

3 雙壁鉆桿氣舉穿漏技術現場應用

3.1 阿爾卡迪亞1井概況

阿爾卡迪亞1井是一口部署在河北霸州的基巖地熱井，設計井深3932.72m，水泥塞位置為2297.50m。前期鉆井難題主要包括：

①2210m以下白云巖、灰巖地層發生失返性惡性漏失，井眼環空液面-172m，無法建立循環;

②施工需要定向側鉆，但是無法建立循環情況下，常規MWD無信號，無法使用。

針對以上難題，制定了雙壁鉆桿氣舉穿漏技術方案，主要解決以下兩個問題：

①井漏：建立鉆井液（清水）循環，滿足鉆井攜帶巖屑要求，減少井下摩阻、減少井下復雜發生，保障鉆井過程中施工安全;

②測斜：調節氣舉穿漏鉆井工藝參數，保持穩定循環，滿足失返漏失井常規MWD測斜要求。

3.2 阿爾卡迪亞1井應用情況

該井應用過程主要分為以下階段：

3.2.1 安裝調試階段

對氣舉工藝進行了調試，氣舉前對井內液位進行重新測量為-172m。在不使用注氣系統、單獨開鉆井泵情況下，地層漏失嚴重不返漿，MWD無信號。充氣后返漿、排氣正常，實現建立循環、MWD有穩定、可解碼的信號。

3.2.2 鉆進階段

配鉆具下鉆到底，首先開泵頂通水眼，在不充氣的情況下，測試MWD沒有信號，充氣后，可以建立穩定的循環，漏失較小，同時MWD恢復信號，解碼正常。開始定向側鉆，進尺4.9m，返出地層巖屑逐漸增多。有效進尺達到32.79m后，因水泥塞段塞，側鉆后不斷出現放空，側鉆失敗。

3.2.3 氣舉打塞階段

針對漏失嚴重的情況下打水泥塞困難的情況，制定了“雙壁鉆桿充氣舉打水泥塞施工方案”，下入雙壁鉆桿440m，注氣量30m3/min，排量12.18L/s時，為負壓狀態，10min上漲3cm，計算井底負壓0.61MPa。注氣壓力3.1MPa下降并穩定在2.6MPa，滿足負壓打水泥塞施工條件。打完塞后，采用15.88L/s的排量頂替，16min后上提一個單根，開始氣舉候凝。候凝8h，過程中保持排量15L/s、液面基本穩定，完成氣舉打塞候凝作業，為二次側鉆作業打下了基礎。

4 結論與認識

①雙壁鉆桿氣舉穿漏鉆井技術可以有效減少失返型惡性漏失的發生，實現了鉆井液正常排量循環建立，滿足鉆井攜巖要求，減少井下復雜的發生;

②該技術不僅可以有效解決漏失難題，而且實現了在氣液分注的工藝條件下，在不堵漏的情況下，滿足漏失井軌跡控制、打水泥塞的要求。

③雙壁鉆桿氣舉穿漏技術應用取得了初步成功，建議針對不同類型區塊（如地熱井、常低壓易漏井）等繼續開展先導試驗，進一步完善和改進工藝參數、裝備配套及流程等。

參考文獻：

[1]李永和.雙壁鉆桿低壓鉆井工藝技術[J].石油鉆探技術，2007.3.

作者簡介：

張彥超（1984- ），男，漢族，山東鄆城人，畢業于中國石油大學（華東）石油工程專業，本科，工程師，現從事鉆井工程管理工作。