地熱井施工工藝

劉中文 霍燚

吉林省水文地質調查所，中國·吉林 長春 136000

1 引言

該井位于中國X 省X 市城區，鉆井性質為探采結合井，目的層為泉頭組，穿過花崗巖50m 終孔完鉆。井型：直井，設計井深2225m，實際完鉆井深2090m；井身質量優質，各項技術指標達到了設計要求。

2 預測地層

本井鉆遇層位：白堊紀自新到老如下：

嫩江組三段：巖性為深灰色泥巖，灰色粉砂質泥巖組成不等厚互層，頂部為一層灰色泥質粉砂巖。與下伏地層呈整合接觸。

嫩江組二段：巖性以深灰色泥巖為主，夾灰色粉砂質泥巖，底部為一層灰黑色油頁巖。與下伏地層呈整合接觸。

嫩江組一段：巖性以灰黑色泥巖為主，夾灰黑色油頁巖，綠灰色泥巖、粉砂質泥巖各一層。與下伏地層呈整合接觸。

姚家組二加三段：巖性為棕紅色泥巖，頂部為一層綠灰色粉砂質泥巖，底部為一層灰色粉砂質泥巖。與下伏地層呈整合接觸。

姚家組一段：巖性為大段棕紅色泥巖，底部為一層灰色粉砂質泥巖。與下伏地層呈整合接觸。

青山口組二加三段：巖性為棕紅、深灰色泥巖，灰色粉砂質泥巖組成不等厚互層，夾一層灰色泥巖。與下伏地層呈整合接觸。

青山口組一段：巖性為兩層灰黑色泥巖，夾一層褐灰色油頁巖。與下伏地層呈整合接觸。

泉頭組四段：巖性為紫紅色泥巖，灰色粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、粉砂巖組成不等厚互層。與下伏地層呈整合接觸。

泉頭組三段：上部厚層塊狀暗紫色泥巖、灰綠色泥巖與灰綠色粉砂巖、灰白色細砂巖互層。下部砂巖較發育。與下伏地層呈整合接觸。

泉頭組二段：厚層暗紫色泥巖、灰綠色泥巖與灰白色、灰色粉砂巖、細砂巖互層。與下伏地層呈整合接觸。

泉頭組一段：暗紫色厚層塊狀泥巖，灰綠色泥巖與灰白色、灰棕色粉砂巖、細粉砂巖互層。砂巖發育。與下伏地層呈整合接觸。

登樓庫組：暗紫色厚塊狀泥巖，灰綠色泥巖與灰白色，灰棕色粉砂巖，細砂巖互層。砂巖發育。

基底：肉紅色花崗巖，上部有淺變質現象，主要成分以石英長石為主，含黑云母。花崗巖結構，塊狀構造。

該區主要目的層段泉頭組，主要以河流沉積為主，砂體條帶狀發育，儲層縱向、橫向變化快，鉆遇地層造漿嚴重、易崩塌有掉塊現象，儲層成巖相對較好。

根據上訴地質資及資料的相應了解，我們在各方面也做了充分準備工作，堅持穩中求快的原則，探索該地區地層情況，同時吸取其他井隊的經驗教訓確保本井的順利施工。

3 成井技術總結

3.1 鉆頭選型、鉆具結構及鉆井參數

①根據地質分層一開鉆進使用∮410mmPDC 鉆頭，用∮203mm 鉆鋌3 根+∮178mm 鉆鋌6 根+，∮165mm鉆鋌6 根+∮127mm 鉆桿。鉆井參數采用大排量（35L/s以上）、小鉆壓（不超過20kN）、一檔（轉盤轉速：58r/min）順利鉆完一開井深450.5m，并下入∮273.1mm 表層套管450.0m。根據一開完鉆分析本井表層適合PDC 鉆頭鉆進，鉆井參數合理。

②二開一開始使用∮241.3mmPDC 鉆頭，鉆具結構使用防斜打直塔式鉆具結構，使用6 根∮177.8mm 鉆鋌，∮165mm 鉆鋌6 根，鉆井參數采用轉速（轉盤轉速：58r/min）、大排量（排量：32L/s 以上），嚴格控制鉆壓在10～20kN 以內，為控制上部地層縮徑和環空堵塞，鉆井措施采用打一劃二的技術措施，并且每鉆進200m 左右短起下拉井壁，保證井下安全。為了保證井身質量符合設計要求，上部地層大段泥巖進尺較快井段盡量采用吊打鉆壓（20kN），并且堅持定點短起下鉆，使井身質量在設計范圍之內。鉆至井深2041m 進入花崗巖地層，井深2090m 時地質通知完鉆，完鉆井深2090m。

3.2 鉆井液選擇

①鉆井液一開我們采用低固相聚合物鉆井液，一開較松軟，鉆速快、井徑大，造漿嚴重，鉆屑攜帶困難，要保證巖屑迅速在地面固控設施分離、清除、沉淀。配制要以膨潤土、碳酸鈉為主材料，配制成45s 黏度泥漿，根據鉆進時孔內實際情況，不斷補充處理劑，保障鉆井液性能具有較強的攜帶和懸浮巖屑的能力，使用此鉆井液鉆時較快，并且井下安全，所以順利地完成了一開鉆進，表層套管順利下入目的層位。

②二開鉆井液，隨著鉆孔深度的增加，地層壓力、溫度增高，破壞鉆井液性能的穩定，鉆進時可能遇到崩塌、掉塊、漏失、縮徑、水敏膨脹等地層情況，鉆井液配制要以抗高溫高壓聚合物為主，保持低粘、低切力、平衡地層壓力密度和低固相含量，流動性好，實現紊流攜帶巖屑，清潔鉆頭泥包，克服阻卡提高鉆速，用好鉆井液處理固相設備，清除有害固相，使鉆井液有較強的護壁性、抑制性、低濾失性，具有良好的泥餅質量，泥餅薄而堅韌，較好顯示出了低固相聚合物的優點。固相含量控制在10%，鉆井液性能參數符合設計要求，上部地層密度控制在1.10～1.15g/cm3，黏度50～60s。采用PDC 大排量底鉆壓，二開鉆進200m 測斜一次，不成功及時補測，確保井身質量。用固控設備控制好鉆井液固體含量，使鉆井液有較強的抑制性，低濾失性及良好的泥餅質量，失水降到5mL，泥餅0.4mm，以滿足地層的需要[1]。

3.3 破壁

本井完鉆測井后，根據甲方要求下鋼刷刷洗井壁和降低泥漿黏度，目的破碎刷洗井壁提高出水量。測井后下用鋼絲繩和127 鉆桿制作的鋼刷外徑265mm，長度9m 的鋼刷.下至井底后降低泥漿黏度至30s，然后起鉆以測井數據為準計算鋼刷在水層位置反復刷洗三至四次[2]。

3.4 下套管

井管下入長度按實際井深減去一開套管長度加上兩層井管設計的重疊長度，生產井管與泵室井管重疊上部接反絲接頭，下部加工一個能上返循環液三個均勻水槽扶正器，重疊以下也分段加入使套管居中的燈籠式扶正器每25m一個，起到固井時水泥漿在井管與孔壁環空間隙均勻，保證固井質量。生產濾水管對應測井解釋成果含水層下入。濾水管孔隙率應介于15%～20%，孔徑介于10～12mm。

3.5 固井

固井為了有效隔開冷熱層，同時非熱儲層的冷水必須相互隔開以免串通污染，固井前對泥漿性能做適當調整，固井采用G 級油井水泥，油井水泥的物理性能抽檢要符合ADI 標準，現場固井采用專業固井車固井，采用正常連續頂替法注入水泥漿[3]。

一開泵室套管固井水泥漿返至地面，固井結束時井口上返水泥漿密度在1.75～1.85g/cm3之間，固井結束后要侯凝48h，對套管進行密封式試壓，使用8～10MPa，30min 壓降不大于0.5MPa，否則進行二次補充固井，固井水泥從井底返至兩層套管重疊部分以上，固井結束后48h 對套管進行試壓，使用10～20MPa，30min 壓降不大于0.5MPa，保證固井位置以上與下部熱儲層有效隔離[4]。

3.6 洗井

3.6.1 采用高壓噴射洗井

噴頭側面采用Φ10mm×9 噴嘴。用該噴嘴由下至上按每小時10m 的速度對所有濾水管部位進行橫向高壓噴射沖洗，主要含水層段要增加噴射次數。擬定噴射壓力12～15MPa。上述完成后進行換漿、透孔，保證井內無阻礙。

3.6.2 空壓機負壓洗井

用大風量高壓空壓機送風洗井，送風分600m、900m深度多次進行，使井內產生高負壓，形成人工井噴，每段不少于5 次。負壓洗井后，用水泵抽水洗井，先用振蕩抽水，每抽水2h 停止30min，將井內受到影響的水全部抽出，之后連續抽水不少于48h。達到水清砂凈。含沙量低于1/20 萬[5]。

4 結語

該井是筆者與同事們在該地區打的第一口井，在探索中尋找經驗，有許多做的不足之處，在今后的工作中總結經驗，吸取教訓，努力學習，逐步提高鉆進速度，在安全的基礎上快速鉆井，多打優質高效井，為地礦事業做出更多的貢獻。