海蘭1#地熱井鉆井施工技術

徐冬梅，王 利，王玉民

(吉林省地勘局第六地質探礦工程大隊，吉林延吉133401)

海蘭1#地熱井鉆井施工技術

徐冬梅*，王 利，王玉民

(吉林省地勘局第六地質探礦工程大隊，吉林延吉133401)

吉林省延邊州龍井市海蘭1#地熱井，完井深度2500.4m，揭露地層情況較為復雜，采用“三開”井身結構。施工過程中根據(jù)鉆遇地層情況的變化及時調整鉆具組合及鉆進、鉆井液參數(shù)，降低了由于地層變化而產生的井斜、漏漿、掉塊、井壁坍塌等造成埋鉆、卡鉆的施工風險，應用隨鉆減震器解決了因地層蹦跳鉆而產生的鉆具事故，保證了孔內鉆探施工安全及成井質量，為延邊地區(qū)相同或此類地層的地熱井施工提供了成功經驗。

鉆井；成井結構；沉積巖；延邊

1 概述

海蘭1#地熱井位于龍井市東盛涌鎮(zhèn)西2.5km海蘭江畔，井口位置為物探方黑龍江904水文地質工程地質勘查院布置，為龍井市開發(fā)區(qū)項目，我隊鉆井公司受龍井市建設局委托承攬此區(qū)域第一眼地熱探采結合井的施工。鉆井周期146h，建井周期191h，用以了解地層、巖性、地熱流體分布層位、性質，從而為評價、開發(fā)區(qū)域地熱資源提供參數(shù)、依據(jù)。

2 區(qū)域地熱地質條件

根據(jù)區(qū)域地質調查資料，地層為中生界白堊系龍井組和大砬子組沉積巖層。表層為第四系粘土、亞砂土及砂礫石；下部為龍井組粉細砂巖、砂質頁巖、含礫粗砂巖、泥巖、礫石；漸深為龍井組和大砬子組砂頁巖、砂礫石。區(qū)內侵入巖極為發(fā)育，主要包括華力西晚期侵入斜長花崗巖、花崗閃長巖，巖體分布受區(qū)域性北東向斷裂控制，同化和混合巖化作用較強；燕山期侵入輝石安山巖、角閃安山巖，該侵入巖侵入龍井組砂礫巖中。

區(qū)內泥巖、砂巖互層頻繁，夾有頁巖、砂礫層，成孔施工要做好充分準備。預計熱儲層應在1500m以下砂礫巖中，地溫梯度、地層孔隙度、滲透率滿足開采地熱流體的需要。

3 井身結構設計

根據(jù)所鉆地層、熱儲類型、鉆井目的、抽水方式、鉆井設備、工藝方法等因素綜合確定采用“三開”成井井身結構。目的層位白堊系大砬子組砂礫巖層，裸眼或篩管成井（詳見表1）。

表1 設計井身結構說明

4 鉆井設備及機具

鉆機：GZ-2600型，最大鉆深2600m（?89mm鉆桿），轉盤通徑?455mm，大鉤負荷135t，動力機200kW電動機1臺，280kW柴油機1臺。鉆塔：K31.5-135∕2.2。泥漿泵：CQ3NB-500型，315kW電動機1臺，最大工作壓力35MPa，最大排量1470L∕min。同時配套投入震動篩1臺，離心除泥機1臺，3PN、2PN潛水泵若干臺。

5 鉆井工藝

5.1 鉆進及成井

本地熱井鉆井工藝主要執(zhí)行《地熱資源地質勘查規(guī)范》GB∕T11615-2010。施工程序為：鉆進—測井—下管—固井—候凝[3]。鉆進方法為三牙輪鉆頭鉆進。

5.1.1 一開井段鉆進與成井

采用?346mm銑齒三牙輪鉆頭鉆進到穩(wěn)定泥巖層達到設計深度后通井，充分循環(huán)鉆井液，提鉆下入表層套管。采用提吊法下入[4]，井底預留1m口袋。水灰比0.5的水泥漿全段封固止水，水泥漿返高地表，候凝48h下鉆透水泥塞及掃浮鞋。

鉆進中針對地層情況主要對鉆井液的性能，鉆壓等鉆進參數(shù)進行了準確控制，并通過劃眼、短起、下管回灌等一些技術措施，降低了細砂巖層塌孔、泥巖層縮徑、軟硬互層產生井斜等施工風險，保證了井眼安全和開孔的垂直度，使得套管順利下入，固井成功。

5.1.2 二開井段鉆進與成井

二開采用?215.9mm鑲齒三牙輪鉆頭鉆進。鉆井液為聚和物防塌型鉆井液。鉆具組合為滿眼、鐘擺式鉆具組合[4]，并應用液壓式單向隨鉆減震器[5]，鉆進中加強鉆井液的凈化管理和性能指標控制，加壓不超過鉆鋌重量的80%，解決了因地層蹦跳鉆而引發(fā)的鉆具事故和孔壁剝落、掉塊而引起的砂橋卡鉆、埋鉆等孔內事故。

下管技術措施與一開基本相同。據(jù)測井報告實行分段固井，為后續(xù)射孔工作做好準備。用水灰比0.5的水泥漿封固，第一段251～977m，第二段1268～1484.6m，與一開套管重疊部分用膨脹橡膠條纏繞加強止水。固井過程中準確計量水泥用量、水灰比、隔離液量、頂替漿量，嚴格按設計執(zhí)行[5]。頂替結束后憋壓，初凝前及時倒開送入鉆具，候凝48h下鉆透井。

5.1.3 三開井段鉆進與成井

三開井段大砬子組為擬開采目的熱儲層，為了防止固相顆粒對儲層裂隙堵塞，采用低固相聚和物鉆井液。從二開到三開結束，隨著巖層抗壓強度、可鉆性的提高在鉆頭使用方面做了一些調整。

采用?152.4mm鑲齒三牙輪鉆頭鉆進至2500.4m，根據(jù)上返巖樣和測井報告基本達到預期，故決定終孔完鉆。采用尾管法成井工藝[4]。據(jù)電測井三開共有一、二、三類含水層3段，故含水層下入花管非含水層下入套管，下深2451m。在最上段和最下段花管上部各下入1根1.5m長膨脹短節(jié)，與二開套管采用懸掛器連接。

5.2 成井結構數(shù)據(jù)與鉆進數(shù)據(jù)匯總

最終海蘭1#完井深度2500.4m，三開結構，懸掛尾管法成井。試驗水量30m3∕h，水溫35℃。成井及鉆進過程主要技術參數(shù)見表2～表6。

表2 成井參數(shù)

表3 鉆具組合

6 施工經驗總結

海蘭1#地熱井的施工，初步摸索和積累了在延邊地區(qū)沉積巖層鉆井的施工經驗。

（1）要想保證鉆井的垂直度，首先要從鉆井機具方面入手，再根據(jù)地層的實際情況采取必要的鉆進技術措施，這樣才能收到良好的效果。本井實現(xiàn)了頂角3.09°、井底位移小于40m的規(guī)范要求。

（2）鉆鋌、鉆桿、接頭長時間使用，入井前最好做探傷檢測，防止為事故埋下隱患。隨時掌握鉆進情況并給與重視，當同一事故經常發(fā)生現(xiàn)有措施解決不了，這時就要考慮采用新工具，引進新工藝來解決問題，加快進度。

（3）前期要多方收集區(qū)域地質資料，井身結構設計上充分考慮各種因素的存在、各種可能性，不影響后續(xù)洗井、抽水工作，降低施工風險。

（4）以后地熱井施工，技術套管固井可以采用“穿鞋”、“帶帽”的方法能更好地保證固井質量。

（5）加強鉆井液的凈化管理是實現(xiàn)順利鉆井的關鍵環(huán)節(jié)。

（6）未能對目的層進行局部取芯，井深后巖樣遲到時間較長，研磨后的巖樣能否準確反映地層的真實情況要予以考慮。

（7）海蘭1#井的施工技術措施和技術參數(shù)是根據(jù)本井的施工設備選定的，還不夠成熟、不夠經濟合理，僅供后續(xù)地熱井施工技術人員參考、借鑒。

表4 固井及止水參數(shù)

表5 鉆進技術參數(shù)

表6 鉆井液配方及性能指標

7 結語

延邊地區(qū)具有良好的人文環(huán)境和自然環(huán)境、旅游和飲食獨具特色。地熱是清潔環(huán)保的新型可再生能源，發(fā)展前景廣闊，市場潛力巨大。龍井市政府前瞻性、探索性地開啟了該區(qū)地熱資源勘探開發(fā)之路，為整個區(qū)域的地熱資源勘探開發(fā)工作開了好頭，奠定了基礎。針對海蘭1#地熱井的施工和實踐，我們總結了幾點體會：

（1）進一步完善鉆井施工機具，適當引進新工藝、新技術，努力提高鉆井施工的技術含量，提高效率的同時增加經濟效益。

（2）在以后工作中地質，鉆井等方面的專業(yè)技術人員應多多積累數(shù)據(jù)，總結經驗，完善地質論證和施工工藝，從專業(yè)技術層面為區(qū)域地熱資源勘探開發(fā)提供科學依據(jù)。

（3）國家大力提倡推廣地熱能源開發(fā)利用，結合我隊的實際情況，我們作為專業(yè)的技術隊伍更應該努力提高項目的施工能力，努力開拓地熱勘探開發(fā)市場，使之真正成為我隊新的經濟增長點，提高經濟效益的同時創(chuàng)造良好的社會效益，為地區(qū)的經濟發(fā)展貢獻力量。

[1]丁同領，高翯.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（8）：23-25.

[2]張耀輝.甘肅敦煌城區(qū)DR3地熱探采結合孔成井工藝[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2014,41（1）：33-36.

[3]于孝民，楊春光，董國明，湛丹.唐山市第一眼薊縣系地熱井鉆探及成井技術[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2014,41（2）：41-44.

[4]王新純.鉆探施工工藝技術手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社，2005.

[5]趙金洲，張桂林.鉆井工程技術手冊[M].北京：中國石化出版社，2007.

P634.5

B

1004-5716(2015)11-0074-04

2014-11-24

徐冬梅（1969-），女（漢族），遼寧鞍山人，助理工程師，現(xiàn)從事探礦工程新技術開發(fā)工作。