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    河套盆地西部地區(qū)地熱井鉆探工藝研究與應用

    2021-08-31 12:30:10王曉民
    煤炭與化工 2021年7期
    關鍵詞:出水量固井鉆桿

    王曉民

    (中國煤炭地質總局 第二水文地質隊,河北 邢臺 054000)

    1 概 況

    近些年,一些地方根據(jù)區(qū)域地理優(yōu)勢,對本區(qū)域所賦存的地熱資源進行開發(fā)利用,取得較好的效果。地熱資源開發(fā)利用顯示了很好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。隨著煤炭、石油等常規(guī)能源的緊缺和社會環(huán)保意識增強,開發(fā)利用地熱資源的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益將會更加凸顯。

    內(nèi)蒙古自治區(qū)磴口縣位于河套盆地西部邊緣地區(qū),該區(qū)域為中新生代斷陷盆地,北依狼山、南鄰鄂爾多斯高原,呈東西向寬帶狀展布,黃河由南西經(jīng)磴口向北東流經(jīng)平原區(qū),海拔標高在1 030—1 050 m,相對高差最大為10 m,總體地勢北高南低。施工區(qū)熱儲層主要為第四系下部及新近系中上新統(tǒng)含水巖層。根據(jù)臨深3 鉆孔及臨LR1 地熱鉆孔測溫結果,1 200~2 800 m 第四系下部、新近系上新統(tǒng)細砂巖、粉細砂巖含水層,得出該熱儲層單井涌水量在500 ~2 500 m3/d,出水溫度可達57.56~78.65℃。該層在河套盆地分布穩(wěn)定,累計厚度可達400 m 以上,地層滲透率在50~1 200 md,構成工作區(qū)主要的熱儲層。

    2 鉆井實際程序

    2.1 井深結構

    “一開”孔徑444.5 mm,深度為0.00~500.00 m,套管φ339.7 mm×9.65 mm,深度為0.00 ~500.00 m;“二開”孔徑311.1 mm,深度為500.00~2 300.26 m,下入深度為452.00~2 300.26 m,詳見表1 和圖1。

    表1 井身結構與管材結構Table 1 Well structure and pipe structure

    圖1 井身結構示意Fig.1 Well structure

    2.2 施工設備

    本井設計2 300.00 m,根據(jù)施工需求采用施工設備主要為TSJ-3000 型鉆機、JJ31-150 型A 型鉆塔、QF-500 型泥漿泵、電動機(泥漿泵) 200 kW×2、電動機(鉆機) 90 kW×2、2NT 型泥漿測試儀、牙輪鉆頭(φ444.5 mm、φ311 mm)、鉆鋌(φ241 mm、φ203 mm、φ178 mm、φ159 mm)、鉆桿(φ114 mm、φ89 mm) 等。

    2.3 施工過程

    2.3.1 “一開”鉆進過程

    6 月27 日開鉆,采用鉆具組合為φ444.5 mm三牙輪鉆頭+φ241 mm、φ203 mm、φ178 mm、φ159 mm 鉆鋌+φ114 mm 鉆桿+108 mm×108 mm四方立軸。

    7 月1 日鉆進至井深500.00 m,7 月2 日進行0~500.00 m 地球物理測井;7 月4 日下入φ339.7 mm×9.65 mm J55 石油套管,下入井段為0 ~500.00 m,管外(即0~500.00 m) 用P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥38 t,進行全井段封閉止水,候凝72 h 后;7 月6 日試壓,使用3 MPa 的壓力保持30 min 不降壓, 滿足 《地熱井鉆探規(guī)程》(DZ/T0260-2014) 中的試壓要求,質量合格。2.3.2 “二開”鉆進過程

    7 月7 日開鉆,采用鉆具組合為φ311.1 mm復合片鉆頭+φ203 mm、φ178 mm、φ159 mm 鉆鋌+φ114 mm 鉆桿+φ89 mm 鉆桿+108 mm×108 mm 四方立軸。

    8 月22 日~23 日一次性下入φ244.5 mm×8.94 mm 組合套、濾管1 848.26 m,下入深度為452.00~2 300.26 m;8 月23 日對孔內(nèi)套管進行“穿鞋”固井止水作業(yè),候凝72 h;8 月26 日對孔內(nèi)套管進行“戴帽”固井止水作業(yè);8 月28 日進行二次“戴帽”固井止水作業(yè),共注入P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥13 t;8 月30 日試壓,使用3 MPa 壓力保持30 min 不降壓,滿足《地熱井鉆探規(guī)程》(DZ/T0260-2014) 中的試壓要求,質量合格。

    8 月31 日~9 月25 日采用清水沖孔、三聚磷酸鈉藥液浸泡、空壓機洗井、潛水泵抽水洗井,最終達到水清砂凈。

    9 月26 日~10 月16 日進行試降壓試驗(3 個落程)、恢復水位;10 月17 日探孔驗收交孔。

    2.4 成井工藝

    此次鉆探工作要求進行地熱綜合測井,測井工作分兩次進行。

    (1) 使用KH-2 型測井儀進行了0~500.00 m測井,測井項目為井深、井斜、井徑、井溫、視電阻率、自然電位、自然伽瑪?shù)取@L制綜合測井曲線圖(比例尺1∶500),定量解釋了各地層厚度、埋藏深度。

    (2) 使用SKD3000D 型測井儀進行了500~2 300.26 m 測井,測井項目為井深、井斜、井徑、井溫、聲波時差、微電位、微梯度、固井聲幅、自然電位、自然伽瑪、礦化度測井等。定量解釋500~2 300.26 m 各含水層厚度、埋藏深度、地層視電阻率值、泥質含量、有效孔隙度、飽和度、地層水礦化度及滲透率,本井共解釋各類水層82 層。

    3 降壓試驗

    3.1 試驗類型與設備

    試驗類型為單井降壓試驗,降壓試驗設備為250QJ120-200/110KW 熱水潛水泵,下深為192.00 m,含水層起止深度1 421.30~2 150.70 m,利用厚度為330.60 m,管徑為244.5 mm。

    3.2 降壓試驗結果

    9 月26 日~10 月16 日進行了正式降壓試驗,詳見表2。

    表2 降壓試驗成果Table 2 Results of depressurization test

    3.3 降壓試驗資料分析

    共進行了3 個落程的降壓試驗。第一個點降深4.82 m、出水量2 079.84 m3/d、水溫53℃;第二個點降深9.73 m、出水量2 634.48 m3/d、水溫55℃;第三個點降深14.94 m、出水量3 143.52 m3/d、水溫55℃。據(jù)此結果,選用承壓完整井穩(wěn)定流公式計算水文地質參數(shù):

    式中:K為滲透系數(shù),m/d;Q為出水量,m3/d;M為含水層厚度,m;S為降深,m;R為影響半徑,m。將數(shù)據(jù)帶入式(1),計算結果見表3,降壓試驗曲線如圖2 所示。

    表3 降壓試驗成果計算Table 3 Calculation of depressurization test results

    圖2 降壓試驗曲線Fig.2 Depressor test curve

    4 結論與建議

    完成地熱井一眼,井深2 300.26 m,地熱井單井出水量達130.98 m3/h,水溫55℃,屬溫熱水。本井熱儲層為新近系層狀熱儲層,取水段為1 421.30~2 150.70 m,沉積厚度較厚、溫度較高,礦化度較高,是優(yōu)質的地熱資源用水。各項技術指標滿足相關規(guī)范、規(guī)程要求,工程質量優(yōu)良。

    地熱資源為新型環(huán)保能源,具有投資少,見效快的特點。但其屬于消耗型能源,因此,在開發(fā)利用過程中應有計劃、有限制地開采,避免開采量過大造成水位下降過快,以致縮短水井使用壽命;在使用中,應保護好井口,嚴防向井內(nèi)落物和流入泥砂,達到長期使用的目的。

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