地熱鉆井中懸掛式獨立內(nèi)管氣舉反循環(huán)的應(yīng)用研究

周 樂

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

地區(qū)內(nèi)深部熱儲層的開發(fā)力度十分關(guān)鍵，直接關(guān)系到開發(fā)效果。地熱鉆井技術(shù)中，傳統(tǒng)的工藝技術(shù)存在一定的問題，如鉆井難度相對比較大，經(jīng)常出現(xiàn)鉆井泄漏等，影響到鉆井工藝應(yīng)用效果，不利于鉆井技術(shù)管控。在當前技術(shù)的應(yīng)用下，氣舉(空氣) 反循環(huán)技術(shù)是采用雙壁鉆桿來形成雙通道，但技術(shù)應(yīng)用造價成本相對比較高、鉆井效率也不夠明顯，影響到鉆井效果。本文研究的懸掛式獨立內(nèi)管氣舉反循環(huán)，具有使用方便，成本低的特點，適合在地熱鉆井中推廣應(yīng)用。

1 懸掛式獨立內(nèi)管氣舉反循環(huán)結(jié)構(gòu)

懸掛式獨立內(nèi)管氣舉反循環(huán)模塊十分關(guān)鍵，是現(xiàn)代地熱鉆井工程重要的技術(shù)，也是對傳統(tǒng)管氣舉反循環(huán)技術(shù)的反應(yīng)。在該技術(shù)的應(yīng)用中，將傳統(tǒng)的雙壁鉆桿改變成獨立的內(nèi)管，并通過獨立內(nèi)管與正循環(huán)鉆具結(jié)構(gòu)相配合，形成具有反循環(huán)功能的雙通道結(jié)構(gòu)。

懸掛式獨立內(nèi)管氣舉反循環(huán)主要結(jié)構(gòu)包括：彎頭法蘭、軸承組、外殼體、水龍頭、進氣管、水龍頭法蘭、返液彎管、內(nèi)管、混合器、正循環(huán)鉆井水龍頭、鉆桿、鉆頭等。通過各種結(jié)構(gòu)的聯(lián)系和設(shè)計，可以提升結(jié)構(gòu)設(shè)計效果。

2 懸掛式獨立內(nèi)管氣舉反循環(huán)工作原理

2.1 工作原理分析

懸掛式獨立內(nèi)管氣舉反循環(huán)應(yīng)用在實際工藝中非常關(guān)鍵，它能夠提升技術(shù)的應(yīng)用效果。在空壓裝置壓縮過程中，空氣通過管線進入到鉆桿中，鉆桿內(nèi)的空氣推動混合器形成氣液兩相狀態(tài)，在壓差作用下，沿內(nèi)管上行。此時，鉆頭鉆進產(chǎn)生的巖屑沿鉆桿上行至混合器處，并形成氣液固三相狀態(tài)，然后沿內(nèi)管返出液管線排出。經(jīng)過分離后，鉆井液從井口返回到鉆桿與鉆孔的環(huán)空。

2.2 各功能設(shè)計分析

在懸掛式獨立內(nèi)管氣舉反循環(huán)裝置應(yīng)用中，各項結(jié)構(gòu)的設(shè)計都非常關(guān)鍵，它們提升了鉆井工藝的設(shè)計效果，確保技術(shù)設(shè)計應(yīng)用更加合理；同時，在內(nèi)管懸掛、內(nèi)管，以及混合器的改造，都是非常重要的內(nèi)容。表1為懸掛式獨立內(nèi)管氣舉反循環(huán)裝置各模塊名稱及功能。

表1 懸掛式獨立內(nèi)管氣舉反循環(huán)結(jié)構(gòu)功能設(shè)計

表1(續(xù))

3 具體應(yīng)用案例分析

地熱鉆井部工藝實施非常關(guān)鍵，能夠最大程度地提升鉆井工藝效果。

1)地熱井情況分析

本次研究的地熱井為一采一灌 2 口地熱井，設(shè)計目的層為A山二段熱儲層。但是，發(fā)現(xiàn)地層存在漏失現(xiàn)象，選擇傳統(tǒng)循環(huán)工藝失去效果，所以設(shè)計采用反循環(huán)工藝。

2)地層情況介紹

本次鉆井主要包括四段。其中，第一段鉆井井段0～1234.2 mm，段長達到 1234.20 mm，鉆頭直徑為 444.5 mm，套管外徑達到 339.7 mm，套管外徑為 339.7 mm，壁厚設(shè)計為 9.65 mm；第二段鉆井井段1234.2～1833.88，段長達到 599.68 mm，鉆頭直徑為 311.2 mm，套管外徑達到 244.5 mm，套管外徑為 339.7 mm，壁厚設(shè)計為 8.94 mm；三段鉆井井段1833.88～1852.58 mm，段長達到 18.7 mm，鉆頭直徑為 215.9 mm，設(shè)計正循環(huán)工藝；第四段井段長度為 841.41 mm，鉆頭直徑 215.9 mm，設(shè)計反循環(huán)模式。

3)反循環(huán)系統(tǒng)安裝

在本次反循環(huán)技術(shù)安裝過程中，針對反循環(huán)技術(shù)進行合理的安裝控制，缺號鉆井工藝應(yīng)用合理。圖1為具體的反循環(huán)安裝技術(shù)流程總結(jié)。

圖1 反循環(huán)鉆井安裝流程

4)鉆進效果分析

在實際的鉆井控制過程中，實際四段鉆井井段2558.05～2693.99 mm,進尺 135.94 mm，內(nèi)管下深達到 651 mm，沉沒比0.71，氣壓控制為4.2～4.8 MPa，鉆壓控制為40～80 kN，最后沖孔時間為 58.53 h。在鉆孔完成之后，采用反循環(huán)工藝，極大程度上提升了鉆井的效果[1]。

通過技術(shù)參數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，純鉆時間與沖孔時間比得到較大提高，說明沖孔時間明顯減少，鉆進效率明顯提高。為了最大程度地提升鉆井應(yīng)用效果，還針對反循環(huán)模式進行了改變，主要針對鉆具結(jié)構(gòu)、進行轉(zhuǎn)變。單壁鉆桿將原來的 127 mm 鉆桿用 89 mm 鉆桿代替，減小了鉆井液通過鉆具的過流面積，增加了鉆井液上返流速；通過對鉆井模式的有效轉(zhuǎn)變控制，確保工藝更加合理，提升了技術(shù)應(yīng)用效果[2]。

采用反循環(huán)工藝技術(shù)，不僅能夠提升鉆井的效率，同時也能夠提升地熱鉆井的安全性。實際的鉆井工藝應(yīng)用過程中，采用反循環(huán)工藝控制了鉆漏事故的發(fā)生。通過對鉆漏問題的有效控制，能夠在最大程度上提升鉆漏控制效果，確保技術(shù)應(yīng)用更加合理，能夠提升鉆井效率。本井三開采用反循環(huán)工藝，減少了地層嚴重漏失問題，控制了鉆井工藝的安全性，確保鉆井工作合理有效，提升了技術(shù)的應(yīng)用效果[3]。

4 結(jié)語

本文針對懸掛式獨立內(nèi)管氣舉反循環(huán)技術(shù)進行了分析研究，簡要闡述了鉆井工藝結(jié)構(gòu)，并且在技術(shù)應(yīng)用后，針對XX井進行了分析，其技術(shù)的效率和應(yīng)用安全性都非常重要，證明該技術(shù)符合鉆井工藝標準，值得在地熱鉆井中推廣應(yīng)用。