摘 要：開封市地熱資源豐富，熱儲層埋藏深，地質條件復雜，鉆探施工難度大。某1800m超深地熱井，采用了長裸眼鉆井及靜壓反循環(huán)投礫技術進行了鉆探施工，取得了良好效果。對采用的工藝方法及效果進行了闡述，提出了建議和結論。

 

  關鍵詞：開封地熱；地質結構；超深地熱井；長裸眼強力鉆進；靜壓反循環(huán)投礫技術.

 

  1概述.

 

  開封市地處河南省東部，受多個斷裂構造的影響，市區(qū)范圍內(nèi)深部地熱資源極為豐富。目前市區(qū)內(nèi)開鑿地熱井已超過60余眼，開鑿深度大多在1100~1200m，水溫在45℃~55℃之間，水量40~50m3/h,主要用于洗浴及生活熱水。由于近十幾年來對這一區(qū)段的含水層過量集中開采，已導致部分地熱井水位大幅度下降，水量大幅度變小。為合理利用寶貴的地熱資源，目前市區(qū)范圍內(nèi)地熱井規(guī)劃深度必須在1500m以上。鉆井深度的增加，提高了地熱鉆井的施工難度，傳統(tǒng)的成井工藝遇到了很大的挑戰(zhàn)，必須采用更加可靠的成井技術進行地熱井的施工，以確保地熱井的工程質量。

 

  2 工程概況.

 

  已建的開封開元名都大酒店地處開封新區(qū)鄭開大道近鄰，為一座五星級豪華賓館。為充分利用地熱資源，計劃開鑿一眼超深地熱井以滿足賓館的集中供熱及生活熱水需求。地熱井設計深度1800m，要求單井出水量不小于50t/h，水溫不小于65℃。

 

  3 地質概況.

 

  開封市位于濟源—開封斷陷帶，區(qū)域內(nèi)主要有鄭州—蘭考斷裂、新鄉(xiāng)—商丘斷裂、長垣斷裂等3大斷裂帶。本工程位于上述斷裂圍限的開封斷凸內(nèi)，距鄭州—蘭考斷裂約7km。新近系地層是主要開采的儲水層，上部被第四系覆蓋，厚度約350m。本工程鉆探目的層為新近系的明化鎮(zhèn)組(Nm)地層，地熱井鉆遇地層從上至下為新近系的石英細砂巖、砂質泥巖、泥質粉砂巖等地層以及第四系的粘性土與松散砂層等地層。

 

  鉆遇地層特點是第四系地層松散易垮塌，護壁困難，新近系地層較硬且處于幾大斷裂帶內(nèi)，地質條件復雜，鉆進困難，同時鉆探需大跨度長距離裸眼鉆進，易導致孔內(nèi)事故發(fā)生。

 

  4 鉆井結構設計.

 

  該井為開封市區(qū)第一眼超深地熱井，根據(jù)該區(qū)地質特點，為提高施工效率，簡化成井結構，采用2級鉆孔結構進行鉆進及成井：一開0~250m采用?394mm牙輪鉆頭鉆進下入?273mm石油套管，二開至終孔采用?245mm牙輪鉆進下入?177.8mm石油套管及同徑梯形絲濾水管。采用鉆至設計深度后一次提吊下管法進行下管。

 

  5 鉆探方法及工藝措施.

 

  根據(jù)設計要求及該地區(qū)地質特征，該井使用GZ-2000型鉆機，配備BW2000/7B型往復式泥漿泵正循環(huán)回轉鉆進進行施工。由于設計采用一次下管工藝，鉆探需長距離裸眼鉆進，為保證成孔質量，采用噴射式鋼齒牙輪鉆頭、寶塔式鉆鋌結構強力加壓等鉆進工藝提高施工效率，縮短鉆孔時間，采用合理的鉆探技術參數(shù)保證鉆探質量及鉆孔垂直度符合設計要求，采用合理的泥漿工藝維護鉆孔孔壁安全。

 

  具體工藝措施主要包括：（1）開孔下入孔口保護管，下入深度30m，并固定牢靠；（2）開孔輕壓慢轉，確保開孔垂直；（3）鉆進過程中，每 200m測斜一次，發(fā)現(xiàn)孔斜及時糾斜；（4）采用寶塔式結構配備鉆具，正常鉆進鉆鋌配重不少于100m,總重量不少于50t，以實現(xiàn)強壓力鉆進；（5）采用合理的鉆探工藝參數(shù)：鉆壓6~25t，69西部探礦工程2014年第7期泵量2000L/min,合適的轉速；（6）盡量采用強壓力、高轉速、吊打的方法鉆進；（7）在縮卡地層鉆進時，采用“兩短一長”的起下鉆措施，即正常鉆進2次加桿短起后，進行一次長的短起鉆，把2次短起鉆孔段進行疏通；（8）經(jīng)常監(jiān)測泵壓，及時更換牙輪鉆頭噴嘴；（9）采用合理的泥漿工藝確保長距離裸眼鉆進的安全護壁及攜渣需求：泥漿采用不分散低固相淡水泥漿，采用優(yōu)質膨潤土配置基漿，用NaCO3、水解聚丙烯酰胺（PHP）調(diào)整泥漿性能。泥漿性能保持在：密度 1.05~1.10g/cm3，粘度20~25s，失水量15~20mL/30min，含砂量小于5%，pH值9~10，鉆進過程及時測試維護等。

 

  通過以上工藝措施，確保了鉆探質量。該井鉆進過程中沒出現(xiàn)孔壁坍塌現(xiàn)象，孔內(nèi)事故也僅僅出現(xiàn)了一次脫鉆事故并很快得到了處理。鉆進效率大大提高，該井從開鉆至終孔鉆深1840m,僅用了23d時間，純鉆效率平均達到了3.0m/h以上。終孔孔斜度2.1°，滿足設計要求。

 

  6 成井技術及工藝措施.

 

  該井鉆至終孔經(jīng)沖孔換漿后進行了井內(nèi)物探測井，得出測井曲線4條，包括視電阻率梯度、自然電位、自然伽馬、井溫及井斜等。經(jīng)參數(shù)解譯劃分含水層，確定可利用含水層為1600m以下累計含水層130m,巖性主要為石英質細砂巖，排管后進行成井。

 

  成井工藝是指探井、破壁換漿、安裝井管、填礫、封閉以及洗井、抽水試驗、采集水樣等工序的總稱。而破壁換漿、安裝井管、投填礫料、止水封閉是關鍵工序，直接影響成井質量。該井采用了以下重點工藝措施：

 

  （1）采用組合式高壓射流破壁器進行破壁。破壁器自行設計加工而成，結構上上部為鋼絲刷，下部為射流器，整體隨鉆具下入孔內(nèi)，開動泥漿泵在利用含水層段反復提拉鉆具，對泥皮進行徹底破壞，破壁結束后，清孔換漿直至達到下管要求。

 

  （2）安裝井管采用提吊下管法。地熱水含有多種化學物質，加之溫度較高，因此對鉆具、管材腐蝕特別嚴重。因此應選用強度高、熱膨脹率小、耐酸、鹽腐蝕的管材，或采用石油鉆桿和套管。本工程采用石油套管作為井壁管。

 

  將排序后的井壁管絲扣連接依次下入井孔內(nèi)，為確保連接質量，涂抹絲扣油進行密封。濾水管采用梯形絲濾水管，在濾水管連接段的上中下部位加設5組扶正器，使濾水管居中，確保投填濾料均勻分布。井壁管下至預定位置后進行固定，隨后進行換漿及投填礫料的工序。

 

  （3）靜壓反循環(huán)投礫技術的應用。在以往的地熱井施工中，投填礫料一直采用動水投礫法，由于礫料在上返水的沖擊下，下沉過程中沉降速度慢，濾料容易分選，導致大的濾料在下部，小的濾料在上部，形成分層現(xiàn)象，影響濾水效果，導致井孔涌砂?？紤]到該地熱井投礫深度更深，投放難度更大，采用了靜壓反循環(huán)投礫技術。具體做法是：

 

  首先井壁管下至到位后，下入鉆具至孔底，在孔口位置用密封板進行密封，開動泥漿泵進行管外全孔換漿，將泥漿換至粘度小于17s、含砂量小于2%時，上提鉆具，解除孔口密封，進行井管內(nèi)的沖孔換漿，井管內(nèi)泥漿換至清水后，即可停泵投礫。

 

  將篩選清洗過的直徑1~3mm混合優(yōu)質石英砂礫料（依據(jù)濾水管纏絲間距、含水層巖性而選定）集中堆放于鉆場近處備用，數(shù)量以預先計算量為準。

 

  靜壓反循環(huán)投礫工藝的關鍵是在投礫初期形成管內(nèi)與管外的自循環(huán)。為達到此目的，在首次投礫時采用鏟車一次投入孔內(nèi)礫料2~3m3,使孔口形成一個松散的“濾料柱”。該“濾料柱”如同一個“活塞”一樣迫使井管壁外泥漿下沉，這樣就在井管內(nèi)外形成一個壓差。這個壓差促使井管壁外泥漿通過下部濾水管進入井管內(nèi)上涌，然后由井口回流到井壁外下泄，這樣隨著首次濾料柱的不斷下沉，帶動了管內(nèi)外的泥漿不斷流動，反循環(huán)條件形成，這時可連續(xù)地由3~4人圍繞井口不停地投入礫料，隨著礫料的不斷投入，管內(nèi)外的壓差愈來愈大，反循環(huán)形成的流量也愈來愈大，流速愈來愈高，這樣礫料在循環(huán)液的帶動下迅速沉至濾水管的位置。由于礫料是隨著循環(huán)液同步下沉的，因此避免了礫料的分層現(xiàn)象，同時礫料到位迅速，到位后比較密實，形成的濾層更加穩(wěn)定，濾砂效果更好。該井投礫量約25m3，40min投礫結束。

 

  （4）止水封閉。投礫結束等待井內(nèi)外反循環(huán)停止后立即進行止水。首先投入直徑 2~3cm 干凈礫石1.5~2.0m3,壓實上部礫料，隨后投入4m3半風干蘸機油粘土球（直徑2~3cm）進行止水，停待40min進行碎石圍填至井口。為防止不同含水層竄層污染，按照前述止水方法對不同含水層進行了4次粘土球隔水止水。

 

  7 效果.

 

  該井固井結束后，立即下入潛水泵進行了洗井。

 

  開抽后6h即達到水清砂凈，水位穩(wěn)定，證明該井成井效果好，洗井容易。其后按常規(guī)進行了抽水試驗、取樣化驗。最終確定該井水質為Cl-Na型醫(yī)療礦泉水，礦化分段壓裂改造技術的擴展應用來說，意義非常重大；同時，對于克拉美麗氣田的開發(fā)治理，提供了一種較好的完井及增產(chǎn)技術措施。滴403井在鉆井項目管理運作上，運用了“鉆完井集成項目一體化管理制度”，服務承包商主要承擔的工作內(nèi)容為施工方案論證與設計、各種資源組織與調(diào)動、現(xiàn)場生產(chǎn)管理與技術決策和完井技術總結與評估等系列內(nèi)容；而在現(xiàn)場管理方面，采用了鉆井技術總監(jiān)負責制；在實際項目運作過程中，又結合了現(xiàn)場的各種具體情況，圍繞“安全、優(yōu)質、高效、低耗”靈活組織生產(chǎn)；實踐證明，這種組織方式不僅保證了該井的成功，而且大大減輕了甲方的管理負擔和風險。