任良治,田正權(quán),鄺光升,田貴維

(重慶市地勘局208水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊,重慶 400700）

靜觀ZK1號地?zé)峋氖┕ぜ伴_發(fā)利用計劃

任良治,田正權(quán),鄺光升,田貴維

(重慶市地勘局208水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊,重慶 400700）

介紹了靜觀ZK1號地?zé)峋┕じ艣r和設(shè)備機(jī)具選擇,簡述了分層鉆進(jìn)措施:采用“三開兩固”成井,各次鉆具配套,泥漿性能指標(biāo),固井工藝措施及抽水試驗方法。經(jīng)測定其井口水溫63.5℃,由于其井口自流量僅為421.9 m3/d,不便于下一步開發(fā)利用,擬定在距原井700 m處再施工一定向井,并提出了定向井的初步設(shè)計方案。

地?zé)峋?設(shè)備機(jī)具;固井;定向井;開發(fā)利用

1 概述

靜觀ZK1號地?zé)峋挥谥貞c市北碚區(qū)靜觀鎮(zhèn)。早在20世紀(jì)90年代,靜觀鎮(zhèn)就被中國花木協(xié)會授予“中國花木之鄉(xiāng)”的美譽(yù)。鎮(zhèn)內(nèi)有極富農(nóng)家特色的“鄉(xiāng)村嘉年華”等旅游景點(diǎn),加之其北連金刀峽風(fēng)景區(qū),南接主城區(qū),西與著名的北溫泉、縉云山風(fēng)景區(qū)毗鄰,地理位置極為優(yōu)越。2007年初,我隊與重慶市地科投資有限責(zé)任公司看準(zhǔn)商機(jī),計劃總投資3000余萬元,請相關(guān)專家經(jīng)過近2年的論證,在距“鄉(xiāng)村嘉年華”約1 km處,通過土地流轉(zhuǎn)的方式,征地10畝。2009年初在征地范圍內(nèi)布設(shè)ZK1號地?zé)峋?經(jīng)過3個多月時間完成施工,終孔井深2290 m。井口自流量為42119 m3/d,洗井后井口壓力1.32 MPa。通過抽水試驗,專家推薦允許開采降深為380 m(含壓力水頭）,推薦允許開采量為942.8 m3/d。井口最高水溫63.5℃。取水樣經(jīng)權(quán)威檢測機(jī)構(gòu)測試,該地?zé)崴疄楹杷?、偏硼酸的氟、鍶硫酸鈣型低溫醫(yī)療熱礦水,pH值7.32,是有較高醫(yī)療價值、沐浴等多種用途的醫(yī)療熱礦水。

2 ZK1號井成井工藝

2.1 施工設(shè)備

根據(jù)重慶地區(qū)地層特點(diǎn)及該井初步設(shè)計,鉆孔需穿過的主要巖層為侏羅系中下統(tǒng)下沙溪廟組、新田溝組、自流井組、珍珠沖組、三疊系上統(tǒng)須家河組第1～6段砂泥巖地層夾煤線,三疊系中統(tǒng)雷口坡組泥灰?guī)r夾灰質(zhì)白云巖地層,最后在三疊系下統(tǒng)嘉陵江組碳酸鹽地層(熱儲層）終孔,設(shè)計井深2200 m (實際終孔井深2290 m）。其鉆探施工設(shè)備見表1。

表1 施工用主要設(shè)備機(jī)具表

2.2 鉆孔結(jié)構(gòu)

根據(jù)地層情況,采用“三開兩固”成井。

一開:用“311.2 mm牙輪鉆頭鉆至200 m,下入“244.5 mm套管作永久性固井。

二開:用“215.9 mm牙輪鉆頭鉆至1566 m,下入“177.8 mm套管作永久性固井。

三開:用“152.4 mm鉆頭鉆至目的層位?？紤]到須家河組一、三、五段易發(fā)生坍塌,必須封固,故在須家河組和雷口坡組采用實管,嘉陵江組井段采用花管成井(見圖1）。

圖1 ZK1號井井身結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 鉆進(jìn)工藝

2.3.1 鉆具組合

一開選用P3鉆頭,二開選用SH33/SH33R鉆頭,三開選用SH33/H517鉆頭,鉆具組合見表2。

表2 鉆具組合表

2.3.2 鉆井液

根據(jù)地層情況,一開、二開、三開采用不同的鉆井液。

一開:0～200 m井段,用膨潤土加10%的Na2CO3配制普通泥漿。膨潤土預(yù)水化處理48 h后使用。

二開:200～1566 m井段,用膨潤土加聚丙烯酰鉀配制低固相優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁。

三開:1566～2290 m井段,采用清水鉆進(jìn)。

經(jīng)現(xiàn)場實測各段鉆井液主要性能指標(biāo)見表3。

表3 實測鉆井液主要性能指標(biāo)

2.4 固井

該井第一次固井深度選擇在200 m,固井前鉆井液密度為1.05～1.15 g/cm3。選用G級水泥,水泥漿密度為1.75 g/cm3。套管串結(jié)構(gòu):“244.5 mm引鞋+“244.5 mm套管鞋+聯(lián)頂節(jié)。

第二次固井深度為1566 m,固井前鉆井液密度為1.15 g/cm3。選用G級水泥,水泥漿密度為1.85 g/cm3。套管串結(jié)構(gòu):“177.8 mm引鞋+“177.8 mm套管鞋承托環(huán)+“177.8 mm套管+聯(lián)頂節(jié)。

固井工藝采取的主要技術(shù)措施:

(1）固井前檢查井內(nèi)泥漿密度,嚴(yán)格控制在1115 g/cm3以內(nèi)。

(2）各層套管質(zhì)量必須符合API標(biāo)準(zhǔn),各層套管所用鋼級均為J55、壁厚≮8.05 mm的套管,套管附件符合規(guī)范。

(3）“177.8 mm技術(shù)套管每下入20～25根灌注井漿一次,防止擠毀套管和套管附件。

(4）下入套管時要認(rèn)真對扣、上扣、緊扣,各層套管最下面5根要進(jìn)行鉚固。

(5）每次固井候凝后進(jìn)行聲幅測井檢測固井質(zhì)量。有固井質(zhì)量問題應(yīng)及時采取補(bǔ)救措施,達(dá)到固井質(zhì)量要求。表層套管固井后,二開前安裝34612 mm×2Fz35～35雙閘板防噴器試壓合格,探水泥塞后用清水對套管試壓3 MPa。三開探水泥塞后用清水對套管試壓3～5 MPa,穩(wěn)壓時間>30 min。

2.5 洗井

該井共進(jìn)行2次洗井。第一次將“73 mm風(fēng)管下至1000 m,采用S10-250空壓機(jī)正循環(huán)洗井。洗井后水頭壓力稍有下降,自流量卻明顯增大,由洗井前的2.488 L/s增加到4.88 L/s,且水色清澈,泥砂明顯減少,其效果十分顯著。第二次洗井在試抽水之后進(jìn)行,將“73 mm風(fēng)管下至1500 m處,用同樣的空壓機(jī)正循環(huán)洗井,目的是想進(jìn)一步增大井口自流量。但效果不明顯,自流量無增大趨勢。

2.6 抽水試驗及取得的成果

經(jīng)過氣舉洗井后,將R150-ES-21型深井泵下到井深250 m處進(jìn)行抽水試驗。通過三角堰觀測其穩(wěn)定水量為942.8 m3/d。

根據(jù)物探測井資料分析,將該井234.2 m處定為常溫點(diǎn),計算出地溫梯度為2.25℃/100 m。熱儲層溫度計算公式:

式中:T——熱儲溫度,℃;d——熱儲埋藏深度,該井取2285 m(熱儲層底板深度）;h——常溫層埋藏深度,根據(jù)井溫曲線,取234.2 m;△t/△h=2.25℃/100 m,根據(jù)測井計算地溫梯度確定;t0——常溫層溫度,取24.04℃。

通過計算,該井的熱儲層熱儲溫度70.18℃。根據(jù)ZK1地?zé)峋^測資料,井口水溫最高為63.5℃。由此可見,該井長期開采的熱儲溫度能夠得到保證。

3 存在問題及下步開發(fā)計劃

3.1 存在問題

經(jīng)相關(guān)專家認(rèn)定,該井屬“高溫低產(chǎn)”地?zé)峋?經(jīng)水質(zhì)分析化驗,其水質(zhì)良好,對人體有較高的藥療價值。但由于該井井口自流量只有421.9 m3/d,如限于井口自流量開發(fā)利用,其量偏小。如用動力抽水利用,雖然水量可以達(dá)到942.8 m3/d,但長期固定成本會大大增加,而且不符合“節(jié)能減排”的要求。如果超過征地范圍(在該井的影響半徑范圍外）再布一井,則會給集中開發(fā)利用造成3大困難: (1）要重新通過土地流轉(zhuǎn)獲得用地,用地成本很高; (2）鋪設(shè)管道占地太多,需經(jīng)過大量農(nóng)田和苗圃,費(fèi)用太高;(3）熱水遠(yuǎn)距離輸送的保溫效果差,直接影響地?zé)崴墓πА?/p>

3.2 開發(fā)利用計劃

經(jīng)反復(fù)論證,對各種方案進(jìn)行比選,初步確定在征地范圍內(nèi),距ZK1井約700 m處,施工ZK2號井。采用“頂層進(jìn)”的方法,沿垂直巖層面方向施工一定向井,預(yù)計深度1900 m,預(yù)測定向井底部與ZK1號井孔底距離為480 m,與ZK1號井形成“姊妹井”。如圖2所示。

定向井參照《定向井軌道計算與軌跡計算》(SY/T 5435-2003）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算,采用二維軌道設(shè)計中的三段軌道模型,即“直—增—穩(wěn)”型軌道。從造斜點(diǎn)開始,以井深為自變量,選定步長為50 m,計算出分點(diǎn)數(shù)據(jù)。

圖2 定向井初設(shè)示意圖

井身設(shè)計基本數(shù)據(jù)為:井口坐標(biāo)X=330622017, Y=36358339,Z=335;定向方位290°,水平位移220 m;開窗口位置250 m;靶點(diǎn)垂深1570.49 m;靶點(diǎn)斜深1591.00 m;靶點(diǎn)坐標(biāo)X=3306004.9,Y=36358417.6, Z=1570.49;靶區(qū)半徑及靶心距50 m。

井深0～250 m為直孔段,嚴(yán)格將鉆孔彎曲度控制在1°以內(nèi)。250 m開始造斜至800 m,為增斜段。800～1900 m為穩(wěn)斜段。

4 結(jié)論及建議

(1）根據(jù)重慶地區(qū)的地層特點(diǎn)及熱儲層埋藏深度,施工ZK1號井的設(shè)備選型、機(jī)具配套、鉆進(jìn)工藝措施是可行的。

(2）ZK1號井經(jīng)過2次空壓機(jī)正循環(huán)洗井,水量雖有增大,但效果并不明顯。建議在有條件時設(shè)計反循環(huán)洗井機(jī)具,效果可能更好。

(3）固井是地?zé)峋┕さ闹匾h(huán)節(jié)。固井作業(yè)前,必須校正好井深,設(shè)計好套管串,排好順序,并進(jìn)一步校正套管強(qiáng)度。

(4）開工前應(yīng)制定周密的安全應(yīng)急預(yù)案。內(nèi)容應(yīng)包括“井噴失控應(yīng)急預(yù)案”、H2S中毒應(yīng)急預(yù)案、防火應(yīng)急預(yù)案等。

(5）定向井的設(shè)計,應(yīng)充分考慮原井眼的軌跡和熱儲層的傾角,以最少的工作量穿透熱儲層。

[1] 呂玉香,等.重慶市北碚區(qū)靜觀“中國花木之鄉(xiāng)”地?zé)峋?ZK1）完井報告[Z].重慶:重慶市地勘局208水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊, 2009.

[2] 李連生.第三系地層中地?zé)峋┕こＲ姷闹饕獑栴}[J].探礦工程(巖土鉆掘工程）,2004,31(9）:59-60.

[3] 劉廣志.特種鉆探工藝學(xué)[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社, 1999.

[4] 屠厚澤.鉆探工程學(xué)[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,1987.

Construction of Jingguan ZK1 GeothermalW ell and Development&Utilization Plan

REN Liang2zhi,TIAN Zheng-quan,KUANG Guang-sheng,TIAN Gui2wei(208 Hydrogeology and Engineering Geology Team,ChongqingBureau of Geol-ogy andMinerals Exploration,Chongqing 400700,China）

This paper introduces the machinery and equipment for geothermalwell construction,and describes the stratifi-cation drillingmeasures:32section and 2-cementing forwell completion,drilling toolmatching,mud property,well cemen-ting and pumping test.Itwas unfavorable for further development and utilizationwithwellheadwater temperature of 63.5℃and flowing yield only 421.9 m3/d.Another directional well was planed to construct 700 m away from the original well; and the design scheme was put forward.

geothermalwell;machine equipment;well cementing;directionalwell;development and utilization

TE249

:A

:1672-7428(2010）10-0048-03

2010-09-10

任良治(1962-）,男(漢族）,四川南充人,重慶市地勘局208水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊地科勘察設(shè)計院副院長、高級工程師,探礦工程專業(yè),從事水文地質(zhì)鉆探技術(shù)與管理工作,重慶市北碚區(qū)天生勞動村10號,208renlz@sina.com。