孔令珍,張新福,王榮生 ,張 寧

(東北煤田地質(zhì)局一 O三勘探隊,遼寧 沈陽 110013)

0 前言

成井過程是地熱井施工中最為重要的工序之一,對于不同地區(qū)的地熱井,由于所處的大地構(gòu)造背景和熱儲層巖性不同,故而采用不同的井深結(jié)構(gòu)和成井方法,以保證投產(chǎn)之后地熱水的產(chǎn)量穩(wěn)定和長期使用中的井眼穩(wěn)定。在國內(nèi)地熱鉆井中應用技術相對成熟的成井方法有：先期完成法、后期完成法、裸眼完成法、篩管完成法和射孔完成法,簡要介紹如下：

1 先期完成法

在鉆達目的層頂部時,先下入 1～2層技術套管固井,然后再用小尺寸鉆頭鉆至完鉆井深,再下篩管或裸眼完井(如圖 1、2)。

圖1

圖2

下技術套管的目的是為了封固非采水段井壁,滿足下部施工需要和隔絕深淺地層水,如易塌井段、漏失井段及其它復雜地層段、非采水井段等。其技術要點是要求環(huán)空用水泥封固,兩層套管的連接用懸掛式,重復段(約 50m)必須封固密封良好。

為保證地熱井的使用壽命,技套井管的規(guī)范應按 API標準執(zhí)行。

先期完成法適用于井較深、上部地層復雜的地熱井,是對鉆井中的困難分別排除的鉆井工藝,完井工藝簡單,但工期較長,投資較大。

實例 1：xxx地熱井中完井下技套方案

基本情況：

按設計和甲方要求,xxx地熱井已鉆至井深 1 567 m中完,井身結(jié)構(gòu)：鉆頭 444.5 mm×313.00 m+311.0 mm×1 487.00 m+215.9 mm×1 567.00 m;表套 339.7 mm×313.00 m。地層巖性：井段 300～1 406 m為侏羅系安山巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰?guī)r等致密層,1 406～1 462m以奧陶系灰?guī)r、白云巖為主,鉆時快,電測自然電位負異常,甲方專家判斷可能含水,如果按原設計中完方案施工勢必要封掉該層,為了不留下遺憾,甲方要求不能放棄對該層試水;根據(jù)本井的實際情況,為了保證下部施工順利,通過與甲方領導、專家、現(xiàn)場鉆井和地質(zhì)監(jiān)理共同研究一致認為,井段 1 406～1 462m下篩管(花管)最合適,具體施工措施為：

(1)下技套前在井深 1 400m以下泵入高粘切、高粘度鉆井液為液塞。

(2)設計串：1 487向上至 1 465 m下套管,1 465～1 400m下篩管,以上至井深 270 m全部為套管。

(3)為了防止少量水泥發(fā)生重力置換下沉,阻流環(huán)放在1 350m,阻流環(huán)之下的一根套管割 4個螺旋狀排放的孔供水泥漿通過,孔徑 30mm,公扣處裝盲板。

(4)下完套管后,快速接上正反接頭和鉆桿,把套管送到位,開泵循環(huán)暢通。

(5)固井用穿鞋戴帽法,即先打 300 m高密度、再打570m低密度、最后打 200 m高密度水泥漿。

(6)替完泥漿后卸開正反接頭,上提洗井兩周起鉆。

(7)侯凝 48 h后下 311 mm鉆頭修喇叭口。

(8)試壓,加壓 5Mpa,經(jīng) 10 m in,壓降小于 0.1M pa,試壓合格。

(9)下 215.9mm鉆頭鉆水泥塞,替出井內(nèi)鉆井液,用清水三開鉆井,裸眼完井。

實例 2：xxx地熱井完井作業(yè)方案

(1)洗井：5月 3日 ～5月 5日,用時 3 d;先下入偏心洗井頭用清水在大井眼、水層部位開泵高壓沖洗,洗至水清為止,之后在裸眼段泵入 6～70/00的六偏磷酸鈉溶液 54 m3,鉆具起至技套內(nèi),不灌清水,觀察液面上漲情況,浸泡 48 h后下鉆用清水替出井內(nèi)六偏磷酸鈉溶液。

(2)壓風機、二氧化碳聯(lián)合氣舉：5月 6日 ～5月 7日,用時 2d：分別在井深為 2 600 m、2 300 m、2 000 m、1 700 m、1 400m,共用 150瓶二氧化碳,分 5段、每段 30瓶、段距300m自下而上注入,設計用壓風機在井深 1 100 m處引噴,具體操作步驟為：

a.二氧化碳每瓶 20 kg以上,壓力 5～7 Mpa,每 30瓶為1組串聯(lián)在一起,出口要有連接接頭。

b.將裝有洗井頭的鉆桿下至井深 2 600 m,用吊卡座于轉(zhuǎn)盤面上,安裝井口裝置(如下圖 3)

圖3

c.打開第一組二氧化碳氣瓶向井內(nèi)注入,注至壓力靜止后關閉閥門(注意氣罐的剩余壓力),開泵用小排量將二氧化碳送出鉆桿到預定井深位置,注意替入量要計算準確,結(jié)束后套壓為零。

d.起鉆桿至第二段約井深 2 300m,先將第一組二氧化碳的剩余壓力放至穩(wěn)定,之后接第二組二氧化碳重復以上操作。

e.最后一段(井深 1 400m)注完后起鉆至井深 1 100m,接好井口,盡快用壓風機引噴。

f.按時間順序?qū)κ┕ぶ械母鞣N參數(shù)、噴出物和水量進行詳細記錄。

g.現(xiàn)場要準備適合施工的井口裝置、連接氣瓶和井口的高壓管線、各種配套接頭、閥門等,注二氧化碳時壓風機要待命,引噴前在井架底座周圍用土圍住,挖好排水溝。

h.提前準備兩個空循環(huán)灌、氣舉結(jié)束后,噴出的水泵入循環(huán)灌計量。

(3)觀測水位：5月 8日 ～5月 14日,用時 7d：氣舉結(jié)束后每間隔 1h觀察測量水位恢復情況并做好記錄,計算各種水文地質(zhì)參數(shù),分析井下地層供水情況。

(4)抽水試驗：如果在井深 270m之內(nèi)水位恢復較快,估算 10m3(±)10%)可考慮進行抽水試驗,依次進行小、中、大三個落程,抽水時間 6、8、10 h,做好記錄,用時 2d(5月 15日 ～ 5月 16日 )。

(5)現(xiàn)場驗收：完成以上各道工序后,通知甲方組織竣工驗收,用時 1d。

(6)提交完井總結(jié)報告：完井 15d后提交完井總結(jié)報告,報告的編寫由工程、地質(zhì)技術員共同負責。

2 后期完成法

在鉆達目的到層頂部時,先不下技術套管,而用原尺寸鉆頭或變徑用小鉆頭鉆至完鉆井深,再根據(jù)電測和錄井資料確定技套的下入深度,或者直接一次性組合下入濾水管、止水器、套管、置泵管等不同規(guī)格和類型的套管及固井附件,選擇井段固井。

對于井深較淺、上部地層相對穩(wěn)定的地熱井采用較多,優(yōu)點是能根據(jù)獲得的鉆孔資料自由選擇取水井段,鉆井工期較短、投資較少,缺點是對鉆井技術要求高、完井下管和固井工藝復雜。

實例：xx井完井工序

(一)井身結(jié)構(gòu)

(1)一開：ф444.5mm3A鉆頭 ×405.59m。

ф339.7mm×9.65mm×J 55套管×405.59m。

(2)二開：ф241.3mm3A鉆頭 ×3 500.32m。

ф177.8 mm×9.19 mm×N 80濾水管 +套管×(351.75m～3 500.32m)。

(二)設計指標

(1)井深：3 500m

(2)井斜：0～4 00m不大于 1°,400～3 500m不大于 3°

(3)水量：出水量在 70m3/h左右

(4)水溫：90℃左右

(三)完井指標

(1)井深：3 500.32m

(2)井斜 ：最大井斜 2.41°(3 500 m)

(3)取水段：2 610 ～3 462.8m;取水總厚度 852.8m,其中含水層 54層,厚度 205.2m;含水層占取水總厚度21.5%,單層厚度最大 12.4m,最小 1.3m,一般 2～7m;頂?shù)装鍦y井溫度 91℃ ～118.73℃;巖性以粗砂巖、中砂巖、細砂巖為主,泥質(zhì)膠結(jié),較疏松,孔隙度 12.1% ～29.3%,滲透率1.0～48.1毫達西。

(4)止水器：用管外封隔器、橡膠漏斗和用牛皮、海帶、木頭件制作的止水器混合止水(圖 5)。

圖4

(5)木頭高度：100 m

(6)自流水量：280 m3/h(暢流)

(7)水溫：120℃(暢流)

3 其它成井法

3.1 裸眼完成法

產(chǎn)層不下井管的完井方法,一般對于井壁穩(wěn)定的地區(qū)采用此方法,如碳酸鹽巖、火成巖類裂隙型熱儲層等,相對于下井管的方法具有出水口截面積大、流動阻力小、出水量較大且不易發(fā)生堵塞事故、節(jié)省投資等優(yōu)點,但對于砂泥漿剖面的地熱井不適用。

3.2 篩管完成法

取水段下入篩管(濾水管)的完井方法,一般適用于砂泥巖剖面等沉積型地層、配以填砂工藝可起到有效防塌和防砂作用。

圖5

3.3 射孔完成法

為了彌補出水量不足而對未取水層段進行射孔,或不下濾水管直接在取水段射孔取水的完井方法。

因不同地區(qū)的巖性和施工技術差異,在保證工程質(zhì)量井下安全的前提下,可選擇不同的完井方法。

[1]礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范 GB12719-1991.doc

[2]地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范 (GB11615-2002).doc

[3]陜西師范大學地熱資源勘探工程報告書 東北煤田地質(zhì)局 103勘探隊 2006.10

[4]運城金鑫公司地熱資源勘探工程報告書 東北煤田地質(zhì)局 103勘探隊 2007.11