張建中

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院,河南商丘 476000)

地?zé)峋删斫Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

張建中

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院,河南商丘 476000)

隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展,城市化程度加強(qiáng),人民生活質(zhì)量提高,地?zé)嶙鳛橐环N環(huán)保、高效、可持續(xù)利用的能源,市場(chǎng)對(duì)它的需求非常強(qiáng)烈。尤其是在我國(guó)北方寒冷地區(qū),急需開發(fā)大規(guī)模的中、低溫地?zé)醽斫鉀Q城鎮(zhèn)供熱的問題,而西北高原也急需開發(fā)熱礦水來提高人民生活水平,改善人民生活條件。目前,我國(guó)的高溫地?zé)豳Y源發(fā)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具有了一定的基礎(chǔ),但是,還有許多問題依然存在。雖然地?zé)嶙鳛橐环N新型環(huán)保的替代能源,而且它的利用、技術(shù)研發(fā)成本十分低廉,但是它開采投資大、風(fēng)險(xiǎn)高,也是不容忽視的問題。

第三系地?zé)峋?潛山地?zé)峋?定向井

隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展,城市化程度加強(qiáng),人民生活質(zhì)量提高,地?zé)嶙鳛橐环N環(huán)保、高效、可持續(xù)利用的能源,市場(chǎng)對(duì)它的需求非常強(qiáng)烈。尤其是在我國(guó)北方寒冷地區(qū),急需開發(fā)大規(guī)模的中、低溫地?zé)醽斫鉀Q城鎮(zhèn)供熱的問題,而西北高原也急需開發(fā)熱礦水來提高人民生活水平,改善人民生活條件。由于地?zé)崾袌?chǎng)的推動(dòng)使得地?zé)崮芤呀?jīng)由開采中低溫地?zé)豳Y源逐漸過渡為開采高溫地?zé)豳Y源,而且地?zé)峋目碧胶偷責(zé)峋某删疃纫脖厝浑S之增加。而隨著地?zé)峋删疃鹊牟粩嘣黾?致使揭露地層情況越來越復(fù)雜多變,特別是深潛山和潛山內(nèi)幕為主體的隱蔽型潛山的地?zé)峥辈?雖然它們有著巨大的勘探效益,但同時(shí)也由于地形的影響致使地層可鉆性急劇變差,有更大的幾率產(chǎn)生如井壁垮塌、漏失及井斜等一系列的復(fù)雜情況,致使它有著高度的復(fù)雜性及風(fēng)險(xiǎn)性。

1 定向井井身結(jié)構(gòu)

目前定向地?zé)峋簿褪切本饕獞?yīng)用于地?zé)嵋徊梢还?對(duì)井)鉆鑿,以此來解決回灌熱儲(chǔ)層段的水平距離受到井口位置限制的問題。

1.1 第三系孔隙熱儲(chǔ)層二開定向井身結(jié)構(gòu)

圖1

第三系孔隙熱儲(chǔ)層定向井一般情況下為二開井身結(jié)構(gòu)。一開井身結(jié)構(gòu)用Φ444.5mm井眼下入Φ339.7mm套管,且管外全井段水泥固井并封住定向井表層。二開井采用的是Φ311.2mm井眼,包括直井段、增斜段、造斜段以及穩(wěn)斜段,下入Φ244.5mm進(jìn)行套管,頂部與Φ339.7mm的套管重疊不得小于30mm,下部超過目的層不得小于30m,要采用“穿鞋帶帽”的方法進(jìn)行水泥固頂,下部水泥漿上返至目的層以上的距離不得少于150m。目的層段要采用射孔成井,可根據(jù)抽水地?zé)崴沉康那闆r來選擇補(bǔ)掛Φ177.8mm濾水管。

1.2 潛山裂隙熱儲(chǔ)層定向地?zé)峋斫Y(jié)構(gòu)

深潛山定向井一般情況下采用四開井身結(jié)構(gòu)。一開井身結(jié)構(gòu)用Φ444.5mm井眼下入Φ339.7mm套管,管外全井段用水泥固井封住表層;而二開井身結(jié)構(gòu)采用Φ311.2mm井眼(包括直井段、增斜段、造斜段以及穩(wěn)斜段)下入Φ244.5mm套管,頂部與339.7mm套管重疊距離不得小于30m,并采用“穿鞋帶帽”的方法用水泥固井;三開井身結(jié)構(gòu)采用Φ215.9mm井眼,下入Φ177.8mm尾管,頂部與Φ224.5mm套管重疊距離不得小于30m,并采用“穿鞋帶帽”的方法用水泥固井;四開潛山目的層段采用Φ152.4mm鉆頭或Φ149.2mm鉆頭鉆進(jìn),直接裸眼完井或根據(jù)基巖破碎情況來選擇性下入Φ127mm襯管或Φ114.3mm襯管來完井。

2 第三系孔隙熱儲(chǔ)層地?zé)峋罱Y(jié)構(gòu)

第三系孔隙型熱儲(chǔ)層一般情況下埋藏較淺,地層的巖性是由泥巖以及砂巖所組成,砂巖的泥質(zhì)膠結(jié)而疏松,而泥巖的致密性較差。地?zé)峋删木斫Y(jié)構(gòu)一般情況下為一次管串結(jié)構(gòu)(見圖1),泵室管段一般情況下為Φ44 4.5mm井眼或Φ3 75.0 mm井眼下入Φ339.7mm套管或Φ273.0mm套管,通過變徑來和下部Φ177.8mm套管連接,而下部為Φ244.5mm井眼。其中目的熱儲(chǔ)層段的開采,要對(duì)應(yīng)含水砂巖層有選擇性的下入濾水管,而目的熱儲(chǔ)層以上的開采套管外要采用膠傘黏土球止水,且粘土球的厚度要大于30m,而上部要回填粘土以止水。

在第三系孔隙型熱儲(chǔ)層以上的第三系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層巖性結(jié)構(gòu)是最松散的,所以為了防止地?zé)峋錾?目前最常采用且最經(jīng)濟(jì)有效的方法是在濾水管外與井壁環(huán)隙中間用礫料進(jìn)行充填要在Φ2mm到Φ4mm之間。Φ500.0mm井眼或Φ444.5mm井眼下入Φ339.7mm套管或Φ273.0mm套管,通過變徑來和下部Φ177.8mm套管連接,而下部為Φ375.0mm井眼,且成井段以上套管外要采用粘土球止水,而上部要通過回填粘土來止水。

而對(duì)于成井過深(成井深度大于2000m)的第三系孔隙型熱儲(chǔ)地?zé)峋?為了降低卡鉆以及井壁垮塌等特殊情況的風(fēng)險(xiǎn),可以采用二開井身結(jié)構(gòu),一開用Φ444.5mm井眼下入Φ339.7mm+Φ273.0mm套管(一般情況下300m~500m),管外全孔段采用水泥固井封住表層;二開采用Φ244.5mm井眼下入Φ177.8mm套管,頂部采用變徑和膠傘來與Φ273.0mm套管進(jìn)行座封,下部和熱儲(chǔ)層段頂部則采用膠傘來止水。

3 潛山裂隙熱儲(chǔ)層地?zé)峋斫Y(jié)構(gòu)

通過利用基巖裂隙型熱儲(chǔ)層成井,一般情況下開采目的熱儲(chǔ)層為古生界奧陶系和寒武系府君山組以及元古界長(zhǎng)城系巖溶裂隙熱儲(chǔ)層來分析不同類型的潛山井,根據(jù)實(shí)地情況分別給出不同類型的井身結(jié)構(gòu)方案。

3.1 超過4500m的深潛山井

超過4500m的深潛山井可采用四開井身結(jié)構(gòu)。一開用Φ444.5mm井眼下入Φ339.7mm套管,管外全井段利用水泥固井封住表層;二開用Φ311.2mm井眼下入Φ244.5mm套管,頂部和Φ339.7mm套管重疊距離不得小于30m,并采用“穿鞋帶帽”的方法利用水泥固井。而對(duì)于地層較穩(wěn)定且下部地層壓力體系正常的井,二開套管可以封住陶組易漏的地層,下井深度2000m左右;而對(duì)于下部鉆遇地層復(fù)雜且坍塌壓力高的區(qū)塊,二開套管則需要坐入沙河街組地層,下井深度在3000m至3500m之間,可以有效地降低上部地層垮塌和漏失的風(fēng)險(xiǎn);三開用Φ215.9mm井眼下入Φ177.8mm尾管,頂部和Φ244.5mm套管重疊距離不得小于30m,并且采用“穿鞋帶帽”的方法利用水泥固井。當(dāng)非開采目的基巖熱儲(chǔ)層的潛山泥巖地區(qū)薄,井壁垮塌情況不嚴(yán)重,可以采用Φ177.8mm套管直接坐入潛山頂,同時(shí)封隔上部易垮塌地層,在一個(gè)開次中直接鉆進(jìn)潛山內(nèi)幕地層;四開潛山目的層段采用Φ152.4mm鉆頭或Φ149.2mm鉆頭鉆進(jìn),裸眼直接完井或者根據(jù)基巖破碎的情況選擇性的下入Φ127mm襯管或Φ114.3mm襯管完井。

若古近系地層垮塌嚴(yán)重,且潛山泥巖地層垮漏同層,此時(shí)為了安全鉆進(jìn),可以將四開井身結(jié)構(gòu)更改為五開井身結(jié)構(gòu)：用Φ177.8mm套管下至潛山頂,四開潛山泥巖易垮塌地層井段采用Φ152.4mm鉆頭或Φ149.2mm鉆頭鉆進(jìn),同時(shí)下入Φ127mm尾管,五開井身結(jié)構(gòu)針對(duì)一般情況下為元古界長(zhǎng)城系的目的熱儲(chǔ)層的易漏地層采用Φ105mm小鉆頭鉆進(jìn)。

3.2 潛山目的層段較淺的井

潛山目的層段較淺的井,一般在2000m左右,采用三開井身結(jié)構(gòu)。一開用Φ444.5mm井眼下入Φ339.7mm套管,管外全井段采用水泥固井封住表層;二開則采用Φ311.2mm井眼下入Φ244.5mm套管坐入完整基巖的潛山3～5m,頂部和Φ339.7mm套管重疊距離不小于30m,并且采用“穿鞋帶帽”的方法利用水泥固井。這種結(jié)構(gòu)的潛山段鉆井參數(shù)和鉆頭選擇具有更大的靈活性,而且機(jī)械鉆速能有更大的提升空間,同時(shí)處理井下突發(fā)緊急情況也更加方便。在探井鉆探的過程中,該結(jié)構(gòu)如果多預(yù)留一層套管,則可以更好的實(shí)現(xiàn)鉆井目的。

3.3 潛山目的層埋深在3500m～4000m之間的潛山井

潛山目的層埋深在3500m~4000m之間的潛山井一般采用三開井身結(jié)構(gòu)。一開用Φ444.5mm井眼下入Φ339.7mm套管,管外全井段采用水泥固井封住表層;二層一般采用Φ241.3mm井眼下入Φ177.8mm套管坐進(jìn)潛山3m至5m,頂部與Φ339.7mm套管重疊距離不得小于30m,并且采用“穿鞋帶帽”的方法來利用水泥固井。這種結(jié)構(gòu)與二開采用Φ311.2mm井眼的結(jié)構(gòu)相比,可節(jié)約大量的鉆井成本。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)第三系孔隙型熱儲(chǔ)層埋藏深度較淺,井身結(jié)構(gòu)一般情況下為一次管串結(jié)構(gòu),開采目的熱儲(chǔ)層段是要根據(jù)對(duì)應(yīng)含水砂巖層的情況全部或有選擇性的下入濾水管;而泥質(zhì)膠結(jié)疏松的地層為了有效地防止地?zé)峋錾?需要在濾水管外和井壁環(huán)隙之間進(jìn)行礫料填充。(2)在勘察和開發(fā)潛山巖溶裂隙熱儲(chǔ)層時(shí)井身結(jié)構(gòu)多數(shù)情況下為三開或者四開井身結(jié)構(gòu),三開或四開套管多數(shù)情況下入基巖頂部3m~5m,三開或四開為裸眼完井或根據(jù)情況尾管固井完井,這種結(jié)構(gòu)為潛山地?zé)岬目辈彀l(fā)揮了重要作用。(3)目前斜井(定向地?zé)峋?主要應(yīng)用與地?zé)嵋徊梢还鄬?duì)井鉆鑿,已解決開采回灌的熱儲(chǔ)層段水平距離收到井口限制的問題。第三系孔隙熱儲(chǔ)定向井多數(shù)情況下以二開為主,包括穩(wěn)斜段、造斜段和增斜段以及直井段,開采目的層段時(shí)要采用射孔成井;深潛山定向井一般情況下采用三開或者四開結(jié)構(gòu)并且裸眼完井。

[1]趙金洲,張桂林.《鉆井工程技術(shù)手冊(cè)》.2010年.

[2]趙金洲,張桂林.《鉆井工程理論與技術(shù)》.2011年.

[3]曾鐵軍.深層地?zé)崴@探工藝[J].2010年6月.

[4]徐軍祥.我國(guó)地?zé)豳Y源與可持續(xù)開發(fā)利用[J].2011年2月.

[5]屠厚澤.《鉆探工程學(xué)》.2012年.