趙明亮

（山西省第二地質(zhì)工程勘察院，山西侯馬 043007）

各類地溫能資源作為一種可再生、可重復(fù)利用的清潔能源，具有非常廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景，越來越多地受到人類社會(huì)的普遍關(guān)注和重視。在開發(fā)地?zé)豳Y源的鉆井工程施工中，由于熱儲(chǔ)層埋藏較深，地?zé)崴哂休^高的水頭壓力，加之受周圍地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響，常常會(huì)遇到水溫、涌水量條件很好的自流地?zé)峋瑸榈責(zé)峋拈_采和利用提供了很好的先天條件。但是，在成井施工中，如果遇到自流量較大、地?zé)崴疁剌^高的地?zé)峋瑒t會(huì)給地?zé)峋谥顾ぷ鲙硪恍┘夹g(shù)難題。在施工運(yùn)城南風(fēng)集團(tuán)地?zé)峥碧骄畷r(shí)，我們就遇到了地?zé)峋粤骶诜舛碌膯栴}，現(xiàn)將我們當(dāng)時(shí)采用的井口封堵工具、安裝方法以及采取的一些技術(shù)措施介紹如下。

1 基本情況

1.1 項(xiàng)目概況

運(yùn)城市地處山西省南部，為溫暖半干旱大陸性氣候，四季分明冬寒夏熱，年平均降雨量為610mm，年平均蒸發(fā)量2258.2mm，平均氣溫13.61℃。運(yùn)城地區(qū)地勢(shì)平坦，土地肥沃物產(chǎn)豐富，是山西省主要的糧棉生產(chǎn)基地，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，文化底蘊(yùn)深厚。大運(yùn)高速、同蒲鐵路從城北通過，交通極為便利。受運(yùn)城南風(fēng)集團(tuán)公司委托，我單位在位于運(yùn)城市鹽湖湖區(qū)中心地帶進(jìn)行地?zé)豳Y源勘探。地?zé)峥碧骄O(shè)計(jì)井深2000m，預(yù)計(jì)水量100m3/h，出水溫度60℃，施工工期為4個(gè)月。

1.2 水文地質(zhì)條件

運(yùn)城地處汾渭斷陷帶，第四、第三系沉積較厚，受構(gòu)造影響，地溫梯度異常，地下儲(chǔ)藏有大量可利用地?zé)豳Y源。該勘探井位于運(yùn)城鹽湖湖區(qū)中心，屬于內(nèi)斂排泄湖，地表出露地層為第四系全新統(tǒng)新近堆積。據(jù)本次揭露地層由新到老如下：

1.2.1 第四系

（1）上更新統(tǒng)（Q3）及全新統(tǒng)（Q4）：厚度在124m左右，巖性以青黑色淤泥質(zhì)粘土為主，局部層位夾礫石，礫石粒徑多為0.5～2cm。

（2）中更新統(tǒng)（Q2）：埋深在124～405m 間，厚約281m，巖性以黑色、青黑色、青灰色粘土為主，夾數(shù)層中粗砂、細(xì)粉絲，砂層單層厚度在5～13m間。

（3）下更新統(tǒng)（Q4）：埋深在405～590m 間，厚約185m。巖性以淡黃色、褐色、青灰色粘土為主，偶夾礫石，底部為棕黃色粘土、亞砂土互層。

1.2.2 第三系

（1）上中新統(tǒng)（N2）：埋深在590～1125m間，厚約535m，巖性主要以棕紅色、青灰色粘土為主，局部夾礫石，底部為厚約5m的中粗砂，呈泥質(zhì)半膠結(jié)。

（2）下中新統(tǒng)（N1）：埋深在1125～1795m間，厚約670m，巖性為棕紅色、青灰色泥巖及細(xì)砂巖、粗砂巖，局部夾礫石，底部有10m厚的砂礫巖。

（3）漸新統(tǒng)（E3）：埋深在1795m以下，其巖性以棕褐色泥巖、中粗砂巖、磚紅色泥巖為主。

目的層為1000m以下第三系的粗—細(xì)砂巖及砂礫巖。

1.3 井身結(jié)構(gòu)

一開采用?311mm牙輪鉆頭鉆進(jìn)至1100m，下?244.5mm×9.65mm石油套管并用水泥固井，達(dá)到護(hù)壁與封閉低溫含水水層之目的；

二開采用?215mm牙輪鉆頭鉆進(jìn)至2121m終孔，下?139.7mm×7.72mm石油套管及濾水管，2層套管相互重疊30m并采用止水膠帶止水。

1.4 施工概況

該地?zé)嵘罹┕ろ?xiàng)目采用ZJ-15型石油轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)及其配套設(shè)備，于2003年6月7日開鉆，2003年8月26日終孔，終孔深度為2121m，施工歷時(shí)80d。終孔下管完畢后，按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程要求，先后進(jìn)行了沖孔、撈渣、換漿、破皮等工序。在此過程中，由于該井井口高程低于含水層區(qū)域水位高程，加之換漿過程引起井內(nèi)泥漿比重大幅度降低，施工過程中的泥漿壓力平衡關(guān)系被打破，最終導(dǎo)致地?zé)峋a(chǎn)生自流，自流涌水量達(dá)到160m3/h，井口出水溫度達(dá)到70℃，水頭壓力0.5MPa(止水后實(shí)測(cè)值)。為了有效保護(hù)地?zé)豳Y源，便于有計(jì)劃地開采利用，對(duì)地?zé)峋M(jìn)行了井口止水封堵作業(yè)，有效地控制了地?zé)峋粤鳌?/p>

2 井口封堵裝置設(shè)計(jì)

2.1 井口封堵裝置結(jié)構(gòu)

井口封堵裝置為“三通結(jié)構(gòu)”，分別與不同的功能組件，采用法蘭盤方式連接。其下部法蘭盤與?244.5mm護(hù)孔井管連接；上部法蘭盤與帶有測(cè)量水壓頭壓力表的封閉蓋盤連接；側(cè)面的出水管法蘭盤與水量控制閥門連接。井口封堵裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 井口裝置

2.2 止水器結(jié)構(gòu)功能

止水材料選擇海帶。為了使海帶臨時(shí)止水作業(yè)順利進(jìn)行，止水器設(shè)置了熱水臨時(shí)導(dǎo)流出口及導(dǎo)流軟管，便于將熱水排到水池。利用絲杠所連接的動(dòng)法蘭盤，壓縮海帶，完成導(dǎo)流管外壁與井口套管內(nèi)壁的環(huán)狀間隙密封，將地?zé)醿?chǔ)層的高壓、高溫水流從導(dǎo)流通道排出。留出密封段上部空間進(jìn)行井口管法蘭盤的焊接作業(yè)。井口管上部焊接好法蘭盤后，即可安裝井口裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫、高壓地?zé)崴娜斯た刂啤?/p>

2.3 止水器設(shè)計(jì)原理

盡量使用井場(chǎng)現(xiàn)有材料。導(dǎo)流管使用?139.7mm石油套管加工，將海帶編成辮，緊緊纏繞在上下2個(gè)法蘭之間，上部法蘭是固定的，下部法蘭可以通過旋轉(zhuǎn)頂部絲桿螺母隨著絲桿上下活動(dòng)。止水時(shí)，正時(shí)針旋轉(zhuǎn)上部螺栓，絲桿帶動(dòng)下部法蘭向上運(yùn)動(dòng)，擠壓兩法蘭間的海帶，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流管與井口套管環(huán)狀間隙的密封，涌出來的熱水則從導(dǎo)流管排出。止水器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 止水器

3 井口止水封堵裝置使用方法

3.1 操作步驟

（1）加工好井口控制裝置，提前安裝好控制閥門，并將閥門處于打開位置。

（2）加工止水器。止水器的具體尺寸要根據(jù)使用不同鉆機(jī)型號(hào)決定：法蘭外徑以小于井口套管內(nèi)徑5～10mm為宜；上下兩法蘭盤的間距應(yīng)大于300mm，中間部位將編好的海帶填實(shí)并綁扎牢固；絲桿有效長度大于500mm；導(dǎo)流出口接排水膠管。

（3）安裝止水器。先將井口裝置、密封墊片、井口套管法蘭依次套入止水器上部并臨時(shí)固定，將止水器下入井口套管設(shè)計(jì)位置，密封墊片及井口法蘭則臨時(shí)放置在井口管上端，等待作業(yè)連接。

（4）旋轉(zhuǎn)上部螺栓，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流管與井口套管環(huán)狀間隙的密封，熱水從導(dǎo)流管內(nèi)經(jīng)控制閥門排出。

（5）用割槍割掉井口多余的套管，把套管法蘭焊接牢固，并與井口裝置加墊密封連接。

（6）提出止水器，熱水從控制閥門流出。井口裝置的頂部加蓋密封，關(guān)閉閥門，高溫高壓地?zé)峋畬?shí)現(xiàn)控制。

3.2 制作及安裝注意事項(xiàng)

（1）制作封堵裝置時(shí)，不同口徑的管體應(yīng)匹配合理，法蘭盤的寬度、厚度、螺桿螺帽數(shù)量應(yīng)滿足水壓強(qiáng)度和安裝空間要求；蓋板上焊接的絲扣接頭應(yīng)與水壓表配套；水壓表量程及密封件選材、設(shè)置應(yīng)滿足自流井涌水壓力要求。

（2）制作止水器時(shí)，絲杠、絲母旋轉(zhuǎn)靈活，止水法蘭動(dòng)盤沿管壁母線運(yùn)動(dòng)自如，動(dòng)盤與靜盤間距合理，海帶編織與捆綁滿足臨時(shí)性止水要求，確保在井口管焊接法蘭時(shí)，無水流涌出。

（3）井口止水作業(yè)采取分步安裝。密封件放置到位，螺桿連接件緊固均勻。

4 結(jié)語

完井后的自流地?zé)峋虺鼐?，?duì)井口進(jìn)行封堵止水，實(shí)現(xiàn)人工控制井水自流是十分必要的，也是避免地下水資源浪費(fèi)，順利實(shí)現(xiàn)水井工程移交應(yīng)完成的本分工作。

我們?cè)谠摰責(zé)峋┕ろ?xiàng)目中，設(shè)計(jì)制作的井口封堵裝置制作簡單、操作便易、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，達(dá)到了預(yù)期的目的，實(shí)現(xiàn)了工程的順利移交，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)聲譽(yù)。