高溫地熱井鑽井工藝技術的研究與發展

一、井身結構優(you) 化

早期的地熱井相對較淺，通常使用單一井徑。目前地熱資源開發主要集中在中深兩(liang) 層，深度1500-4000米。早期地熱井的井結構已不能滿足要求。為(wei) 此，井的結構設計以油井為(wei) 基礎，井的結構設計以儲(chu) 熱型為(wei) 基礎。或三個(ge) 裸眼井結構。砂岩孔隙型儲(chu) 熱地熱井采用雙井結構，開式泵室段（339.70mm套管）*用水泥密封。第二次鑽孔後，有兩(liang) 種完井方式：第1種是吊架懸掛177.80mm套管，177.80mm過濾管上部用擋水器密封；第二類用177.80mm套管懸掛，177.80mm過濾管上部用水泥*密封。基岩裂隙型儲(chu) 熱井采用三開井結構：一開口泵室段（339.70mm套管）*用水泥密封；第二次鑽孔後，用吊架將244.50mm的技術套管和水泥*密封；3個(ge) 裸眼（215.90毫米）完井或177.80毫米濾水管完井。

二、鑽進工藝優(you) 化

目前地熱井鑽井主要采用鑽井液正循環鑽井工藝、清水正循環鑽井工藝、清水充空氣正循環鑽井工藝、氣舉(ju) 反循環鑽井工藝。現場施工主要以正循環鑽井為(wei) 主，並積極推廣使用氣舉(ju) 反循環鑽井技術。據初步統計，與(yu) 積極的循環鑽井液相比，氣舉(ju) 反循環鑽進效率的是增加了1-2次，鑽井成本減少了1/3，鑽頭的使用壽命增加了1-2倍，和水產(chan) 量增加了1/3。

1、鑽井液正循環鑽進工藝

雖然地熱井鑽井的鑽進工藝較多，但目前還是以正循環鑽進為(wei) 主。鑽井液設計和管理工作的關(guan) 鍵是，正確處理漏失、井底高溫、卡鑽事故、腐蝕及環境保護等問題。漏失地層往往是熱儲(chu) 地層，也是易發生湧噴的層位。在正常地層壓力梯度下，常用鑽井液的密度一般為(wei) 1.05-1.20kg/L，PH值為(wei) 9.0-10.0。

2、清水正循環鑽進工藝

地熱井用鑽井液鑽進熱儲(chu) 層段容易汙染儲(chu) 層，降低出水量，因此推薦采用清水作為(wei) 循環介質進行正循環鑽進。清水正循環鑽進工藝具有鑽速快、洗井效果好、保護熱儲(chu) 層、對含水層傷(shang) 害小、對環境無汙染和成本低等優(you) 點；其缺點是影響井壁的穩定性、攜岩能力低和大量岩屑充填在含水層裂隙中影響出水量。

3、清水充空氣正循環鑽進工藝

由於(yu) 地熱井儲(chu) 層段極易發生漏失，因此采取將空氣注入清水中進行欠平衡鑽進的技術措施，其優(you) 點主要是：

1）采用清水充空氣形成欠平衡狀態，使地層水向井內(nei) 連續流動，阻止清水進入水層，有利於(yu) 保護熱儲(chu) 層；

2）消除壓差型漏失；

3）降低井筒內(nei) 液柱壓力，可提高鑽速；

4）消除正壓差、不形成濾餅，可有效預防壓差卡鑽。

不足之處是：由於(yu) 空氣在清水中很容易滑脫聚集，因此正常鑽進時對鑽井施工配合和各工序時間控製的要求很高。例如，接單根時間過長時，環空內(nei) 鑽井液中的空氣向上滑脫，形成段塞流，會(hui) 造成鑽井液噴出。

4、氣舉(ju) 反循環鑽進工藝

氣舉(ju) 反循環鑽進的優(you) 勢在於(yu) ：

1）采用反循環建立抽汲負壓係統，解決(jue) 了漏失嚴(yan) 重隻進不返情況下的鑽進問題；

2）岩渣屑及流體(ti) 介質均沿鑽具中心通道上返，不與(yu) 井壁及含水層發生接觸，且反循環鑽進過程同時是抽水洗井過程，有利於(yu) 疏通含水層孔隙，簡化了抽水洗井工序；

3）避免了正循環鑽進時流體(ti) 介質高速上返對井壁的衝(chong) 蝕，有利於(yu) 保護井壁、防止坍塌和減少井內(nei) 事故的發生；

4）反循環通道過流斷麵麵積較小，在滿足MIN氣流上返速度的前提下所需壓縮氣體(ti) 體(ti) 積流量小，能夠節省設備投資、降低空氣壓縮機燃油消耗；

5）壓縮氣體(ti) 、岩渣和鑽井液等沿雙壁鑽具中心通道上返至地表後經排渣管排放到半封閉的箱體(ti) 中，對環境汙染小。該工藝如用清水鑽進，還可節約鑽井液，鑽進過程同時又是洗井過程，與(yu) 鑽井液正循環鑽進相比，具有出水量大、洗井時間短、不汙染含水層和成井質量好的優(you) 點，現場應用效果較好，具有推廣應用價(jia) 值。

三、完井工藝優(you) 化

固井地熱井固井時，不同管徑間的環空處，一定要用水泥封固，否則很可能會(hui) 影響出水溫度。二開井身結構的地熱井，表層套管及濾水管以上部分全部采用油井水泥封固；三開井身結構的地熱井，表層套管及技術套管部分全部采用油井水泥封固。

早期二開井身結構地熱井開采段頂部采用在套管外設置橡膠托盤（傘(san) 式、盂式）或纏牛皮帶、海帶架橋，利用井壁自行垮塌和縮徑的方式形成的天然止水，但這種止水方式可靠性差，難以保證止水質量。目前，濾水管以上部分全部采用油井水泥封固的方式止水。

地熱井通常采用裸眼完井和濾水管完井2種完井方式。為(wei) 了獲取地熱水，地熱井一般要采用多種洗井方法洗井，以便使地熱井的出水量和水溫達到設計要求，並盡量達到出水量及水溫。

洗井方法一般可分為(wei) 機械洗井和化學藥劑洗井2類。機械洗井包括噴射洗井、氣舉(ju) 洗井、活塞洗井和水泵抽水洗井；化學藥劑洗井包括焦磷酸鈉洗井、酸化洗井和液態二氧化碳洗井等。地熱井洗井時，上述各種洗井方法基本不能單獨使用，需要幾種洗井方法組合在一起使用，才能形成一個(ge) 完整的地熱井洗井作業(ye) 流程。

目前，砂岩熱儲(chu) 地熱井主要采用噴射洗井+氣舉(ju) 洗井的洗井方法，基岩裂隙型熱儲(chu) 地熱井主要采用噴射洗井+酸化洗井（酸壓洗井）+氣舉(ju) 洗井的洗井方法。

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