坐封（懸掛）式下套管及固井工藝

宮如剛曹文忠王永全黃 貴

（1.東北煤田地質局一O三勘探隊 遼寧遼陽 111000）

（2.中煤水文局第四水文隊 河北邯鄲 056000）

（3.東北煤田地質局一○一勘探隊 遼寧鐵法 112700）

坐封（懸掛）式下套管及固井工藝

宮如剛1曹文忠1王永全2黃 貴3

（1.東北煤田地質局一O三勘探隊 遼寧遼陽 111000）

（2.中煤水文局第四水文隊 河北邯鄲 056000）

（3.東北煤田地質局一○一勘探隊 遼寧鐵法 112700）

本文通過對施工井完井工藝的探討和研究，重點是下套管工藝和固井工藝，采用坐封下套管和分段固井工藝，很好地解決了套管懸掛及固井封閉非目的水層問題，解決了施工井施工的難題。

地熱井 完井 下套管 懸掛連接 坐封 固井

成圓山莊成功施工一口垂深3374m地熱井，完井后井口水溫46℃，水量986m3/d，該井是東北地區目前最深的地熱井，由于地質條件的復雜性，完井后下套管及固井成為該井成功與否的關鍵。完井后組織相關的技術人員對該井經認真分析與研究，制訂了一系列的施工技術方案，特別是在下套管技術方面，采取了泵室管與技術套管、濾水管懸掛式連接及分段固井工藝，將500mφ273mm泵室管、2800mφ139.7mm技術套管及濾水管順利下入井內，并成功實施了分段固井，成井后各項技術指標均滿足合同要求，受到業主好評。

1 地質條件

該井第四系由風化巖、灰巖、石英巖等組成，下部主要由粉砂巖、細砂巖、石英砂巖、輝綠巖等組成，該井取2000m以下含水層，由于該地區沒有完整的地質資料，因此該井既是生產井又是探井，施工難度相當大。

2 設計要求

（1）設計井深3300m；

（2）出水溫度45℃以上，水量800m3/d以上；

（3）套管要求：泵室管φ273mm，材質J55；技術套管φ139.7mm，材質N80；濾水管采用φ139.7mm技術套管為基管，鉆φ16mm、密度為18%孔；

（4）含水層以上全部固井至井口。

3 鉆井設備

選用ZJ－45型石油鉆井設備，施工能力4500m。

4 施工工藝

一開選用φ445mm鉆頭，鉆至50m，下入φ377mm套管固井。

二開選用φ311mm鉆頭，鉆至500m，下入φ273mm、鋼級J－55套管，全井固井。

三開選用φ216mm鉆頭，鉆至3374m終孔，下入φ139.7mm技術套管及濾水管，500～2000m固井。井身結構如圖1所示。

圖1

再加工1只φ137.7mm技術套管坐封接頭雙母扣，扣型一反一正，與φ273mm坐封接頭相匹配。

5 下管作業

5.1 下管工具和套管的準備

250噸φ273mm套管吊卡1副、扶正器10只、變徑接頭1只、大小頭1只、250噸φ139.7mm套管吊卡1副、水泥傘5只、倒扣接頭1只、上下逆止閥各1套、懸掛接頭1只、φ139.7mm循環短節1根。

下套管前詳細檢查入井套管的內外徑和彎曲度，用通徑規逐根檢查套管，然后進行丈量套管長度、編號、排序、尾管接引鞋，做好套管入井前的一切準備工作。

5.2 套管的連接、水泥傘及阻流環的位置

根據測井資料分析，從上到下共計有28段含水層，考慮到該地區的含水層情況和地層增溫偏低的原因，經專家分析確定，決定取2000m以下含水層共18層，計400m。

（1）下管順序

按排好的套管、篩管順序逐根入井，在設計的位置上安裝好上下阻流環、循環短節，正確位置安裝好水泥傘。

（2）下套管方法的選擇

地熱井通常的下套管方法有：變徑下管法——就是泵室管與技術套管用變徑接頭連接，下到位置后固井；重疊下管法——就是先下泵室管固井再下濾水管及技術套管，與泵室管重疊不少于20m（下鉆具用倒扣接頭與技術套管連接，下到設計位置），開泵憋漏地層，將水泥漿憋入地層后，開泵循環，將鉆具與技術套管連接部分的水泥漿沖洗干凈，候凝48小時后，倒開鉆具起出。重疊法需要在含水層上部連接逆止閥和水泥傘，防止水泥漿進入含水層。

通過完井資料分析這兩種下管方法均不可行，經研究決定采用第三種方法——坐封（懸掛）法下管，用鉆具將套管及坐封接頭下到設計位置后，上提1 m左右，開泵循環，暢通后準備固井。

圖2

圖3

5.3 固井

固井是地熱井施工過程中的一個重要環節，按設計要求，將水泥漿注入套管和井壁環空，起到封閉上部含水層、固定套管的作用，是保證地熱井出水量和溫度的關鍵環節。水泥漿注完后，將套管下放到坐封器上坐實，倒開鉆具開泵循環，替出多余的水泥漿。候凝48小時，掃塞。

5.4 洗井

為保證洗井質量，本井采用射流、活塞、化學藥劑、空壓機洗井和抽水，連續用空壓機洗井9個臺班后，達到了水清沙凈，水流暢通，洗井任務完成。

洗井結束后，采用穩定流的方法進行單井抽水試驗，抽水設備為（200QJ32－78/6）型抗高溫深井潛水泵，下入井深400 m，抽水延續時間為300小時，分3個落程按自小到大順序進行，每個落程差值均大于10 m，用計量表和流驗箱進行流量控制，水溫、水量等指標均滿足設計要求，且水質達到了醫用礦泉水的標準。

6 結束語

（1）該井是大連地區首個超過3300 m的地熱井，為今后大連地區的地熱井施工提供了寶貴的地質資料。

（2）該地區是倒轉地層，老地層在上部，地層堅硬，地層傾角大，施工困難，對于鉆頭的選型、使用和防斜、糾斜積累了寶貴施工的經驗。

（3）該地層巖石研磨性極強，鉆孔易斜，回轉阻力大，起鉆附加拉力大，施工困難，對泥漿的性能和使用同樣也積累了豐富的經驗。

總之，該地區鉆井施工對鉆頭選型、泥漿使用、防斜糾斜以及完井工藝的選擇是關鍵，這些環節控制好，成井還是有把握的。

2010年6月30日）