鐵嶺市清河地區地熱井鉆探工藝及方法

周勘 王洪偉

遼寧省第九地質大隊，鐵嶺 112000

鐵嶺市清河地區地熱井鉆探工藝及方法

周勘 王洪偉

遼寧省第九地質大隊，鐵嶺 112000

地熱資源是一種清潔可再生的資源，集熱、礦、水為一體，用于取暖、療養、健身、旅游、養殖等各項，得到各級政府的高度重視而快速發展，并已取得顯著的經濟效益和社會效益。本文試圖以鐵嶺市清河ZK1井為例，從地熱地質條件分析入手，通過鉆探施工驗證，對地熱井的鉆探工藝及方法進行了探討，并為今后在該區開展地熱勘查工作指出了方向。

地熱；清河；地熱井；鉆探工藝

鐵嶺市清河是遼北著名的旅游景區，為更好地開發地熱資源帶動旅游業發展，我隊在該區地熱地質調查中，運用地球物理勘探的新技術、新方法，成功地完成了遼北第一口地熱井的施工，從而也反映出在清河地區尋找有利用價值的地熱（溫泉）水潛力十分可觀。

1 地熱地質條件

Z K 1所處的地質構造位置原推斷為CSAMT勘查NE向擠壓構造帶的下盤，實鉆中沒有明顯的熱儲巖組、儲水構造和補給來源，故水量很小。該井實際最大出水量30t/d（降深在1500m左右），最高出水溫度36℃。若能找到與上述擠壓構造帶配套的張裂面，則出水的可能性會更大些。

1.1 地溫場特征

鐵清熱ZK1井經溫度測井，井底溫度近90℃。從表一中可以看出，隨著深度的增加，井下溫度也明顯增加，但地熱增溫率有所降低。本地區地熱增溫率較高，平均為2.77℃/100m，比原來預測2.2℃/100m高出0.57℃/100m。

1.2 熱儲層、構造條件

鐵嶺市清河區ZK1地熱井地表為第四系，巖性為黃土，厚度5m；下部為侏羅系，頂部為砂巖，中、下部是火山碎屑巖，反映本區沒有蓋層，也缺少層控熱儲層；鉆孔中僅905～910m有擠壓碎裂巖，未見張性破碎帶，鉆井施工過程中鉆井液有消耗，但未出現大的漏失現象，說明本區缺少熱儲構造。盡管鐵清熱ZK1井地熱增溫率較高，具備較好的地熱背景，但熱儲層和構造條件不好，所以此井水量很小，不易利用。若要開發地熱資源，還需進一步投入有效的物探工作，繼續尋找儲水構造。

2 地熱井鉆探施工工藝及方法

鐵清熱ZK1井施工原設計“四開”，后考慮本區地層含水性較差，為不漏掉含水層，改為“二開”，設計第一次開鉆選用Φ311mm鉆頭，鉆至300m，下入Φ245mm表層套管，掏空法全部固井；設計二開選用Φ216mm鉆頭，鉆至2500m終孔，若有好的含水段，則上部掛Φ 178mm套管（含濾水管），深部裸孔完井。

2.1 井孔實際結構及成井主要材料

根據本井確定的井孔結構和鉆進中地層情況，各階段鉆具組合、井孔結構及成井主要材料如下：

2.1.1 一開：孔徑Φ 311mm，深度312.38m。

鉆具組合：鉆頭為Φ 311mm三牙輪鉆頭，鉆鋌Φ178mm6根，鉆桿Φ127mm串根。下入天津鋼管公司生產Φ244.5mm無縫鋼管，壁厚8.94mm，扣型為長圓螺紋，鋼級為J55，下入深度0～312.38m。

固井選用開原水泥有限公司生產的42.5硅酸鹽水泥，環空體積10.9m3（擴徑系數取1.2），水泥用量22噸，水泥漿比重1.80g/ cm3，水泥漿返至地表，候凝82小時。

2.1.2 二開：孔徑Φ 216mm，深度為2500.60m。

鉆具組合：鉆頭為Φ 216mm三牙輪鉆頭，鉆鋌Φ 159mm12根，鉆桿為Φ 89mm串根。利用懸掛器下入天津鋼管公司生產的Φ 177.8mm無縫鋼管，壁厚8.05，扣型為長圓螺紋，鋼級為N80的技術套管和濾水管。

根據地質錄井及測井結果，套管結構自下而上為：濾水管（長862.84m）+封隔器（長0.64m）+技術套管（長573.62m）+懸掛器（長4.13m），總計長度1441.23m，下入深度304.38～1745.61m，其中304.38m～882.77m為技術套管；濾水管下入深度為882.77m～1745.61m，，濾水管以下（1745.61m～2500.60m）為裸孔。

表一 鐵清熱ZK1井地熱增溫率統計表

2.2 鉆井施工方法概述

2.2.1 鉆進泥漿

鐵清熱ZK1井地區地表為第四系，巖性主要為殘坡積黃土；向下為基巖，巖性為砂巖和粉砂巖；井深265m以下為火山角礫巖、凝灰質砂巖夾玄武巖、安山巖等。由于深度和巖性不同，因此各施工階段的鉆進泥漿性能也不同。

2.2.2 泥漿使用與管理

（1）配制使用泥漿，預水化24小時后入井。

（2）堅持每日進行維護處理。

（3）凡入井泥漿藥劑，求最優方案再進行入井。

（4）固相控制，加強泥漿凈化，振動運轉100%，除砂器、除泥器運轉90%，勤撈砂、常除砂，降低固相含量，并定期清理泥漿池，以獲得優質輕泥漿。

（5）正常鉆井每2小時測定一次密度，黏度；交班前測定全性能一次；鉆遇異?；驈碗s情況加密測點。調整好泥漿性能，取全取準第一手原始數據。

2.2.3 各次開鉆施工要點

（1）一開井段（0～312.38m）

①鉆前砌好600×3.60m導管，鉆臺下用水泥抹平，以防鉆井液沖蝕基礎，防止基礎沉降。

②鉆前調整好三點一線，誤差不超過10mm，保障開孔就直。

③表層鉆進以不大于鉆鋌重量的75%進行吊打40m，鉆壓控制在60KN以內，排量20L/S，保證井孔質量。

④加快接單根速度，防止沉砂卡鉆；接單根要做到晚摘泵早開泵，并做好劃眼工作。

（2）二開井段（312.38m～2500.6m）

施工重點是提高鉆井效率，注意防斜，防止事故發生。裝好井口，認真重校天車、轉盤、井口三點一線。監察掌握好井下鉆頭使用時間，防止出現牙輪落井事故。使用優質輕質泥漿，對于掉塊和泥漿消耗井段及時調整處理好泥漿，做好井壁護壁工作，并盡量減輕比重，加大黏度。采用吊打和鐘擺鉆具，易斜段加強觀察，使井斜控制在規定范圍之內。

上部易斜段注意吊打，均勻送鉆，處理好井眼過渡及地層軟硬交界面，防止井斜。每次開鉆，領眼鉆進30m，要求盡量滿足雙泵鉆進，認真做好設備固控的保養工作。裸孔段采用基漿加清水鉆進，盡可能減少泥漿污染儲層。把好井口關，嚴禁井底有金屬落物。

2.2.4 防斜措施

（1）鉆前施工必須保證基礎穩定和設備安裝質量。

（2）校正天車、轉盤和井口三點一線，誤差小于10mm。

（3）一開使用塔式鉆具，二開使用鐘擺鉆具。

（4）各次開鉆輕壓吊打，領眼鉆井30m后轉為正常鉆進，保證開孔就直。

（5）鉆遇軟硬交錯地層時，注意調整鉆進的各種參數，防止產生臺階引起井斜。

（6）注意判斷井斜變化，發現井斜有增大趨勢及時采取措施。

3 洗井和抽水試驗

3.1 洗井作業

首先替漿，用清水沖洗井壁，將井內泥漿替出；然后用三聚偏焦磷酸鈉制成濃度為1 %的化學洗井液注入井內，靜止浸泡24小時，以后再用上述藥液循環并沖刷井壁，將井內殘存泥漿替出。該方法反復進行兩次。后用兩臺250個壓力的大型空壓機做汽水混合和兩臺空壓機氣舉聯合洗井，累計工作12天。后又對濾水管和裸孔段注入濃度為15%鹽酸15噸進行酸化洗井，接著進行拉活塞洗井，最后下泵抽水。

3.2 抽水試驗

先用5m3/h潛水泵抽水，泵下到400m，靜水位恢復到15.8m（含向井內灌水）抽水40分鐘到泵頭。從400m開始恢復水位，48小后水位到160.70m，72小時水位到155.30m，96小時水位到149.80m以后平均每小時水位上升僅200～300mm。由于本井水量很小，用常規潛水泵無法進行抽水，只能選用石油系統抽油泵進行抽水，下入井深1200m處抽水，水量20m3/d，出水溫度30℃；下入井深1600m處抽水，水量30m3/d，出水溫度36℃。

4 結論與建議

4.1 結論

（1）該井施工基本了解了清河地區地層的含水性及地溫場變化相關性，為在該區進一步開展地熱勘查積累了寶貴的經驗。

（2）鐵清熱ZK1井地溫異常較高，地溫梯度達2.77℃/100m，井底溫度將近90℃，對其熱量可考慮加以利用。

（3）鐵清熱井水質達到醫療礦泉水標準。其中鐵（Fe）含量達到命名礦水濃度，偏硅酸、氟和偏硼酸達到有醫療價值濃度。

4.2 建議

（1）通過鐵清熱ZK1井的施工，證明本區地熱異常是存在的，地熱水水質也達到醫療礦泉水標準，建議下一步工作的重點應在找水方面多下工夫。

（2）本區要想在找水方面取得突破，首先就應該注意尋找含水斷裂構造，其次還要進一步擴大探測范圍，并選擇有效的技術方法，進行合理的綜合分析和解釋，只要技術方法得當，在清河地區打出有利用價值的地熱（溫泉）水還是大有希望的。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.025