吉林龍井海蘭1#地熱井成井工藝

聶榮軍

(吉林省第六地質探礦工程大隊，吉林延吉133401)

吉林龍井海蘭1#地熱井成井工藝

聶榮軍*

(吉林省第六地質探礦工程大隊，吉林延吉133401)

介紹吉林龍井市海蘭1#地熱井成井工藝。該井成功的引進了遇水膨脹橡膠止水，止水效果可靠、簡便，用鉆進泥漿泵固井永久止水，使用扶正器有效控制井斜等技術措施，對類似地熱井施工具有一定的參考價值。

地熱井；成井工藝；止水；固井；遇水膨脹橡膠

1 工程概況

地熱是清潔環保的新型可再生能源，國家大力提倡推廣地熱能源的開發利用。龍井市政府前瞻性、探索性地開啟了該礦區域地熱資源勘探開發之路。我隊受龍井市開發區建設局委托完成此眼探采結合井的鉆探施工及成井工藝。

工作區位于龍井市東盛涌鎮西2.5km，龍井市開發區海蘭江畔。

2 鉆井設備

投入施工的設備為GZ-2600型鉆機，CQ3NB-500型泥漿泵，K31.5-135/2.2型鉆塔，相關泥漿凈化設備及附屬工機具。

3 鉆孔結構

如圖1所示，確定0～300m為泵室段，此段井徑為?346mm，下入?273mm×8.85mm石油套管，并水泥固井；300～1500m，此段井徑?216mm，下入?177.8mm× 8.5mm石油套管，并水泥固井；1500～2500m為主要含水段，此段井徑為?152mm，采取裸孔成井。

按照地質設計的鉆孔結構，我們根據施工需要，在滿足設計要求的前提下，制定了如下鉆井工藝：

一開，完成口徑，0～300m孔段的鉆進，鉆具組合?346mm銑齒鉆頭+?178mm鉆鋌+?159mm鉆鋌+ ?127mm鉆桿，并下入?273mm石油套管，材質J55，用水泥固井做永久止水。

二開，完成?216mm口徑，300～1500m孔段的鉆進。鉆具組合：?178mm鉆鋌+?159mm鉆鋌+ ?127mm鉆桿，下入?177.8mm石油套管，材質J55，用水泥固井做永久止水。

三開，完成?152mm口徑，1500～2500m孔段鉆進，鉆具組合：?152mm鑲齒鉆頭+?127mm鉆鋌+ ?121mm鉆鋌+?89mm鉆桿，裸眼成井。

第四階段為測井、下管、固井工作，測井是為后續射孔做準備工作。

4 下管及固井

4.1 下管

（1）下管前的準備工作：現場下管時，必須按照物探測井結果和水文地質員根據巖屑編錄兩者結合給出的下管數據，對所入的井管進行編號排序，并量出長度，認真記錄，計算所下井管的質量，進行了強度核算，確定設備提升能力是否滿足。在套管上焊接內、外止水托盤，安裝遇水膨脹橡膠環，安裝固井凡爾、正反絲接手等。做好下管前的準備工作，采用吊卡提吊法下管，防止下管混亂，出現止水位置出錯，造成不必要的損失。

（2）下管前，對原孔內使用的鉆進泥漿用稀泥進行頂替，保證井內泥漿粘度達到20～25s，密度1.05～1.06g/cm3。

4.2 固井

4.2.1 固井水泥及壓水量計算

（1）孔徑?346mm，井深300m井段固井水泥及壓水量計算。

環空體積V：=11.17（m3）

式中：V環——一開鉆進，井壁與井管形成的環狀間隙體積，m3。

K——超徑系數，取值1.05；

D——一開鉆頭直徑，m；

d——一開孔段下入井管外徑，m；

h——一開固井段套管長度，m。

查石油鉆井手冊知：100kg水泥（干粉）配密度為1.8g/cm3的水泥漿，用水量為53.1kg，水泥漿體積為85.6L，即0.0856m3，水灰比為0.531。

則固井水泥：

V水泥=V環×100/0.0856=11.7×100/0.0856 =13049（kg）

攪拌水泥用水為：

V水=水灰比×13049=0.531×13049=6929（kg）

式中：V水——一開井段固井水泥漿攪拌水泥用水量，kg。

壓水量計算：

式中：V壓水——一開井段固井結束時壓水量，m3；

V管內——一開井段固井結束時壓水在下入套管內的量，m3；

V地面管線——一開井段固井結束時壓水在地面管線內的量，經計算為1m3；

D——一開固井段下入?273mm套管內徑，m；

h——一開固井段套管長度,m。

（2）孔徑?216mm，井深300～1484.63m井段固井水泥及壓水量計算。

二開鉆進至1484.63m，按設計下入技術套管，選用? 177.8mm×8.05mm石油套管，鋼級 J55，總長1233.27m，下入深度1484.63m與一開重疊48.64m，吊卡提吊法下入。重疊部分最上面2根套管上部用BWCPN遇水膨脹橡膠環止水，膠環纏繞長度1m。

環空體積：

V環=K3.14（D2-d2）h×1/4

=1.05×3.14×（0.2162-0.17782）×1233.27×1/4 =15.30（m3）

式中：V環——二開固井段環狀間隙體積，m3；

K——二開井段超徑系數，取值1.05；

D——二開固井段鉆頭直徑，m；

d——二開固井段套管外徑，m；

h——二開固井段套管長度，m。

查石油鉆井手冊知：100kg水泥（干粉）配密度為1.8g/cm3的水泥漿，用水量為53.1kg，水泥漿體積為85.6L，即0.0856m3，水灰比為0.531。

則固井水泥：

V水泥=V環×100/0.0856=15.30×100/0.0856 =17874（kg）

式中：V水泥——二開井段固井水泥漿水泥用量，kg。

攪拌水泥用水為：

V水=水灰比×17874=0.531×17874=9491（kg）

式中：V水——二開井段固井水泥漿攪拌水泥用水量，kg。

壓水量計算：

V壓水=V管內+V地面管線

=3.14×D2h/4+V地面管線

=3.14×（0.1778-2×0.008052）2×1233.27×1/4+1

=26.34（m3）

式中：V壓水——二開井段固井結束時壓水量，m3；

V管內——二開井段固井結束時壓水在下入套管內的量，m3；

V地面管線——二開井段固井結束時壓水在地面管線內的量，經計算為1m3；

D——二開固井段下入套管的內徑，m；

h——二開固井段套管長度,m。

4.2.2 固井現場操作

（1）打前置液。其目的是進一步稀釋和分散鉆井泥漿，防止鉆井泥漿絮凝和膠凝，有效沖刷井壁及套管外壁上的泥漿和疏松泥皮，為水泥漿和井壁、套管膠結創造條件。因此，當套管下入并落實后，開泵送入稀泥漿，待稀泥漿循環正常后，打入前置液，其為2%～3%的NaOH水溶液，打入量為2m3，對?346mm井徑形成約21m厚的隔離帶，對?216mm井徑形成約54m厚的隔離帶。

（2）泵入水泥漿。前置液打完后，按照前述計算好的數量泵入水泥漿，在泵送水泥漿的過程中，要對攪拌好的水泥漿隨時取樣，監測漿液密度，保證泵入到井內環的水泥漿的水灰比及水泥漿量符合設計要求，為保證灌注質量，實際泵入的水泥漿量比計算多3m3左右，是保證漿頭漿尾的稀釋，這部分不能參與凝固，漿頭要泵出凝固段外，漿尾不泵入凝固段。

（3）壓水。水泥漿壓完后，馬上進行壓水，壓水量比計算量少壓1m3，保證漿尾稀釋部分不被壓入凝固段。壓水完成后，用轉盤反開正反絲接手，提出孔內下井管時下入的鉆桿，固井注漿結束。

5 遇水膨脹橡膠圈的使用

考慮到水泥在井中是沉淀性凝固的特點，用水泥固井有可能在套管搭接處，產生空洞現象，也就是說沒有凝結的水泥漿，易產生冷水直接從搭接處進入井管內，造成熱水溫度降低。因此，我們使用了遇水膨脹橡膠圈，其規格為?238mm×?179mm×30mm（外徑×內徑×厚度）。該橡膠圈的特點是：浸入水中自動膨脹，無味無毒，而高溫、無水時自動復原，膨脹系數在遇水4d后能增大300倍，將其套在套管上放在搭接處，在它膨脹前可以完成下管、泵送水泥漿、掃磨灌漿托盤等需要做的一切工作，然后膨脹止水。

6 洗井與抽水試驗

依據物探測井，井段1772.9～2473.9m（熱水段）為主要含水層。該井段為裸孔，因此，采取沖擊器噴射，三聚磷酸鈉浸泡后拉活塞方式洗井，高壓水流噴射清除破壞井壁泥皮，三聚磷酸鈉洗井液改變泥漿性質，破壞泥皮結構，降低泥漿粘度和切力，在通過拉活塞幾種方法綜合使用，使井內產生正、負壓，實現清除護壁泥皮，疏通水道，達到解除堵塞的目的，共用三聚磷酸鈉2t、氫氧化鈉1t，以2∶1比例配制成洗井液1m3清水加50kg三聚磷酸鈉，加25kg氫氧化鈉，其操作步驟是：

（1）將沖孔器下到井底，泥漿循環清除井底巖屑，再泵入清水充分循環。

（2）上提沖孔器至含水層位置，每提一柱鉆桿上下竄動高壓噴射30min，一直上提最上段含水層。

（3）焊井口，配制洗井液，泵車向井內壓入50 m3靜止憋壓24h，再壓入50m3靜止憋壓24h。

（4）拆井口，下沖孔器至含水層段，每下一柱高壓噴射30min并上下活動鉆具，直至最下段含水層，清水循環一周提鉆。

（5）拉活塞，500m處、700m處上下反復抽拉2d后，泵送粘度20s左右的稀泥漿循環，將井內通過洗井洗出的細砂和泥皮排出井外，直至循環到呈混水，沒有明顯的細砂和泥皮。

（6）下泵抽水。下泵量10m3/h，楊程300m潛水泵，起初抽出水為混水，約8h后水質明顯變清，續抽24h，達到水清砂盡，開始抽水試驗確定水量及水位，抽水試驗結果表明，靜水位埋深35.4m，單井出水量30.58m3/h，水溫35℃。

7 結束語

（1）用鉆進泥漿泵固井永久止水，改變了以往由專業固井隊的固井作法，作為止水是滿足要求的，節省了固井費用10萬元。

（2）鉆進過程中使用了扶正器，并在換徑處使用扶正器導正，控制了井斜，下管順利，其完鉆后使用STX-1型陀螺測斜儀測斜，井深2500m，頂角3.09°，方位角87.51°，水平位移38.71m。

（3）通過引入新型材料遇水膨脹橡膠環，解決了套管搭接處的止水問題，并在300m變徑處也可以使用膨脹橡膠止水，代替傳統海帶止水材料，止水效果簡便，可靠。

[1]張耀輝.甘肅敦煌城區DR3地熱探采孔成井工藝[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2014，33（1）.

P634.5

B

1004-5716(2015)11-0039-04

2014-11-27

聶榮軍（1962-），男（漢族），吉林蛟河人，高級工程師，現從事探礦工程技術管理工作。