淺談鉆探技術在地熱井中的應用

■吳尊東（黑龍江省水文地質工程地質勘察院黑龍江哈爾濱150001）

淺談鉆探技術在地熱井中的應用

■吳尊東
（黑龍江省水文地質工程地質勘察院黑龍江哈爾濱150001）

在地熱勘查工作中，應用到各種不同類型的施工工藝和設備。其中比較典型的就是正、反循環(huán)，高壓噴射等鉆探工藝。在地熱資源勘查的過程中，各種鉆探技術在不斷完善和優(yōu)化，在實際的工程建設中，工作人員應該根據鉆井工藝的施工現狀以及地質的特點來采取科學合理的鉆探工藝，希望能夠給相關的工作人員提供借鑒和參考。

地熱井鉆探施工工藝應用

從我國地熱井鉆探的施工工藝發(fā)展上看，主要經歷了不同的階段。從上個世紀70年代到至今，鉆探工藝從小徑打大徑成孔工藝一直發(fā)展為多種鉆井工藝共同發(fā)展的形式，鉆井效果相對比較明顯。另外，在實際的鉆探工程中，將鉆探技術應用到地熱井當中，不僅可以提升鉆探的效率，還可以促進鉆探工作的持續(xù)進行。

1　地熱井鉆探工藝

1.1泥漿正循環(huán)鉆探工藝分析

從現如今我國地熱鉆探施工工藝發(fā)展的過程中可以看出，采用的鉆探方式主要為反循環(huán)鉆探以及沖擊鉆等類型。雖然鉆探工藝的類型較多，效果也相對比較明顯，但是，在實際的鉆探工藝應用的過程中，主要是朝著正循環(huán)鉆探方向發(fā)展，而且適用性相對較高。

1.1.1工藝參數

（1）鉆壓。在地熱井鉆探工藝應用的過程中，鉆壓不足的情況比較明顯，這種現象對鉆探效率的影響程度相對較大。其中比較典型的是，如果處于中軟層地質中，采用HA系列的鉆頭，推薦鉆探的壓力就應該被控制在200KN左右。但是在實際的鉆探工藝應用的過程中，很容易受到鉆鋌和鉆桿的影響，壓力一般都要比預期的數值要小。另外，在鉆壓不足的情況下，對于中性或者是硬性的地層結構來說，很難實現鉆探。科學的鉆壓會造成巖石結構的破碎。（2）轉速。在鉆探工藝應用的過程中，牙輪部位的鉆頭主要是借助于牙齒的沖擊力來破壞巖石。對于不同類型的地層來說，應用的鉆探工藝也不同。如果是硬質或者是極硬地層，主要是應用鉆頭的牙齒來對巖石產生一定的沖擊。如果是軟質地層，則主要是應用牙齒結構和巖石之間的剪切力而擊碎巖石。為了達到一定的鉆探效果，工作人員應該鉆頭的轉速進行控制，其中軟層地質應該采用高鉆速，一般都是90r/min。如果是硬質地層，轉速達到60r/min即可。（3）泥漿參數，對泥漿參數進行控制也是采用泥漿正循環(huán)鉆探工藝應用中的一種比較常見的工作之一。因為泥漿的主要作用就是對孔底進行清潔，同時對孔壁的穩(wěn)定性進行維護。在地熱井鉆進中，泥漿性能主要包括其失水量、密度、粘度以及泥皮厚度和酸堿中和指數等等。一般來說，如果是泥巖地層的鉆探工作，應該加入適量的降失水劑，保證泥漿的粘度達到20s，失水量不能超過10ml/30min。這樣才能夠提升黏土顆粒的實際含量。在鉆井工藝應用的現場，工作人員應該采用振動除砂器或者是旋流除砂器等設備類型。在提升泥漿質量的前提下需要替換廢泥漿結構。（4）泵量。如果孔內的巖漿碎屑過多，不僅會直接影響到施工的效率，還會對巖屑結構造成嚴重地影響。通常情況下，泵量越大，巖屑效果就越明顯。

1.1.2鉆探技術難點

（1）粘鉆和縮徑。在進行地熱井鉆進較厚的泥巖地層時，可能會出現膨脹縮徑或者是鉆頭泥包的現象。如果出現以上的情況必然會造成嚴重地遇阻、卡鉆或者是縮徑等問題。另外，如果泵量過小，在造漿作用下，鉆頭的牙輪轉動會嚴重地受阻，甚至出現鉆探的事故問題。因此，這些問題就是鉆探技術的重點和難點之所在。工作人員在實際的操作中應該加大泥漿泵的排放量，甚至選擇排量相對較大的泥漿泵，其中比較常見的是3NB-500的泵體結構。（2）漏失。漏失現象往往出現在熱水層當中，如果漏失現象程度較大，就會影響到返漿，不僅造成嚴重的材料浪費，還會影響到鉆探工作的高效性。因此，在實際的工作中，工作人員應該根據地質條件來進行實踐驗證，做好選擇工作。

1.2氣舉反循環(huán)鉆探工藝

這種鉆探工藝在實際的施工中可能會直接影響到周圍的環(huán)境，甚至出現含水層淤塞現象。在實際的鉆探工作中，采用氣舉反循環(huán)鉆探工藝，可以減少一些鉆探步驟。氣舉反循環(huán)鉆探工藝在硬件配備上只需空壓機、氣水混合器、雙壁鉆桿、雙壁主動鉆桿及配套水龍頭。對于較深的鉆孔，需配備大馬力的空壓機。難點是雙壁鉆桿的密封問題。

1.3高壓噴射鉆探工藝

隨著深部地熱資源的開采，地熱井深度的加大，石油鉆探隊伍及設備進入地熱鉆探市場，采用高壓噴射鉆探工藝，大大提高了鉆探效率和成井質量，尤其是克服了泥頁巖泥包鉆頭的問題，縮短了工期。高壓噴射鉆井是采用噴射式鉆頭，以很高的泵壓使泥漿自鉆頭噴嘴產生很高的噴射速度的一種鉆井工藝。它一方面可以利用高流速的泥漿沖刷井底，幫助鉆頭破碎巖石；另一方面又能更好地清洗井底和鉆頭，加速鉆進。高壓噴射鉆井要求配備大功率的強力泵，相應地配合使用低固相泥漿，保證泥漿的除砂和凈化效果。使用這種鉆井工藝可以提高鉆速1-2倍，大大提高了地熱井鉆井效率。

2　地熱井完井工藝

（1）測井。普遍采用物探測井的參數，即自然電位、梯度電阻率、電位電阻率、井斜及井溫參數，目的是較準確地劃分出含水層來。測井雖然是劃分地層和確定含水層的重要手段，但一定要結合巖屑錄井即實際地層和巖性進行解釋，不能簡單地依靠統(tǒng)一模式和程序進行解釋。因測井參數具有多解性，不結合實際地層和巖性解釋測井結果，將會對成井造成誤導。（2）固井。溫度是地熱井的重要標志，為提高溫度一定要把較低溫度的地層和含水層封住，因此固井是重要環(huán)節(jié)。最好對于花管或裸孔以上段全孔進行固井。固井應該用專用設備、專業(yè)隊伍進行。特別是對于不同管徑間的環(huán)空處，一定要用水泥固好，否則很可能會影響出水溫度。（3）射孔。隨著石油勘探技術的引入，射孔是提高出水量的一個有效方法。某地ZK1地熱井，經過多次多方法洗井水量水溫達不到要求。后根據測井曲線及巖屑錄井選擇了三段進行射孔，射孔段分別為945~950m、1025~1035m、1055~1060m，共計20m射孔。結果出水量從開始500m3/d增加到810m3/d，溫度從30℃提高到36℃。某地熱井，經過多次多方法洗井水量仍很小，無法使用。

3　結論

根據我國各地區(qū)的地層特點及熱儲層埋藏深度選擇先進設備和配套機具，，選擇不同的鉆探工藝進行施工，也可以采用多種鉆探工藝交叉的方法進行施工。固井是地熱井施工的重要環(huán)節(jié)。固井作業(yè)前必須做好設計，選擇專用固井設備及優(yōu)質水泥保證固井的成功。地熱井的成井關鍵在洗井，可以采用機械洗井、化學洗井的同時,采用大功率空壓機進行氣舉和氣水混合洗井的方法，可取得較好的效果。引用鉆探施工先進工藝進行地熱井鉆井成井施工，具有一定的現實意義。

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P634[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-384-1