地熱鉆井中懸掛式獨立內管氣舉反循環的應用研究

周 樂

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

地區內深部熱儲層的開發力度十分關鍵，直接關系到開發效果。地熱鉆井技術中，傳統的工藝技術存在一定的問題，如鉆井難度相對比較大，經常出現鉆井泄漏等，影響到鉆井工藝應用效果，不利于鉆井技術管控。在當前技術的應用下，氣舉(空氣) 反循環技術是采用雙壁鉆桿來形成雙通道，但技術應用造價成本相對比較高、鉆井效率也不夠明顯，影響到鉆井效果。本文研究的懸掛式獨立內管氣舉反循環，具有使用方便，成本低的特點，適合在地熱鉆井中推廣應用。

1 懸掛式獨立內管氣舉反循環結構

懸掛式獨立內管氣舉反循環模塊十分關鍵，是現代地熱鉆井工程重要的技術，也是對傳統管氣舉反循環技術的反應。在該技術的應用中，將傳統的雙壁鉆桿改變成獨立的內管，并通過獨立內管與正循環鉆具結構相配合，形成具有反循環功能的雙通道結構。

懸掛式獨立內管氣舉反循環主要結構包括：彎頭法蘭、軸承組、外殼體、水龍頭、進氣管、水龍頭法蘭、返液彎管、內管、混合器、正循環鉆井水龍頭、鉆桿、鉆頭等。通過各種結構的聯系和設計，可以提升結構設計效果。

2 懸掛式獨立內管氣舉反循環工作原理

2.1 工作原理分析

懸掛式獨立內管氣舉反循環應用在實際工藝中非常關鍵，它能夠提升技術的應用效果。在空壓裝置壓縮過程中，空氣通過管線進入到鉆桿中，鉆桿內的空氣推動混合器形成氣液兩相狀態，在壓差作用下，沿內管上行。此時，鉆頭鉆進產生的巖屑沿鉆桿上行至混合器處，并形成氣液固三相狀態，然后沿內管返出液管線排出。經過分離后，鉆井液從井口返回到鉆桿與鉆孔的環空。

2.2 各功能設計分析

在懸掛式獨立內管氣舉反循環裝置應用中，各項結構的設計都非常關鍵，它們提升了鉆井工藝的設計效果，確保技術設計應用更加合理；同時，在內管懸掛、內管，以及混合器的改造，都是非常重要的內容。表1為懸掛式獨立內管氣舉反循環裝置各模塊名稱及功能。

表1 懸掛式獨立內管氣舉反循環結構功能設計

表1(續)

3 具體應用案例分析

地熱鉆井部工藝實施非常關鍵，能夠最大程度地提升鉆井工藝效果。

1)地熱井情況分析

本次研究的地熱井為一采一灌 2 口地熱井，設計目的層為A山二段熱儲層。但是，發現地層存在漏失現象，選擇傳統循環工藝失去效果，所以設計采用反循環工藝。

2)地層情況介紹

本次鉆井主要包括四段。其中，第一段鉆井井段0～1234.2 mm，段長達到 1234.20 mm，鉆頭直徑為 444.5 mm，套管外徑達到 339.7 mm，套管外徑為 339.7 mm，壁厚設計為 9.65 mm；第二段鉆井井段1234.2～1833.88，段長達到 599.68 mm，鉆頭直徑為 311.2 mm，套管外徑達到 244.5 mm，套管外徑為 339.7 mm，壁厚設計為 8.94 mm；三段鉆井井段1833.88～1852.58 mm，段長達到 18.7 mm，鉆頭直徑為 215.9 mm，設計正循環工藝；第四段井段長度為 841.41 mm，鉆頭直徑 215.9 mm，設計反循環模式。

3)反循環系統安裝

在本次反循環技術安裝過程中，針對反循環技術進行合理的安裝控制，缺號鉆井工藝應用合理。圖1為具體的反循環安裝技術流程總結。

圖1 反循環鉆井安裝流程

4)鉆進效果分析

在實際的鉆井控制過程中，實際四段鉆井井段2558.05～2693.99 mm,進尺 135.94 mm，內管下深達到 651 mm，沉沒比0.71，氣壓控制為4.2～4.8 MPa，鉆壓控制為40～80 kN，最后沖孔時間為 58.53 h。在鉆孔完成之后，采用反循環工藝，極大程度上提升了鉆井的效果[1]。

通過技術參數分析發現，純鉆時間與沖孔時間比得到較大提高，說明沖孔時間明顯減少，鉆進效率明顯提高。為了最大程度地提升鉆井應用效果，還針對反循環模式進行了改變，主要針對鉆具結構、進行轉變。單壁鉆桿將原來的 127 mm 鉆桿用 89 mm 鉆桿代替，減小了鉆井液通過鉆具的過流面積，增加了鉆井液上返流速；通過對鉆井模式的有效轉變控制，確保工藝更加合理，提升了技術應用效果[2]。

采用反循環工藝技術，不僅能夠提升鉆井的效率，同時也能夠提升地熱鉆井的安全性。實際的鉆井工藝應用過程中，采用反循環工藝控制了鉆漏事故的發生。通過對鉆漏問題的有效控制，能夠在最大程度上提升鉆漏控制效果，確保技術應用更加合理，能夠提升鉆井效率。本井三開采用反循環工藝，減少了地層嚴重漏失問題，控制了鉆井工藝的安全性，確保鉆井工作合理有效，提升了技術的應用效果[3]。

4 結語

本文針對懸掛式獨立內管氣舉反循環技術進行了分析研究，簡要闡述了鉆井工藝結構，并且在技術應用后，針對XX井進行了分析，其技術的效率和應用安全性都非常重要，證明該技術符合鉆井工藝標準，值得在地熱鉆井中推廣應用。