高溫地熱井鉆井工藝技術的研究與發展

一、井身結構優化

早期的地熱井相對較淺，通常使用單一井徑。目前地熱資源開發主要集中在中深兩層，深度1500-4000米。早期地熱井的井結構已不能滿足要求。為此，井的結構設計以油井為基礎，井的結構設計以儲熱型為基礎。或三個裸眼井結構。砂巖孔隙型儲熱地熱井采用雙井結構，開式泵室段（339.70mm套管）*用水泥密封。第二次鉆孔后，有兩種完井方式：第1種是吊架懸掛177.80mm套管，177.80mm過濾管上部用擋水器密封；第二類用177.80mm套管懸掛，177.80mm過濾管上部用水泥*密封?；鶐r裂隙型儲熱井采用三開井結構：一開口泵室段（339.70mm套管）*用水泥密封；第二次鉆孔后，用吊架將244.50mm的技術套管和水泥*密封；3個裸眼（215.90毫米）完井或177.80毫米濾水管完井。

二、鉆進工藝優化

目前地熱井鉆井主要采用鉆井液正循環鉆井工藝、清水正循環鉆井工藝、清水充空氣正循環鉆井工藝、氣舉反循環鉆井工藝。現場施工主要以正循環鉆井為主，并積極推廣使用氣舉反循環鉆井技術。據初步統計，與積極的循環鉆井液相比，氣舉反循環鉆進效率的是增加了1-2次，鉆井成本減少了1/3，鉆頭的使用壽命增加了1-2倍，和水產量增加了1/3。

1、鉆井液正循環鉆進工藝

雖然地熱井鉆井的鉆進工藝較多，但目前還是以正循環鉆進為主。鉆井液設計和管理工作的關鍵是，正確處理漏失、井底高溫、卡鉆事故、腐蝕及環境保護等問題。漏失地層往往是熱儲地層，也是易發生涌噴的層位。在正常地層壓力梯度下，常用鉆井液的密度一般為1.05-1.20kg/L，PH值為9.0-10.0。

2、清水正循環鉆進工藝

地熱井用鉆井液鉆進熱儲層段容易污染儲層，降低出水量，因此推薦采用清水作為循環介質進行正循環鉆進。清水正循環鉆進工藝具有鉆速快、洗井效果好、保護熱儲層、對含水層傷害小、對環境無污染和成本低等優點；其缺點是影響井壁的穩定性、攜巖能力低和大量巖屑充填在含水層裂隙中影響出水量。

3、清水充空氣正循環鉆進工藝

由于地熱井儲層段極易發生漏失，因此采取將空氣注入清水中進行欠平衡鉆進的技術措施，其優點主要是：

1）采用清水充空氣形成欠平衡狀態，使地層水向井內連續流動，阻止清水進入水層，有利于保護熱儲層；

2）消除壓差型漏失；

3）降低井筒內液柱壓力，可提高鉆速；

4）消除正壓差、不形成濾餅，可有效預防壓差卡鉆。

不足之處是：由于空氣在清水中很容易滑脫聚集，因此正常鉆進時對鉆井施工配合和各工序時間控制的要求很高。例如，接單根時間過長時，環空內鉆井液中的空氣向上滑脫，形成段塞流，會造成鉆井液噴出。

4、氣舉反循環鉆進工藝

氣舉反循環鉆進的優勢在于：

1）采用反循環建立抽汲負壓系統，解決了漏失嚴重只進不返情況下的鉆進問題；

2）巖渣屑及流體介質均沿鉆具中心通道上返，不與井壁及含水層發生接觸，且反循環鉆進過程同時是抽水洗井過程，有利于疏通含水層孔隙，簡化了抽水洗井工序；

3）避免了正循環鉆進時流體介質高速上返對井壁的沖蝕，有利于保護井壁、防止坍塌和減少井內事故的發生；

4）反循環通道過流斷面面積較小，在滿足MIN氣流上返速度的前提下所需壓縮氣體體積流量小，能夠節省設備投資、降低空氣壓縮機燃油消耗；

5）壓縮氣體、巖渣和鉆井液等沿雙壁鉆具中心通道上返至地表后經排渣管排放到半封閉的箱體中，對環境污染小。該工藝如用清水鉆進，還可節約鉆井液，鉆進過程同時又是洗井過程，與鉆井液正循環鉆進相比，具有出水量大、洗井時間短、不污染含水層和成井質量好的優點，現場應用效果較好，具有推廣應用價值。

三、完井工藝優化

固井地熱井固井時，不同管徑間的環空處，一定要用水泥封固，否則很可能會影響出水溫度。二開井身結構的地熱井，表層套管及濾水管以上部分全部采用油井水泥封固；三開井身結構的地熱井，表層套管及技術套管部分全部采用油井水泥封固。

早期二開井身結構地熱井開采段頂部采用在套管外設置橡膠托盤（傘式、盂式）或纏牛皮帶、海帶架橋，利用井壁自行垮塌和縮徑的方式形成的天然止水，但這種止水方式可靠性差，難以保證止水質量。目前，濾水管以上部分全部采用油井水泥封固的方式止水。

地熱井通常采用裸眼完井和濾水管完井2種完井方式。為了獲取地熱水，地熱井一般要采用多種洗井方法洗井，以便使地熱井的出水量和水溫達到設計要求，并盡量達到出水量及水溫。

洗井方法一般可分為機械洗井和化學藥劑洗井2類。機械洗井包括噴射洗井、氣舉洗井、活塞洗井和水泵抽水洗井；化學藥劑洗井包括焦磷酸鈉洗井、酸化洗井和液態二氧化碳洗井等。地熱井洗井時，上述各種洗井方法基本不能單獨使用，需要幾種洗井方法組合在一起使用，才能形成一個完整的地熱井洗井作業流程。

目前，砂巖熱儲地熱井主要采用噴射洗井+氣舉洗井的洗井方法，基巖裂隙型熱儲地熱井主要采用噴射洗井+酸化洗井（酸壓洗井）+氣舉洗井的洗井方法。

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