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1、五、地热井成井技术华北地区馆陶组地热井成井工艺 王学工王世壮李义丛王月芳安焕钦 华北石油水电厂水文地质勘察工程大队“ _l-hl论文摘要本文基于对馆陶组地层特性的分析，指出在成井质量上可能出现的问题，研究在成井工艺 上应如何选择井管及筛管，优化钻井参数，把好洗井关，选择可行的成井方案，以提高成井质量。 关键词馆陶组地层地热井成井工艺研究II“ 。 。 _l_-。 。 Ill_-hI“-lIII“lIII_“_lII_-“1I_-H 。 _“+I_I_r 一。 I 。 _ ， I_。 l+II_-H1 。 ll 。 Il_-。 llll_ 。 HII在华北地区，普遍发育有上第三系馆陶组地层，由于
2、该组地层埋深适中，沉积厚度大，砂砾岩发育， 因而形成了丰富的馆陶组地热资源，是华北地区地热开发的主要层段，为开发商带来了丰厚的经济利益。 近年来，我们为石油及地方施工了上百口馆陶组地热井，馆陶组地热资源得到了较好的开发。然而有些井 因成井工艺方面的原因而影响成井质量。本文针对这一问题，进行专门分析研究，就馆陶组地热井施工方 法进行了总结。实践证明，该方法不失为经济合理的有效途径。1馆陶组地热地质特性在华北地区，馆陶组是上第三系初坳陷衰退期形成的红色砂泥岩沉积，除个别地区缺失外，大部分地 区都有分布，馆陶组地层沉积厚度在 200-700m 从盆地边缘向中心厚度递增，岩性剖面自上而下大体分 为三个
3、岩性段，上粗段以中粗砾岩为主，中细段以粉砂岩和泥质砂岩为主，下粗段以粗砂岩和砂砾岩为 主，底部普遍发育有厚层的底砾岩。这套地层具有区域稳定性和连续性，底部的砂砾岩与下第三系呈不整 合接触，该组砂岩胶结疏松，成岩性差，砂岩单层厚度一般 lO-20m ，累计厚度 100-200m ，最大厚度可 达 450m，砂岩百分比 40 -50，平均有效孔隙度 22 -32，馆陶组热储水温较高，富水性好，单井 产水量每天可达 1000 2000m3，井口水温高达 50-80 。2馆陶组地热井成井工艺21 成井工艺中存在的难点及主要问题该区馆陶组地层埋深均在 1000m以上，此类井开采层位深，投砾困难，成功率低
4、，一般不易采用， 但馆陶组储水层胶结疏松，成岩性差，极易出砂。所钻地层为未成岩或半成岩的第四系和上第三系地层， 施工过程中易发生事故，总之，目前此类地热井施工中存在以下主要问题：(1)钻遇的第四系及上第三系地层未成岩或半成岩，砂层易塌易漏，泥层易膨胀缩径，其后果一是井孔报废，二是卡钻造成经济损失。 (2)因不能正确认识地层储水特性或由于泥浆等原因造成井孔出水量小，影响正常使用。 (3)由于施工中技术措施采取不当，往往造成地层出砂等现象，影响正常使用。 (4)由于材料、工艺、施工等原因使地热井使用寿命短，有些井运行一段时间后就出现水浑、埋泵、水位下降、水量减少等事故，并可能造成水井报废。2 2成
5、井工艺研究地热井施工中要解决的难点就是克服井壁坍塌，提高单井出水量，降低含砂量，延长地热井使用年华北地区馆陶组地热井成井工艺 291-_-_ _-_-_-_ _ 限，合理开发利用地热资源，本文主要从钻探成井等方面进行研究。2 2 1井管及筛管馆陶地热井，为了保证施工安全，延长使用年限，井管应采用石油套管，变径部位应采用整体大小头 连接 (铬钼钢锻制 )，不得焊制，大小头内壁必须平整光滑，无裂痕，无毛刺，无凹凸。筛管一般采用4,177 8mm石油套管制作，管体四周均匀钻孔，纵向垫 6道钢筋，两端加封闭环，垫筋外横向缠绕过滤丝，然 后在绕丝上纵向用铜焊固定绕丝，防止松散，管体四周钻孔直径一般应为
6、18 20mm，筛管孔隙度不小于10，绕丝间隙为 1 1 5mm。特殊地区若地层很不稳定，应考虑用套笼充砾筛管以减少出砂量。2 2 2钻探工艺 第四系和上第三系地层成岩性差，地层比较松软，砂岩地层井壁易塌易漏，泥岩地层钻头易包泥，因此，在钻探工艺上，上部应选用铣齿钻头，但钻遇馆陶组底砾岩时需采用镶齿钻头，且钻压应适当加大，以减少蹩跳。为了防止钻头泥包采用高转速大排量钻进，选用优质泥浆护壁，泥浆材料一般为钻井粉、烧 碱、 CMC和水配制，特殊层段可适当加些降失水剂和防塌剂。若泥浆配制合理，密度、黏度适当在循环 正常的条件下，稳固井壁防塌、防漏是有保证的。2 2 3洗井工艺因馆陶组地层渗透性好，出
7、水量大，一般采用压风机，水泥泵车联合洗井作业，这类井是比较容易洗 清的。为了防止压力过高，破坏含水层的稳定性，造成出砂，不易在水层位置高压长时间冲洗。对于个别 取水层段太长，渗透性较差的地热井，应考虑采用化学洗井的方法来解决。我们多年来，针对几口连续洗 井几天不清的水井进行化学药剂浸泡后再洗井，几个小时就达到了水清砂净，出水量还有所增加，效果非 常明显。即节约时间，又节约了成本，并且方法简便易行。2 2 4成井工艺目前馆陶组地热井的成井工艺一般有两个方案： (1)在要求泵室不太大的情况下，一般是采用 450mm钻头一开一百米左右，下人 4339mm 表层套管并固井，二开上部采用 31lmm 钻
8、头钻至 250m左右，再用 244 5mm钻头钻穿目地层，下人套筛管完 井，套管上部 200 余 m为 4244 5mm 套管做泵室用，下部通过大小头连接 177 8mm 套筛管，fi244 5mm套管顶部用环型钢板座在表层套管上，水层上部的泥岩段用胶皮伞封隔，以保证水层不受影 响，该成井工艺的优点是套筛管连续下入，连至井 Fl，管串无薄弱点，安全可靠，工艺简单。不足之处是 泵室内径小，泵型受限制，只能下 2000 I以下潜水泵，不能满足客户取水量大的要求且由于热胀冷缩太小头 大小头腔虚伞 胶皮伞筛管 筛管套管 套管图 1 图 2。 292 五、地热井成井技术的影响，井管向上抬升 (一般为 3
9、0-50cm) ，从而对上部结构产生影响 (见图 1)。(2)若客户要求水量较高，一般采用以下成井工艺：一开采用 ,91450mm 钻头钻至设计的泵室深度以 下 10余 m，下入 k339mm 表层套管，通过大小头连接一根 273mm 套管后固井；二开采用 244 5mm钻 头钻穿目的层完钻，下人 177 8ram套筛管，上部通过连接大小头用胶皮座封在表层套管下接的大小头 上。 177 8mm套管与 56273mm 套管之间应采取有效的措施防止当大小头之间座封不好时上部地层出水 出砂，影响成井质量 (见图 2)。根据我们的实践经验，造成地热井出砂，地热井使用年限短的主要原因在成井工艺上，井内大
10、量出砂 一是井管质量的原因，如套筛管断裂等，这应在材料采购上认真把关，另一个出砂原因是套管连接处密封 不严，这在施工中要严格按设计要求把好每一道关。第三个出砂原因是取水层遭到了破坏，主要是由于替 泥浆或洗井方法不当，破坏了地层的稳定性而造成的，因此，替泥浆和洗井时要更加注意，决不能出现中 途停止作业，造成地层返压等现象的发生。2 3成井技术关键馆陶组地热井成井技术关键主要是钻头选型及使用、钻井参数的确定、井管、筛管质量、泥浆调配、 井管下人、座封、胶皮伞位置等。特别是下管前一定要下钻通井，循环好泥降，保证井眼畅通，替泥浆和 洗井时要避免压力波动过大破坏地层。总之，成井的每一道工序都非常关键，无论哪一工序过失，均有可能导致井孔报废或质量低劣的发 生，造成重大经济损失，因此，必须严格操作规程，切忌偷工减料，保证质量，提高经济效益。3 结论通过近几年在华北地区进行地热井钻探的施工经验，提出了本地区地热井施工的工序要求和技术关 键，实践证明，这套方法可靠易行，是解决馆陶组地热井钻凿成井的有效途径，合理开发利用华北地区馆 陶组地热资源，对促进当地经济发展，改善人民的生活条件有重要意义。参考文献阎敦实、于英太京津冀油区地热资源评价与利用，北京：地质大学出版社， 2000
