新疆塔什庫爾干縣ZK7地熱孔施工工藝淺析

唐平輝，常志勇

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊，新疆昌吉831100）

新疆塔什庫爾干縣ZK7地熱孔施工工藝淺析

唐平輝*，常志勇

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊，新疆昌吉831100）

新疆塔什庫爾干縣盆地內(nèi)鉆成一批中高溫地熱井，出現(xiàn)了汽、水兩相流體。由于地層條件復雜，地熱流體溫度較高，施工難度非常大，需進行特殊施工工藝，現(xiàn)對該地熱孔的施工工藝進行探討。關(guān)鍵詞：中高溫;地熱孔;固井

1 工作區(qū)概況

工作區(qū)距喀什市294km，位于塔什庫爾干縣城及北部盆地內(nèi)，近南北向狹長展布，長約22km，寬約16km，海拔3000～3800m。區(qū)內(nèi)總體地勢西高東低，南高北低。工作區(qū)西側(cè)分布有辛袞溝、曲曼溝2個沖洪積扇。區(qū)內(nèi)地貌單元分為剝蝕山區(qū)、冰水堆積平原、沖洪積平原和壟崗地貌等。工作區(qū)屬寒溫帶高原大陸性干旱氣候，年均氣溫3.3℃，多年平均降水量68.7mm，蒸發(fā)量2300mm。區(qū)內(nèi)河流為塔什庫爾干河水系。該河發(fā)源于喀喇昆侖山區(qū)，全長298km，流域面積9980km2，多年平均徑流量達11.3×108m3。

工作區(qū)位于帕米爾高原東南部，屬喜馬拉雅造山帶西緣。從區(qū)域大地構(gòu)造位置上看，帕米爾高原位于西昆侖構(gòu)造帶、塔里木盆地和西天山構(gòu)造帶結(jié)合部，是長期受印度板塊推擠形成的“構(gòu)造結(jié)”，帕米爾構(gòu)造結(jié)是我國大陸上受印度洋板塊運動擠壓作用最為強烈的地區(qū)之一。

2 地質(zhì)條件

ZK7地熱孔位于工作區(qū)北部區(qū)域，該孔由上至下地層主要是第四系卵礫石、角礫石，厚度12m，較松散，膠結(jié)程度差，易坍塌；新近系的泥巖、砂巖，厚度80m，膠結(jié)程度較好，為良好的熱儲蓋層；元古界的石英巖、片麻巖，厚度260m，裂隙發(fā)育，為良好的熱儲層。

3 施工工藝

3.1 鉆進工藝

（1）一開用?450mm三牙輪鑲齒鉆頭鉆進，用鉆鋌加壓，保持孔底壓力不超過鉆鋌總重量的三分之二，將泥漿調(diào)稠，用鈉土泥漿護壁，沖洗液泵量為850L/min，鉆進至基巖用?94mm～?113mm金剛石鉆頭和復合片鉆頭全孔取芯。

（2）二開用?150mm鑲齒三牙輪鉆頭擴孔到底，?89mm和?127mm鉆挺加壓，孔底壓力保持在3～5t，轉(zhuǎn)速為69r/min，采用低失水量、泡沫泥漿護壁。

3.2 電測井

由于ZK7地熱孔孔內(nèi)溫度過高，最高可達164℃，測井儀器在高溫下無法正常工作，因此該井無法進行電測井工作。

3.3 成井工藝

根據(jù)取芯、地溫測量和泥漿漏失情況等綜合分析，該地熱井0～210m下入?273mm螺旋實管，用水泥固井。210m以下為裸孔。見圖1。

3.4 固井工藝

ZK7地熱孔終孔孔深351.23m。0～210m孔徑為?450mm，210～220m孔徑為?230mm，220～351.23m孔徑為?150mm。在210～220m兩端用帶錐度的木塞封固，中間用粘土球封填，搗實，目的是為了后期注水泥時防止水泥流入220m以下的孔內(nèi)。上部0～210m下入?273mm×6mm螺旋實管，用止逆閥連接鉆桿。然后將攪拌好的水泥漿(水灰比0.6∶1，比重為1.85)從鉆桿內(nèi)注入，水泥在孔底從螺旋實管管外往上返，直到水泥從孔口返出為止。由于水泥初凝與溫度有關(guān)，必須在管外固井時管內(nèi)進行降溫。固井后進行質(zhì)量檢測，將孔口封閉好后，從孔內(nèi)壓水，待泵壓達到7個大氣壓時，停止壓水，若2h后泵壓沒有下降，證明孔內(nèi)不漏水，固井成功。為保證固井效果，中途不能有停待。固井目的是將上部涼水與下部地熱流體隔離，保證地熱流體溫度達到最高。停待3d讓水泥充分凝固后，下鉆將止逆閥取出，然后將210～220m處掃通，再用清水掃孔至孔底。該地區(qū)基巖地層穩(wěn)定，不易坍塌，210～351.23m段為裸孔。這樣地熱孔在成井工作方面就已經(jīng)完成。

圖1 ZK7地熱孔成井結(jié)構(gòu)圖

3.5 洗井

ZK7地熱孔取水段在210m以下裂隙熱儲段洗井，先下鉆用清水沖掃鉆孔，目的是用清水把井內(nèi)泥漿全部替換出來，充分暴露基巖裂隙，增大洗井化學液與灰?guī)r的接觸面積，為下一步化學洗井做準備。后用濃度為1%的焦磷酸鈉溶液分兩次浸泡取水段(每次浸泡24h)，用鋼絲刷刷洗井壁，用自制活塞洗井，后下?108mm出水管和1寸風管至適當位置，用17/7型號空壓機引噴。

3.6 采取措施

（1）使用足夠的鉆挺數(shù)量，孔底加壓，減壓鉆進，鉆鏈采用“塔式”組合，既滿足了井底鉆進的壓力，又能把孔斜控制在最小范圍，保證了套管的順利下入。

（2）根據(jù)揭露地層的不同，調(diào)整了不同參數(shù)的泥漿，抑制了地層嚴重漏漿等，防止了孔內(nèi)埋鉆事故。

（3）在鉆進過程中，使用了兩泵聯(lián)合，保持一臺泥漿泵往孔內(nèi)送水正常鉆進循環(huán)，保持一臺泥漿泵孔外循環(huán)，降底鉆孔內(nèi)溫度，提高鉆進效率。

（4）揭露目的層后并沒有及時下入套管，而是直接鉆進到終孔，目的是掌握全孔泥漿的漏失及地溫梯度變化情況，以便準確確定下管位置。

（5）安裝防噴設(shè)施：在鉆探過程中,由于井內(nèi)狀態(tài)急劇變化會產(chǎn)生熱水或熱蒸氣涌噴,因此必須安裝防噴設(shè)施保證施工人員安全。

4 效果

（1）由于施工工藝科學合理，操作措施正確，在泥漿配制和使用上，嚴格與鉆孔地層巖性相適應(yīng)，成功維護了鉆井井壁的穩(wěn)定，整個地熱井施工過程沒有發(fā)生一起鉆孔事故。

（2）鉆進參數(shù)合理，提高了鉆效，預防了孔斜。在鉆進過程中，孔底的鉆壓基本控制在3～5t，轉(zhuǎn)速為69r/min，防斜措施好，鉆孔頂角彎曲保持設(shè)計要求范圍內(nèi)，全孔最大頂角為1.60°，保證了套管的順利下入。

（3）固井止水質(zhì)量好。下管、固井均嚴格按照程序?qū)嵤?，計算準確，保證了固井質(zhì)量。

（4）洗井效果好。在鉆進過程中注重了地質(zhì)基礎(chǔ)資料工作，洗井方法得當，保證了洗井效果。

（5）空壓機引噴時間短（70～80s），水溫上升快（2min可達到125℃），井口穩(wěn)定溫度在144℃，井口壓力為0.4MPa，水量達28m3/h。

[1]常志勇，史杰，唐平輝，等.新疆塔什庫爾干縣地熱資源勘查報告[R].昌吉:新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊，2014.

[2]GB/T11615-2010地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范[S].

[3]DZ/T0148-1994水文地質(zhì)鉆探規(guī)程[S].

P634.5

B

1004-5716(2015)08-0043-02

2014-08-15

唐平輝（1981-），男（漢族），四川蒲江人，工程師，現(xiàn)從事水文地質(zhì)工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)方面的工作。