青海共和盆地恰卜恰地區(qū)DR9地熱井施工技術(shù)

王虎

（1.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅張掖734000；2.甘肅省地下水工程及地熱資源重點實驗室，甘肅蘭州730000）

地熱是一種綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生能源，具有清潔環(huán)保、穩(wěn)定性好、利用系數(shù)高等特點。青海共和盆地地熱資源豐富，由淺到深分別有淺層地溫能、地下熱水和干熱巖等三種類型的地熱資源，多個單位在此開展不同目的的勘查研究工作。青海省共和縣恰卜恰地區(qū)地下熱水資源預(yù)可行性勘查DR9井深度1670m，揭露兩層熱儲，實現(xiàn)同井分層勘探，針對不同熱儲的抽水試驗結(jié)果表明該井施工質(zhì)量優(yōu)良，本文總結(jié)了DR9井施工技術(shù)，對本地區(qū)或同類型地熱井施工有一定借鑒意義。

1 地質(zhì)概況

共和盆地位于青海省中東部，總面積21168km2，是一個自中生代以來形成的斷陷盆地，盆地內(nèi)埋藏有豐富的地下熱水資源。盆地中心勘探資料表明，盆地中分布以熱傳導(dǎo)為主的層狀熱儲，且分布范圍遍布全盆地，其熱儲可分為第四系下更新統(tǒng)熱儲層和新近系熱儲。第四系下更系統(tǒng)熱儲頂板埋深100～200m，巖芯為粉細砂、中粗砂及含礫中粗砂，厚度大于100m，單井涌水量800m3/d，礦化度小于1g/L，流體溫度38℃～46℃。新近系熱儲頂板埋深669～718m，巖芯為中粗砂巖、砂礫巖，熱儲厚度490～734m，流體溫度大于82℃～84.2℃，單井出水量871～1002m3/d，水質(zhì)較好，礦化度為2.19～2.23g/L。

2 技術(shù)要求與技術(shù)難點

2.1 技術(shù)要求

DR9井為勘探井，要求分別獲取第四系下更新統(tǒng)熱儲和新近系熱儲的水文地質(zhì)參數(shù)，井深1670m，全孔取芯，分層成井，分層進行抽水試驗，終孔直徑311mm。

2.2 技術(shù)難點

相比地熱生產(chǎn)井和一般的勘探井，DR9井要獲取更多的地質(zhì)資料和水文地質(zhì)參數(shù)，井身設(shè)計和施工工序較為復(fù)雜。

原設(shè)計為成2眼井，主井深1670m，取水段為新近系熱儲；副井深510m，取水段為第四系下更新統(tǒng)熱儲。主井鉆進至450m時甲方將設(shè)計變更為一井分層勘探，即在同一井內(nèi)，先在第四系下更新統(tǒng)熱儲層成井并進行抽水試驗，完成后再鉆至終孔，在新近系熱儲層成井并進行抽水試驗。而前期安裝的直徑600mm表層套管限制了下一級井徑，使井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜化（表1，圖1），尤其增加了二開下管的施工難度。二開井徑570mm，管徑426mm，井管為螺旋鋼卷管及橋式濾水管，接箍外徑442mm，井壁與井管間隙僅64mm，局部粘土層有縮徑現(xiàn)象。若井管下不到位會造成濾水管錯位，增加洗井難度并影響出水量。

3 鉆探設(shè)備

針對技術(shù)要求和工期要求，配備鉆機2臺同時施工，1臺TJS200/600水源鉆機用于地熱井成井，1臺XY-8巖芯鉆機用于取芯。配套設(shè)備主要包括：3NB350型泥漿泵1臺、BW500型泥漿泵1臺、JSN-2型除砂器1臺、ZS3型振動篩1臺、153A型變頻柜1臺、250QJR80-350型潛水泵1臺。

4 鉆井施工

表1 井身結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖1 井身結(jié)構(gòu)示意圖

4.1 鉆進工藝

主井采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進，一開和二開井段為“小眼鉆進逐級擴孔”，三開井段為一次成孔。取芯孔采用正循環(huán)提鉆取芯工藝。

4.2 鉆具組合與鉆進參數(shù)

311鉆具組合為：311mmBIT+?241mmDC×1節(jié)+?203mmDC×1節(jié)+?178mmDC×2節(jié)+?159mmDC×6節(jié)+?89mmDP。

擴孔鉆具組合：570mm（800mm）BIT+?241mmDC×1節(jié)+?203mmDC×1節(jié)+?178mmDC×2節(jié)+?159mmDC×6節(jié)+?89mmDP。

根據(jù)井深及井徑變化，鉆進參數(shù)采用情況見表2。

4.3 泥漿

一開和二開鉆遇第四系松散層，泥漿配方：生產(chǎn)水+6%鈉膨潤土+0.2%CMC+0.2%KPAM+0.2%Na2CO3，保證鉆井液具有較強攜砂能力，同時有效抑制粘土層水化膨脹。

表2 鉆進參數(shù)表

三開鉆遇地層為新近系砂巖、泥巖，泥漿配方：生產(chǎn)水+3%鈉膨潤土+0.1%NaOH+0.2%～0.3%KPAM+0.2CMC+0.5%～0.6%NH4HPAN+1%KAHM。維護處理：逐步減少CMC的使用，增加抗溫性能較優(yōu)的高聚物包被劑KPAM，配制成膠液補充；NH4HPAN調(diào)整粘度，控制流變性能，使鉆井液性能穩(wěn)定。輔以KAHM形成滲透率低的優(yōu)質(zhì)泥餅，避免泥漿濾液侵入地層，抑制巖層因水化引起的垮塌和剝落，并起到降低泥餅?zāi)ψ琛?/p>

固控方法：配備振動篩與除砂器；所有的循環(huán)鉆井液必須流經(jīng)振動篩與除砂器，并根據(jù)鉆進速度及時調(diào)整篩布目數(shù)，保證固控設(shè)備的有效運轉(zhuǎn)；鉆進中要保證鉆井液循環(huán)槽與沉砂池內(nèi)巖粉清潔，避免巖屑二次循環(huán)。

4.4 防斜

井斜直接關(guān)系到下一步下管是否順利，該井采取的防斜措施主要有：

（1）設(shè)備安裝按規(guī)定要求達到平、正、穩(wěn)、固、牢。校正天車中心、轉(zhuǎn)盤中心及井口中心三者處于一鉛垂線上，最大允許偏差不超過10mm。

（2）采取輕壓吊打，控制井斜，防止偏磨。尤其是開孔階段，采用30kN以下的鉆壓，每鉆進3～5m用水平儀測量一次方鉆桿的垂直度，要求傾斜角小于0.3°，確保井眼開直。

（3）嚴禁使用彎曲的鉆桿。

（4）堅持勤劃眼，每鉆進1m上提2m劃眼修整井壁。（5）用管鉆擴孔，管體直徑480mm，長度6m。

4.5 下管

二開下管是DR9井的難點之一，直徑426mm井管第一次未下到位，重新圓孔后才得以順利下到位。下管作業(yè)采取的主要措施包括：

（1）重視控制井斜，安裝、開孔、鉆進和擴孔等每個環(huán)節(jié)均嚴格執(zhí)行防斜措施。

（2）井管各段要同心，其中心線與鉆孔中心線重合，管串不得受壓彎曲。

（3）下管前用鋼絲鉆頭破除孔壁泥皮，排凈孔內(nèi)沉淀，換清泥漿。

（4）用長鉆具探孔，鉆具用直徑426mm井管現(xiàn)場加工，長度不小于30m，管口帶合金鉆頭。鉆具緩慢下放、低速回轉(zhuǎn)，起到圓孔的效果。

（5）小井眼超前打10m，起容納沉淀物的作用。

4.6 固井

表層套管固井時水泥返出地面，三開止水固井段為450～630m，使用內(nèi)插法固井。水泥漿體系設(shè)計采用常規(guī)體系，密度1.80±0.03g/cm3。水泥漿性能要求：低失水、高早強、漿體穩(wěn)定性好。

4.7 洗井

采用噴射、活塞、空壓機、潛水泵聯(lián)合洗井。先使用噴射洗井，再依次交替使用活塞、空壓機和潛水泵洗井。洗井標準為水清砂凈，含砂量小于1/20萬（體積比），并進行3次以上水量對比，最后兩次單位涌水量相差小于10%。

4.8 抽水試驗

針對第四系下更新統(tǒng)熱儲層進行2個落程抽水試驗，水位穩(wěn)定時間達到24h以上；針對新近系熱儲層進行3次降深抽水試驗，水位穩(wěn)定時間達到48h以上。采用變頻控制柜調(diào)節(jié)流量，用in-situ450型自動水位計和人工水位計同時觀測水位，用超聲流量計和三角堰箱同時觀測流量，用煤油溫度計觀測水溫和氣溫。

5 結(jié)語

DR9井采用的一套施工方法保證了地熱井質(zhì)量，抽水試驗顯示新近系熱儲層出水溫度101℃，為已有8眼勘探井中溫度最高，單井涌水量達到1200m3/d。實現(xiàn)了同井分層勘探，縮短了工期，節(jié)約了成本，同時減少了施工占地，實現(xiàn)了綠色勘查。

通過總結(jié)DR9井施工方法取得以下經(jīng)驗：

（1）同井分層勘探要優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，孔徑和井管級配要合理。

（2）孔徑與井管間隙偏小時，要重視防斜，并用粗徑鉆具圓孔，保證井眼垂直、井壁光滑。

（3）采用變頻控制柜和自動觀測裝置可以大幅減少抽水試驗的輔助時間，方便數(shù)據(jù)處理。