西藏谷露地?zé)崽颶K401 高溫地?zé)峋@井工藝技術(shù)

吳儒杰，鄭冉，張松，萬(wàn)漢平，郝偉林，唐偉軍，張健

1 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029

2 中核集團(tuán)地?zé)峥辈榧夹g(shù)研究中心，北京 100029

3 西藏自治區(qū)土地礦權(quán)交易和資源儲(chǔ)量評(píng)審中心，西藏 拉薩 850011

地?zé)崾且环N蘊(yùn)藏豐富、綠色低碳、穩(wěn)定可靠的可再生清潔能源。在全球“能源危機(jī)”加劇的背景下，大力加強(qiáng)地?zé)豳Y源的高效開(kāi)發(fā)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外能源形勢(shì)的客觀需求，也是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”承諾的有機(jī)組成部分。西藏是我國(guó)地?zé)峄顒?dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)，高溫地?zé)豳Y源蘊(yùn)藏量居全國(guó)首位。全區(qū)共有水熱爆炸、間歇性噴泉和沸泉等各種水熱顯示區(qū)700 余處，其中熱儲(chǔ)溫度超過(guò)150 ℃的高溫?zé)崽镉?10 余處。經(jīng)計(jì)算，西藏地?zé)豳Y源30 年發(fā)電潛力約為3 040 MW30a，其中發(fā)電潛力超100 MW 的高溫地?zé)崽锍^(guò)6 處，資源潛力與開(kāi)發(fā)前景非常可觀［1-4］。

對(duì)于水熱型高溫地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)，鉆井工藝技術(shù)是建立地下熱流體向地面產(chǎn)出通道的唯一技術(shù)手段。相比于常規(guī)油氣井及中低溫地?zé)峋@井技術(shù)，水熱型高溫地?zé)峋蚱錈醿?chǔ)埋深淺，溫度高、巖石可鉆性差，斷裂構(gòu)造發(fā)育等特點(diǎn)，在鉆井過(guò)程中極易發(fā)生井噴、井漏，甚至上噴下漏等復(fù)雜情況，為滿足安全、快速鉆進(jìn)的需要，應(yīng)有針對(duì)性地選擇鉆井工藝技術(shù)［5-6］。

谷露地?zé)崽锸俏鞑啬乔?尼木地?zé)釒系湫偷乃疅嵝透邷氐責(zé)崽铮?-8］，ZK401 井是核工業(yè)北京地質(zhì)研究院在谷露地?zé)崽锝M織實(shí)施的一口探采結(jié)合井。本文以ZK401井為例，詳細(xì)介紹了高溫地?zé)徙@井工藝技術(shù)研究成果在該井的應(yīng)用實(shí)踐。在總結(jié)鉆井施工難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)論述了鉆井工藝和鉆井施工關(guān)鍵技術(shù)，包括鉆井液體系設(shè)計(jì)、高溫高效的破巖技術(shù)以及簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)；旨在為該區(qū)域乃至其他地區(qū)的水熱型高溫地?zé)衢_(kāi)發(fā)提供鉆井工藝技術(shù)參考。

1 ZK401 井概況

谷露地?zé)崽镂挥趤問(wèn)|—谷露裂谷帶北段，那曲—尼木地?zé)釒Ь抛永Ｐ蹟嗔褞е胁?，受九子拉—桑雄斷裂控制?-13］。ZK401 井部署在近SN 向F4-2斷裂和NE 向F2-9密集裂隙帶的上盤(pán)夾持區(qū)域（圖1），旨在揭露位于花崗閃長(zhǎng)巖中由F4-2斷裂和F2-9密集裂隙帶控制的基巖裂隙型高溫?zé)醿?chǔ)，驗(yàn)證F4-2斷裂和F2-9密集裂隙帶的控?zé)崽卣?，深化?duì)谷露地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)條件與熱儲(chǔ)模型的認(rèn)識(shí)，為谷露高溫地?zé)岚l(fā)電工程提供資源保障。

圖1 ZK401 井工程部署圖Fig. 1 Deployment diagram of well ZK401

圖2 ZK401 井井身結(jié)構(gòu)圖Fig. 2 Depth structure of well ZK401

ZK401 井的設(shè)計(jì)井深為1 300 m，要求井斜在1 500 m以內(nèi)≤5°，全角變化率不超過(guò)2.5°/30 m，井底水平位移不超過(guò)50 m；井眼軌跡平滑，井內(nèi)干凈無(wú)落物，裸眼完井。同時(shí)，根據(jù)鉆遇地層情況及時(shí)調(diào)整鉆井液體系。在鉆進(jìn)至熱儲(chǔ)層后，嚴(yán)禁使用可能造成熱儲(chǔ)層損害的鉆井液體系；在350 m 以深揭露熱儲(chǔ)時(shí)嚴(yán)禁封堵，必須在保留熱儲(chǔ)的前提下繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)井深。

通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)和精心施工，ZK401 井完鉆井深1 320 m，全井最大井斜1.72°/1 320.0 m，最大全角變化率0.49°/30 m，位于井深500 m 處；井底水平位移為25.08 m。揭露熱儲(chǔ)溫度為186.9 ℃，汽水總量為348 t·h-1。采用熱焓平衡法，在尾水排放溫度為60 ℃，轉(zhuǎn)換效率16 %的情況下，單井可發(fā)電潛力為8.05 MW。自上而下揭露地層包括第四系（Q）沼澤沉積物、沖洪積物以及泉華；新近系（N）中酸性侵入巖。地層巖性及熱儲(chǔ)特征情況見(jiàn)表1。

表1 ZK401 井地層巖性劃分及熱儲(chǔ)特征Table 1 Stratigraphic lithology division and heat storage characteristics of well ZK401

2 ZK401 井鉆井施工難點(diǎn)

2.1 巖石硬度大，機(jī)械鉆速低，鉆頭使用壽命短。

自43 至1 320 m 完鉆，揭露地層主要是細(xì)?；◢弾r、花崗閃長(zhǎng)巖和黑云母二長(zhǎng)花崗巖。該類巖石硬度大，研磨性強(qiáng)，可鉆性較差。例如，在續(xù)邁地?zé)崽锸褂贸Ｒ?guī)鉆井技術(shù)在該類地層鉆進(jìn)時(shí)，215.9 mm 牙輪鉆頭的平均機(jī)械鉆速僅0.34 m·h-1，單只鉆頭的進(jìn)尺不足40 m。實(shí)踐表明，在高溫硬質(zhì)地層中鉆進(jìn)時(shí)，牙輪鉆頭極易出現(xiàn)牙齒過(guò)度磨損和軸承系統(tǒng)不穩(wěn)定的問(wèn)題，從而導(dǎo)致鉆頭使用壽命較短。此外，巖石在高溫條件下表現(xiàn)出更大的塑性，導(dǎo)致破巖效率降低。因此，在高溫地?zé)峋@井過(guò)程中，通常會(huì)降低鉆壓以延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命，但小鉆壓往往導(dǎo)致破巖效率降低［14-15］。

2.2 熱儲(chǔ)溫度高，出水量大，鉆井液易失效

實(shí)鉆資料顯示，ZK401 井在35～41 m 即可揭露124.8 ℃中溫?zé)崃黧w，汽水總量約40 t·h-1，鉆井液循環(huán)返出溫度介于75～80 ℃之間；50～320 m 揭露熱儲(chǔ)溫度超過(guò)120 ℃，汽水總量約30～35 t·h-1；320～1 320 m 揭露186.9 ℃的高溫?zé)醿?chǔ)，汽水總量高達(dá)348t·h-1。鉆井施工過(guò)程中，高溫極易導(dǎo)致鉆井液性能惡化，濾矢量增大，粘度升高，懸浮和攜巖能力減弱。同時(shí)，地層出水量大，鉆井液極易發(fā)生水侵，性能難以保持，易引發(fā)井噴事故。

2.3 井噴風(fēng)險(xiǎn)大，安全鉆井難

實(shí)鉆資料表明，ZK401 井具有熱儲(chǔ)埋深淺，溫度高，地層出水量大的特點(diǎn)。井噴風(fēng)險(xiǎn)幾乎貫穿于鉆井施工全過(guò)程，高溫井控問(wèn)題凸顯。具體表現(xiàn)為井內(nèi)液柱壓力降低引起的井噴風(fēng)險(xiǎn)、地層涌水引起的井噴風(fēng)險(xiǎn)以及鉆遇高溫?zé)醿?chǔ)層和下套管過(guò)程中存在的井噴風(fēng)險(xiǎn)。鉆井過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在井噴風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，必須立即采取井控措施，一旦發(fā)生井噴失控，大量的高溫鉆井液、地層流體和高溫氣體（有時(shí)含有毒氣體）噴出，不僅生產(chǎn)難以進(jìn)行，輕則造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，重則可導(dǎo)致設(shè)備損壞、環(huán)境污染，甚至造成作業(yè)人員傷亡等嚴(yán)重事故［16-17］。

3 設(shè)備選型

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)和ZK401 井的鉆井目的、井身結(jié)構(gòu)、鉆井風(fēng)險(xiǎn)和鉆機(jī)設(shè)備提升能力等影響因素；并充分考慮西藏高海拔地區(qū)（海拔4 700 m）鉆機(jī)功率衰減40 %～50 %的實(shí)際情況。本井選用寶雞石油裝備有限公司生產(chǎn)的ZJ30 鉆機(jī)，其配套設(shè)備型號(hào)及性能參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 ZJ30 鉆機(jī)主要設(shè)備及性能參數(shù)Table 2 Main equipment and performance parameters of drilling machine ZJ30

4 鉆井工藝

4.1 井身結(jié)構(gòu)

高溫地?zé)峋┕み^(guò)程中常遇到井噴、井漏和上噴下漏等復(fù)雜情況。因此，在確定井身結(jié)構(gòu)時(shí)，要充分考慮地層壓力變化、熱儲(chǔ)位置及預(yù)防井噴等因素，在選擇套管程序時(shí)必須為各開(kāi)次鉆井安全留有余地，以保證實(shí)現(xiàn)鉆探目的［18］。ZK401 井采用“導(dǎo)眼+三開(kāi)”井身結(jié)構(gòu)，導(dǎo)眼段采用了大井眼設(shè)計(jì)，使用φ666.0 mm鉆頭鉆至井深11.5 m；一開(kāi)φ444.5 mm 鉆頭鉆至井深50 m；二開(kāi)φ311.1 mm 鉆頭鉆至井深320 m；三開(kāi)φ215.9 mm 鉆頭鉆至完鉆井深。

4.2 鉆井施工工藝

4.2.1 導(dǎo)眼井段

鉆具組合：φ666.0 mm 三牙輪鉆頭+730×730 雙母接頭+731×410 變扣接頭+φ165 mm 鉆鋌+411×410 方保+411×410 下旋塞+φ133 mm方鉆桿。

鉆進(jìn)參數(shù)：轉(zhuǎn)速介于45～50 r·min-1之間，鉆壓介于20～30 kN 之間，排量介于25～27 L·s-1之間，泵壓介于0.0～0.5 MPa 之間。

導(dǎo)眼井段以鉆穿第四系松軟地層，防止井壁垮塌，有效封堵淺層地表水為完鉆原則。地層以第四系沼澤沉積物和沖洪積砂礫石層為主。下入φ550 mm×7.5 mm 螺旋管至11.5 m，采用PO42.5 普通硅酸鹽水泥正注反擠固井，水泥漿密度1.75 g·cm-3。

4.2.2 一開(kāi)井段

鉆具組合：φ444.5 mm 三牙輪/聚晶金剛石復(fù)合片（Polycrystalline Diamond Compact，簡(jiǎn)稱PDC）鉆頭+630×630 雙母接頭+631×410 變扣接頭+φ178 mm 鉆鋌+φ165 mm 鉆鋌+φ127 mm鉆桿+411×410方保+411×410下旋塞+φ133 mm方鉆桿。

鉆進(jìn)參數(shù)：轉(zhuǎn)速介于45～50 r·min-1之間，鉆壓介于30～40 kN之間，排量介于25～27 L·s-1之間，泵壓0.5 MPa。

一開(kāi)以鉆穿第四系地層并進(jìn)入穩(wěn)定基巖，保證套管下入穩(wěn)定基巖，利于安裝井控設(shè)備和鉆井安全施工為原則。地層以第四系沖洪積砂礫石層和硅質(zhì)泉膠礫巖為主。0～49.50 m 下入N80 鋼級(jí)φ339.7 mm×9.65 mm 表層套管，采用高溫水泥固井，入井水泥漿密度1.85 g·cm-3，水泥漿返至地面，返出密度為1.75 g·cm-3。

4.2.3 二開(kāi)井段

鉆具組合：φ311.1 mm PDC 鉆頭+630×630雙母接頭+631×410 變扣接頭+411×410 回壓凡爾+φ178 mm 鉆鋌+φ165 mm 鉆鋌+φ127 mm鉆桿+411×410方保+411×410下旋塞+φ133 mm方鉆桿。

鉆進(jìn)參數(shù)：轉(zhuǎn)速介于50～60 r·min-1之間，鉆壓介于30～40 kN之間，排量介于30～35 L·s-1之間，泵壓介于0.5～1.0 MPa 之間。

二開(kāi)以鉆穿強(qiáng)蝕變基巖及淺部斷裂破碎帶，滿足長(zhǎng)期生產(chǎn)安全需要為原則。地層以花崗閃長(zhǎng)巖、細(xì)?；◢弾r為主，發(fā)育強(qiáng)黏土化、黃鐵礦化和綠泥石化等蝕變。0～318.70 m 下入N80 鋼級(jí)φ244.5 mm×10.03 mm 生產(chǎn)套管，采用高溫水泥控制壓力固井，入井水泥漿密度為1.83 g·cm-3，水泥漿返至地面，返出密度為1.78 g·cm-3。

4.2.4 三開(kāi)井段

鉆具組合：φ215.9 mm PDC 鉆頭+430×430雙母接頭+431×410 變扣接頭+411×410 回壓凡爾+φ178 mm 鉆鋌+φ165 mm 鉆鋌+φ127 mm鉆桿+411×410 回壓凡爾+φ127 mm 鉆桿+411×410 方保+411×410 旋塞接頭+φ133 mm方鉆桿。

鉆進(jìn)參數(shù)：轉(zhuǎn)速介于50～60 r·min-1之間，鉆壓介于30～40 kN 之間，排量介于30～35 L·s-1之間，泵壓介于1.5～3.0 MPa 之間。

三開(kāi)以揭露斷裂破碎帶上盤(pán)的基巖裂隙高溫?zé)醿?chǔ)并鉆至設(shè)計(jì)井深為完鉆原則。地層以細(xì)?；◢弾r、花崗閃長(zhǎng)巖和黑云母二長(zhǎng)花崗巖為主，發(fā)育不同程度黏土化、黃鐵礦化、碳酸鹽化和綠泥石化等蝕變。鉆進(jìn)時(shí)采用簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)，裸眼完井。

5 ZK401 井施工的關(guān)鍵技術(shù)

研究表明，高溫地?zé)徙@井的成本占地?zé)衢_(kāi)發(fā)總成本的50 %以上，部分高達(dá)70 %，而鉆井成本中約1/3～1/2 的成本與時(shí)間有關(guān)［6］，高溫地?zé)徙@井的成本與效果在很大程度上決定了高溫地?zé)豳Y源的可開(kāi)發(fā)潛力。因此，提高破巖效率，采用高效低成本鉆井液體系及時(shí)發(fā)現(xiàn)并有效保護(hù)熱儲(chǔ)和控制井噴、縮短非生產(chǎn)時(shí)間對(duì)高溫地?zé)峋@井成本控制具有重要意義。

5.1 高溫高效破巖技術(shù)

5.1.1 鉆頭選型

長(zhǎng)期以來(lái)，牙輪鉆頭因其適用范圍廣而被廣泛應(yīng)用于各類鉆井中。然而，高溫地?zé)徙@井過(guò)程中，高溫硬質(zhì)地層易導(dǎo)致鉆頭牙齒磨損加快，軸承密封系統(tǒng)失效，使鉆頭壽命大幅縮短，甚至發(fā)生牙輪掉落的嚴(yán)重事故［19］。相比之下，PDC 鉆頭為一體式鉆頭，無(wú)結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)，且隨著復(fù)合片硬度和抗沖擊性能的提高，使得PDC鉆頭可以適用硬地層和基巖鉆進(jìn)。

根據(jù)實(shí)鉆地層特點(diǎn)，為保障單只鉆頭的進(jìn)尺和機(jī)械鉆速，ZK401 井采用異形齒PDC 鉆頭（圖3）。主切削齒采用異形齒設(shè)計(jì)，使切削力以點(diǎn)接觸的方式加載，提高局部載荷強(qiáng)度，從而提高破巖效率。輔助切削齒采用錐形齒設(shè)計(jì)，在鉆壓作用下將載荷集中于一點(diǎn)，對(duì)堅(jiān)硬巖石進(jìn)行壓碎，同時(shí)較厚的金剛石面能有效提高鉆頭的耐磨性和抗沖擊能力。通過(guò)壓碎和切削的復(fù)合破巖方式，有效提高了鉆頭的破巖效率［20-21］?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)（表3）表明，與同規(guī)格牙輪鉆頭相比，單只異形齒PDC 鉆頭的進(jìn)尺提高了23 %～48 %，機(jī)械鉆速提高了33 %～47 %。

表3 牙輪與PDC 鉆頭對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)表Table 3 Contrast test data of roller and PDC bit

圖3 ZK401 井用的異形齒PDC 鉆頭Fig. 3 Special-shaped PDC bit for well ZK401

5.1.2 巖石熱裂提速技術(shù)

研究發(fā)現(xiàn)，高溫花崗巖急劇冷卻時(shí)，巖體表面會(huì)產(chǎn)生很大的溫差，在溫差熱應(yīng)力作用下會(huì)誘發(fā)巖體產(chǎn)生微裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致巖體物理力學(xué)性質(zhì)劣化［22-23］。

ZK401 井鉆井施工過(guò)程中，充分利用了高溫花崗巖急劇冷卻時(shí)的熱破裂現(xiàn)象。在鉆遇高溫?zé)醿?chǔ)層后（圖4a），采用大量的低溫清水來(lái)作為循環(huán)鉆井液，這樣可以使井眼周?chē)貙訙囟润E降，在溫差熱應(yīng)力作用下，巖石發(fā)生熱破裂產(chǎn)生一些微裂縫。此時(shí)，進(jìn)行常規(guī)水力壓裂使微裂縫不斷擴(kuò)展增大（圖4b）。隨后，在持續(xù)的水力壓裂和溫差作用下，由于熱應(yīng)力的存在，巖石會(huì)產(chǎn)生大量的微裂縫（圖4c），以此來(lái)減小花崗巖的抗研磨性和壓入硬度。然后，異形齒PDC 鉆頭采用壓碎和切削的復(fù)合破巖方式對(duì)地層進(jìn)行機(jī)械破碎，通過(guò)這種循環(huán)往復(fù)的方式，在鉆井過(guò)程中可以顯著提高機(jī)械鉆進(jìn)速度。隨著ZK401 井揭露186.9 ℃高溫?zé)醿?chǔ)，利用異形齒PDC 鉆頭和巖石熱裂提速技術(shù)，成功將三開(kāi)井段平均機(jī)械鉆速提升至3.18 m·h-1。

圖4 巖石熱裂提速技術(shù)示意圖（據(jù)查永進(jìn)等修改，2023）Fig. 4 Schematic diagram of rock thermal fracturing acceleration technology（modified after ZHA Yongjin et al.，2023）

5.2 鉆井液體系設(shè)計(jì)

鉆井液被喻為鉆井的“血液”，具有攜帶巖屑、清潔井底，冷卻和潤(rùn)滑鉆頭及鉆柱，傳遞水力功率，平衡地層壓力、防止井噴等重要作用。ZK401 井在鉆井施工中面臨極大的井噴風(fēng)險(xiǎn)，傳統(tǒng)作法是通過(guò)增加鉆井液體系固相、提高密度的方式來(lái)平衡地層壓力，避免循環(huán)流體汽化，達(dá)到防止井噴的目的；然而，這種方式會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的熱儲(chǔ)層污染。例如羊易地?zé)崽锴捌陂_(kāi)發(fā)鉆井時(shí)，為了防止井噴，不斷提高鉆井液密度，最終密度提高至1.50 g·cm-3，造成了嚴(yán)重的熱儲(chǔ)層污染，嚴(yán)重影響了單井產(chǎn)能。后來(lái)發(fā)展的抗高溫鉆井液體系雖然一定程度上解決了高溫條件下鉆井液性能惡化和熱儲(chǔ)層污染的問(wèn)題，但經(jīng)濟(jì)性較差，導(dǎo)致鉆井成本上升，進(jìn)一步限制了地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)潛力［6］。

5.2.1 導(dǎo)眼及一開(kāi)井段鉆井液設(shè)計(jì)

類型：坂土漿鉆井液

組分：水+0.1 %～0.2 % NaOH + 0.2～0.3 Na2CO3+ 6 %～10 % 鈉基膨潤(rùn)土 + 0.1 %～0.3 %CMC-LV

導(dǎo)眼φ666.0 mm 三牙輪鉆頭開(kāi)孔鉆進(jìn)，鉆井液密度介于1.12～1.18 g·cm-3之間，粘度介于56～82 s之間，pH 值介于8～9 之間。鉆井過(guò)程中及時(shí)補(bǔ)充HV-PAC，維持鉆井液高粘切性能。

一開(kāi)φ444.5 mm 三牙輪/PDC 鉆頭鉆進(jìn)，第四系沖洪積砂礫石層鉆進(jìn)時(shí)，鉆井液密度維持在1.15～1.18 g·cm-3之間，鉆進(jìn)至34 m 處時(shí)地層出水，出水量介于15～20 m3·h-1之間，水溫為47.2 ℃；鉆至井深39 m 時(shí)地層出水量激增至40 m3·h-1，井底溫度達(dá)124.8 ℃，出口溫度達(dá)57.2 ℃，隨即循環(huán)起鉆并固井，充分侯凝后，出水量降至20 m3·h-1。為穩(wěn)定井壁，繼續(xù)使用1.23～1.20g·cm-3坂土漿鉆井液，排量介于25～27 L·s-1之間，鉆至井深50 m，鉆井液循環(huán)返出溫度64.2 ℃，密度為1.12 g·cm-3，停泵后2 min 溫度升高至75～80 ℃，密度降低至1.07 g·cm-3。由于地層溫度高，出水量大，地層水稀釋鉆井液速度快，導(dǎo)致鉆井液性能難以維持。此時(shí)，一開(kāi)鉆進(jìn)已達(dá)到設(shè)計(jì)目的，隨即下套管固井。

5.2.2 二開(kāi)及三開(kāi)井段鉆井液設(shè)計(jì)

二開(kāi)和三開(kāi)井段地層以花崗閃長(zhǎng)巖、細(xì)?；◢弾r和黑云母二長(zhǎng)花崗巖為主，井壁穩(wěn)定，不易垮塌。為避免常規(guī)鉆井液對(duì)熱儲(chǔ)層的污染，尤其是常規(guī)鉆井液中蒙脫石進(jìn)入地層后，在高溫（＞150 ℃）條件下持續(xù)固化形成的一種低標(biāo)號(hào)水泥對(duì)于熱儲(chǔ)層的永久性損害。在二開(kāi)及三開(kāi)鉆進(jìn)時(shí)，采用低溫清水作為循環(huán)鉆井液。與氣體或泡沫鉆井液相比，清水鉆井液密度不會(huì)過(guò)低，同時(shí)低溫清水能夠迅速降低井筒溫度，從而有效地降低井噴風(fēng)險(xiǎn)；與常規(guī)鉆井液相比，低溫清水鉆井液不含固相顆粒、蒙脫石等易造成熱儲(chǔ)層污染的物質(zhì)，從而有效保護(hù)了熱儲(chǔ)層。鉆進(jìn)過(guò)程中，每鉆進(jìn)30～40 m，采用大排量循環(huán)返砂或“清水+鉆井液”輔助攜巖返砂。

5.3 簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)

簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)是在精細(xì)控壓鉆井技術(shù)的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化程序與設(shè)備，利用常規(guī)井控設(shè)備，通過(guò)控制節(jié)流管匯處節(jié)流閥的開(kāi)啟程度實(shí)現(xiàn)控壓鉆井的目的［24-26］。雖然其達(dá)不到精細(xì)控壓鉆井的效果，但與常規(guī)鉆井技術(shù)相比，該技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并有效保護(hù)熱儲(chǔ)和控制井噴，是一種經(jīng)濟(jì)、高效和安全的高溫地?zé)徙@井技術(shù)。ZK401 井運(yùn)用簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在520 m 揭露186.9 ℃高溫?zé)醿?chǔ)，汽水總量達(dá)348 t·h-1苛刻條件下的安全、持續(xù)鉆進(jìn)，有效保護(hù)了高溫?zé)醿?chǔ)層。并且與采用常規(guī)鉆井技術(shù)的鄰井相比，非生產(chǎn)時(shí)間縮短了37 %。

5.3.1 控壓鉆井設(shè)備優(yōu)化

ZK401 井采用的簡(jiǎn)易控壓鉆井設(shè)備以旋轉(zhuǎn)防噴器和雙閘板防噴器組成的井口裝置為核心。將自動(dòng)控制節(jié)流管匯優(yōu)化為常規(guī)節(jié)流管匯，回壓泵優(yōu)化為壓井管匯+節(jié)流管匯+泥漿泵的組合；輔之FK480-5 的遠(yuǎn)程控制臺(tái)和司鉆控制臺(tái)組成的控制系統(tǒng)，采用回壓凡爾和方鉆桿旋塞閥組成鉆具內(nèi)防噴工具，以及綜合錄井儀等儀器儀表。能夠滿足高溫地?zé)峋@井施工過(guò)程中各工況下的井控要求。簡(jiǎn)易控壓鉆井循環(huán)系統(tǒng)如圖5 所示。

圖5 ZK401 井簡(jiǎn)易控壓循環(huán)系統(tǒng)Fig. 5 Simple pressure control and circulation system of well ZK401

5.3.2 各工況下的簡(jiǎn)易控壓鉆井方法

1）正常鉆進(jìn)時(shí)。通過(guò)控制鉆井液密度來(lái)平衡地層壓力，鉆井液通過(guò)旋轉(zhuǎn)防噴器側(cè)向手動(dòng)平板閥N1，經(jīng)管線回流至鉆井液罐，與常規(guī)鉆進(jìn)保持一致。

2）揭露熱儲(chǔ)鉆進(jìn)時(shí)。正常鉆進(jìn)過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)返出鉆井液溫度升高或存在井噴風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，首先起鉆加裝旋轉(zhuǎn)防噴器旋轉(zhuǎn)總成，關(guān)閉旋轉(zhuǎn)防噴器側(cè)向N1 手動(dòng)平板閥，打開(kāi)N4 手動(dòng)平板閥，使返出鉆井液經(jīng)節(jié)流管匯進(jìn)入沉砂池及冷卻池進(jìn)行充分冷卻；同時(shí)，補(bǔ)償?shù)蜏厍逅M(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，將正常鉆進(jìn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)易控壓鉆進(jìn)。在鉆進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥J1 的開(kāi)啟程度，在井口施加一定的回壓，回壓將進(jìn)一步助推旋轉(zhuǎn)防噴器密封膠芯抱緊并密封方鉆桿外環(huán)空?？刂凭诨貕涸?.2～0.4 MPa 之間，保持鉆井液返出溫度在35～45 ℃理想溫度區(qū)間，返出量介于30～35 L·s-1之間，以確保返砂效果。當(dāng)返砂效果不佳時(shí)，采用“清水+鉆井液”輔助攜巖返砂，以避免對(duì)井底沉砂的重復(fù)破碎而損失機(jī)械鉆速。

3）控壓起下鉆時(shí)。在起鉆前，首先采用大量低溫清水鉆井液對(duì)井眼進(jìn)行循環(huán)冷卻和排砂，以防大量巖屑沉入井底。在起下鉆過(guò)程中，鉆井液經(jīng)由地面管線和壓井管匯輸入井眼，然后通過(guò)節(jié)流管匯、沉砂池及冷卻池返回鉆井液罐。在控壓起下鉆過(guò)程中，鉆井液持續(xù)循環(huán)冷卻井眼，并通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥J1 保持一定的井口回壓，以控制井底壓力，防止井噴發(fā)生。當(dāng)返出溫度持續(xù)升高至60 ℃以上時(shí)，停止起下鉆；采用大量低溫清水鉆井液循環(huán)降溫至返出溫度小于35 ℃后方可繼續(xù)起下鉆。

6 結(jié) 論

1）通過(guò)在導(dǎo)眼及一開(kāi)鉆進(jìn)時(shí)，采用坂土漿鉆井液體系，很好地維持了井壁穩(wěn)定；在二開(kāi)和三開(kāi)穩(wěn)定地層鉆進(jìn)時(shí)，使用低溫清水作為循環(huán)鉆井液，能有效保護(hù)高溫?zé)醿?chǔ)層并降低井噴風(fēng)險(xiǎn)，極大地節(jié)約了鉆井成本。

2）通過(guò)采用異形齒PDC 鉆頭和巖石熱裂提速技術(shù)，可以有效提高在高溫花崗巖類地層中鉆進(jìn)的破巖效率，相較于同規(guī)格的牙輪鉆頭，單只異形齒PDC 鉆頭的進(jìn)尺提高了23 %～48 %，機(jī)械鉆速提高了33 %～47 %。

3）簡(jiǎn)易控壓鉆井技術(shù)在保留大部分精細(xì)控壓鉆井技術(shù)功能的基礎(chǔ)上，對(duì)價(jià)格高昂的自動(dòng)節(jié)流管匯和回壓泵等進(jìn)行了優(yōu)化，雖然無(wú)法達(dá)到精細(xì)控壓鉆井的效果，但相比于常規(guī)鉆井技術(shù)而言，該技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并有效保護(hù)熱儲(chǔ)，控制井噴，縮短非生產(chǎn)時(shí)間。極大地降低了高溫地?zé)峋你@井成本，提高了資源的可開(kāi)發(fā)利用潛力。