北京地区地热井施工中的经验教训
发布时间:2015-12-07
          发布人:
                  【 字体:

1、概述

    近年来,随着北京地区地热资源开发力度的加大,地热井的钻深也随之加深,但受施工队伍素质、设备能力和对地热地质条件认识及施工管理水平等因素的影响,在地热井施工过程中,成功的经验和失败的教训均有,尤其是施工中的教训有的可谓沉重,本文将列举几个实例,试图对今后工作产生指导意义。

2、施工中的实例

    北京地区根据其地质条件,地热井的成井结构一般如下。

    0—300m                   孔径Φ444.5mm下入Φ339.7mm套管

    300m—稳定基岩段          孔径Φ311mm下入Φ244.5mm套管

    稳定基岩段—见目的层      孔径Φ216mm下入Φ177.8mm套管

    目的层                    孔径 Φ152mm成井(若地层不稳定下入合口径筛管)。

2.1   施工中的钻孔防斜

    钻孔防斜属探矿工程范围,一般施工都相当重视,但有时因特殊的地质结构和片面追求钻效,会造成很大经济损失。

    如良乡某地热井在施工表层套管时发生了井斜超标事故,最大井斜(230m,6°10′,方位160°),经两次纠斜均无效果,结果越纠越斜。

    造成井斜超标事故原因为:该井第四系浅,开孔后34m见基岩,基岩地层倾角大,与上伏第四系成角度不整合接触。基岩岩性为白垩系的泥和砂砾岩互层,软硬间互。在钻探过程中没有根据岩性不同采取相应的钻探技术措施,一味抢进尺,钻压高,送钻不均,控压不稳。在钻进接单根和起下钻时发现钻具不居中,误认为是底座不平造成,几次盲目校塔井斜越校越斜,最终挪孔重打,报废300m进尺。

2.2  地质录井在施工中的重要性

    作为地热生产井,上钻前均需进行前期物探工作,在此基础上编制地质设计,但受目前物探手段、前人资料和对当地地质条件的认识程度所限,往往设计和实钻情况会有出入, 尤其是出入较大时,若地质录井不及时或不重视,也会给后期成井带来很大的麻烦甚至造成直接经济损失或报废。

    如某地热井原设计第四系(Q)0—150m、侏罗系(J)150—1200m、石炭—二叠系(C-P)1200—1600m、奥陶系(O)1650—2100m、寒武系(∈)2100—2700m、青白口系(Qn)2700—3200m和蓟县系(Jx)3200—3800m。钻孔结构为:φ444.5mm(0—300m)、φ311mm(300—1600m)、φ216mm(1600—3200m) 、φ152mm(3200—3800m);套管程序为:φ339.7mm(0—300m)、φ244.5mm(270—1600m)、φ177.8mm(1570—3200m);取水目的层为蓟县系硅质白云岩。

    实际钻井揭露地层第四系(Q)0—140m、侏罗系(J)140—1780m、石炭—二叠系(C-P)1780—2365m、奥陶系、寒武系(O+∈)2365—3349.0m(未揭穿);实际成井套管程序为:φ339.7mm(0—300m)、φ244.5mm(270—1314.14m)、φ177.8mm(1314.14—2383.20m) 。其中φ244.5mm与φ177.8mm两径技术套管为变径接头连接;取水目的层为奥陶系+寒武系灰岩。

    在施工至1314.14m时,发现岩石的岩性仍为杂色凝灰岩、粉砂岩和砾岩,为侏罗系髫髻山组地层,已经和原设计相差114.14m,虽实钻地层情况与设计地层层序相符,但地层深度、厚度与原设计相差很大。根据北京区域地质资料和附近钻孔资料,结合岩性录井资料分析认为:如果按原设计施工至1600m根本穿不过侏罗系地层,更不可能见到奥陶系地层。为此,及时进行了设计修改并进行了成井工艺变更。实钻录井结果1780m穿过侏罗系地层,2365m 见到奥陶系灰岩地层。鉴于上述结果又及时进行了取水目的层变更,做了终孔深度的修改。如若按原设计施工,不及时录井,当到设计终孔深度时根本见不到蓟县系雾迷山组含水层,无法成井。即使能够成井,按此成井结构施工,钻效低,成本高。

    因此根据现场录井情况,研究分析资料后,及时修改了目的层、钻孔结构。最终成井深度3349m,出水量1829.09m3/d,出水温度68℃,不但达到了水温、水量指标,而且也节约了不小的施工成本。

2.3  地热井施工中固井失败的教训

    固井(封井止水)是地热井施工过程中一项非常重要的成井工艺。近年来,随着北京地热井施工深度的加大,技术套管越来越长,施工中一般采用管外上、下水泥固井的方法,即“穿鞋、戴帽”。但往往由于施工周期长戴帽处易坏,造成补戴,补戴的成功与否便是成井的决定因素。

    如在苑热灌—1地热井完井抽水过程中发现水中含有大量灰黑色泥浆悬浮物,通过试压检查发现Φ244.5mm技术套管与Φ339.7mm表层套管重叠部水泥帽损坏,在戴帽水泥固井作业过程中,由于未在套管内做人工井底,致使固井水泥跑到含水层中把含水层堵塞(抽水试验证实)。为重新疏通含水层,对含水层段做了射孔、压酸和气举等工作,致使造成了很大的经济损失才达到设计指标。

3、结论

    通过上述几方面的典型实例,我们认为:地热井施工过程是一个从水文地质、地热地质、钻探工程、机械操作、设备维护等的系统工程,几方面缺一不可,要想施工中打胜仗,就必须提高队伍的全员素质和整体水平。否则,后果和损失可想而知。以上是我们在实际施工中的一点体会,若能给今后施工提个醒,笔者深感欣慰。