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铁岭市清河地区地热井钻探工艺及方法

2011-10-30周勘王洪伟

中国科技信息 2011年12期
关键词:洗井清河钻具

周勘 王洪伟

辽宁省第九地质大队,铁岭 112000

铁岭市清河地区地热井钻探工艺及方法

周勘 王洪伟

辽宁省第九地质大队,铁岭 112000

地热资源是一种清洁可再生的资源,集热、矿、水为一体,用于取暖、疗养、健身、旅游、养殖等各项,得到各级政府的高度重视而快速发展,并已取得显著的经济效益和社会效益。本文试图以铁岭市清河ZK1井为例,从地热地质条件分析入手,通过钻探施工验证,对地热井的钻探工艺及方法进行了探讨,并为今后在该区开展地热勘查工作指出了方向。

地热;清河;地热井;钻探工艺

铁岭市清河是辽北著名的旅游景区,为更好地开发地热资源带动旅游业发展,我队在该区地热地质调查中,运用地球物理勘探的新技术、新方法,成功地完成了辽北第一口地热井的施工,从而也反映出在清河地区寻找有利用价值的地热(温泉)水潜力十分可观。

1 地热地质条件

Z K 1所处的地质构造位置原推断为CSAMT勘查NE向挤压构造带的下盘,实钻中没有明显的热储岩组、储水构造和补给来源,故水量很小。该井实际最大出水量30t/d(降深在1500m左右),最高出水温度36℃。若能找到与上述挤压构造带配套的张裂面,则出水的可能性会更大些。

1.1 地温场特征

铁清热ZK1井经温度测井,井底温度近90℃。从表一中可以看出,随着深度的增加,井下温度也明显增加,但地热增温率有所降低。本地区地热增温率较高,平均为2.77℃/100m,比原来预测2.2℃/100m高出0.57℃/100m。

1.2 热储层、构造条件

铁岭市清河区ZK1地热井地表为第四系,岩性为黄土,厚度5m;下部为侏罗系,顶部为砂岩,中、下部是火山碎屑岩,反映本区没有盖层,也缺少层控热储层;钻孔中仅905~910m有挤压碎裂岩,未见张性破碎带,钻井施工过程中钻井液有消耗,但未出现大的漏失现象,说明本区缺少热储构造。尽管铁清热ZK1井地热增温率较高,具备较好的地热背景,但热储层和构造条件不好,所以此井水量很小,不易利用。若要开发地热资源,还需进一步投入有效的物探工作,继续寻找储水构造。

2 地热井钻探施工工艺及方法

铁清热ZK1井施工原设计“四开”,后考虑本区地层含水性较差,为不漏掉含水层,改为“二开”,设计第一次开钻选用Φ311mm钻头,钻至300m,下入Φ245mm表层套管,掏空法全部固井;设计二开选用Φ216mm钻头,钻至2500m终孔,若有好的含水段,则上部挂Φ 178mm套管(含滤水管),深部裸孔完井。

2.1 井孔实际结构及成井主要材料

根据本井确定的井孔结构和钻进中地层情况,各阶段钻具组合、井孔结构及成井主要材料如下:

2.1.1 一开:孔径Φ 311mm,深度312.38m。

钻具组合:钻头为Φ 311mm三牙轮钻头,钻铤Φ178mm6根,钻杆Φ127mm串根。下入天津钢管公司生产Φ244.5mm无缝钢管,壁厚8.94mm,扣型为长圆螺纹,钢级为J55,下入深度0~312.38m。

固井选用开原水泥有限公司生产的42.5硅酸盐水泥,环空体积10.9m3(扩径系数取1.2),水泥用量22吨,水泥浆比重1.80g/ cm3,水泥浆返至地表,候凝82小时。

2.1.2 二开:孔径Φ 216mm,深度为2500.60m。

钻具组合:钻头为Φ 216mm三牙轮钻头,钻铤Φ 159mm12根,钻杆为Φ 89mm串根。利用悬挂器下入天津钢管公司生产的Φ 177.8mm无缝钢管,壁厚8.05,扣型为长圆螺纹,钢级为N80的技术套管和滤水管。

根据地质录井及测井结果,套管结构自下而上为:滤水管(长862.84m)+封隔器(长0.64m)+技术套管(长573.62m)+悬挂器(长4.13m),总计长度1441.23m,下入深度304.38~1745.61m,其中304.38m~882.77m为技术套管;滤水管下入深度为882.77m~1745.61m,,滤水管以下(1745.61m~2500.60m)为裸孔。

表一 铁清热ZK1井地热增温率统计表

2.2 钻井施工方法概述

2.2.1 钻进泥浆

铁清热ZK1井地区地表为第四系,岩性主要为残坡积黄土;向下为基岩,岩性为砂岩和粉砂岩;井深265m以下为火山角砾岩、凝灰质砂岩夹玄武岩、安山岩等。由于深度和岩性不同,因此各施工阶段的钻进泥浆性能也不同。

2.2.2 泥浆使用与管理

(1)配制使用泥浆,预水化24小时后入井。

(2)坚持每日进行维护处理。

(3)凡入井泥浆药剂,求最优方案再进行入井。

(4)固相控制,加强泥浆净化,振动运转100%,除砂器、除泥器运转90%,勤捞砂、常除砂,降低固相含量,并定期清理泥浆池,以获得优质轻泥浆。

(5)正常钻井每2小时测定一次密度,黏度;交班前测定全性能一次;钻遇异常或复杂情况加密测点。调整好泥浆性能,取全取准第一手原始数据。

2.2.3 各次开钻施工要点

(1)一开井段(0~312.38m)

①钻前砌好600×3.60m导管,钻台下用水泥抹平,以防钻井液冲蚀基础,防止基础沉降。

②钻前调整好三点一线,误差不超过10mm,保障开孔就直。

③表层钻进以不大于钻铤重量的75%进行吊打40m,钻压控制在60KN以内,排量20L/S,保证井孔质量。

④加快接单根速度,防止沉砂卡钻;接单根要做到晚摘泵早开泵,并做好划眼工作。

(2)二开井段(312.38m~2500.6m)

施工重点是提高钻井效率,注意防斜,防止事故发生。装好井口,认真重校天车、转盘、井口三点一线。监察掌握好井下钻头使用时间,防止出现牙轮落井事故。使用优质轻质泥浆,对于掉块和泥浆消耗井段及时调整处理好泥浆,做好井壁护壁工作,并尽量减轻比重,加大黏度。采用吊打和钟摆钻具,易斜段加强观察,使井斜控制在规定范围之内。

上部易斜段注意吊打,均匀送钻,处理好井眼过渡及地层软硬交界面,防止井斜。每次开钻,领眼钻进30m,要求尽量满足双泵钻进,认真做好设备固控的保养工作。裸孔段采用基浆加清水钻进,尽可能减少泥浆污染储层。把好井口关,严禁井底有金属落物。

2.2.4 防斜措施

(1)钻前施工必须保证基础稳定和设备安装质量。

(2)校正天车、转盘和井口三点一线,误差小于10mm。

(3)一开使用塔式钻具,二开使用钟摆钻具。

(4)各次开钻轻压吊打,领眼钻井30m后转为正常钻进,保证开孔就直。

(5)钻遇软硬交错地层时,注意调整钻进的各种参数,防止产生台阶引起井斜。

(6)注意判断井斜变化,发现井斜有增大趋势及时采取措施。

3 洗井和抽水试验

3.1 洗井作业

首先替浆,用清水冲洗井壁,将井内泥浆替出;然后用三聚偏焦磷酸钠制成浓度为1 %的化学洗井液注入井内,静止浸泡24小时,以后再用上述药液循环并冲刷井壁,将井内残存泥浆替出。该方法反复进行两次。后用两台250个压力的大型空压机做汽水混合和两台空压机气举联合洗井,累计工作12天。后又对滤水管和裸孔段注入浓度为15%盐酸15吨进行酸化洗井,接着进行拉活塞洗井,最后下泵抽水。

3.2 抽水试验

先用5m3/h潜水泵抽水,泵下到400m,静水位恢复到15.8m(含向井内灌水)抽水40分钟到泵头。从400m开始恢复水位,48小后水位到160.70m,72小时水位到155.30m,96小时水位到149.80m以后平均每小时水位上升仅200~300mm。由于本井水量很小,用常规潜水泵无法进行抽水,只能选用石油系统抽油泵进行抽水,下入井深1200m处抽水,水量20m3/d,出水温度30℃;下入井深1600m处抽水,水量30m3/d,出水温度36℃。

4 结论与建议

4.1 结论

(1)该井施工基本了解了清河地区地层的含水性及地温场变化相关性,为在该区进一步开展地热勘查积累了宝贵的经验。

(2)铁清热ZK1井地温异常较高,地温梯度达2.77℃/100m,井底温度将近90℃,对其热量可考虑加以利用。

(3)铁清热井水质达到医疗矿泉水标准。其中铁(Fe)含量达到命名矿水浓度,偏硅酸、氟和偏硼酸达到有医疗价值浓度。

4.2 建议

(1)通过铁清热ZK1井的施工,证明本区地热异常是存在的,地热水水质也达到医疗矿泉水标准,建议下一步工作的重点应在找水方面多下工夫。

(2)本区要想在找水方面取得突破,首先就应该注意寻找含水断裂构造,其次还要进一步扩大探测范围,并选择有效的技术方法,进行合理的综合分析和解释,只要技术方法得当,在清河地区打出有利用价值的地热(温泉)水还是大有希望的。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.025

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