关键工序对地热井出水温度和出水量的影响分析

□申先顺（河南省安阳水文水资源勘测局）

1 地热资源及利用方式

地热资源是一种新型的能源。具有节能、清洁、环保和可再生的优点。是我国正在大力推荐使用的一种新型能源。地热资源的合理有序开发和正确使用，能促进和保证地热资源的可持续开发和利用。地热资源的综合利用是目前需要进行深入研究的课题。

安阳区域现在利用地热资源的方式主要是开凿地热井，利用抽水设备抽取的地热水体温度可达50～55℃，可以直接供给采暖系统循环使用，或是直接供家庭或公共洗浴使用。目前，安阳区域的地热井使用现状是全部把使用后的废弃水直接排放到市政污水管道，由于地热水在使用前后的温度差仅在15～20℃左右，因此，废弃水还有相当大的热能未得到充分利用。为保证地热资源可持续开发和利用，必须合理使用地热资源，采取切实可行的废弃热水的正确排放。由于目前开采的地热水全部是深层承压水，在大量和长时间的无序开采之后，有可能造成地热资源减少现象或地面沉陷的地质灾害发生的严重后果。

2 地热井工程设计

2.1 井深及孔径设计：

安阳区域地热井的井深设计为1600～2200 m。钻孔直径可视拟采用的井壁管直径来确定，钻孔采用多井径开凿。钻孔根据井深位置可以分为：上部0～220 m，钻孔直径550 mm；中部220～1300 m，钻孔直径311 mm；下部1300～2050 m，钻孔直径245 mm。

2.2 井管结构及滤水系统设计

井管结构设计为:上部：0～200 m，为泵室段，井壁管使用Φ273×7 mm国标无缝钢管。中下部：200～2000 m部分封闭和取水段，使用Φ140×6mm国标无缝钢管与Φ140×6mm孔式覆塑缠丝滤水管组合焊接的管件。其中滤水系统使用Φ140×6mm孔式覆塑缠丝滤水管，该滤水管是利用Φ140×6mm国标无缝钢管，经过专业钻孔和专业裹缠覆塑铅丝制作成的孔式覆塑缠丝滤水管。

2.3 井管连接及组合方式

井管连接方式为管箍连接焊接和加固焊接相结合的方式。采用组合焊接滤水管和无缝管的方式，确保滤水管准确对应含水层的位置。

2.4 止水系统设计

止水系统设计为盂式止水器。止水材料为硬质橡胶。盂式止水器是一种专用止漏装置，也可以设计为一种由自制皮兜与膨胀橡胶组合而成的联合式止水装置，能有效防止泥浆和岩屑的渗漏到取水段内，起到封堵上层浅水的效果。

2.5 井管外围封闭及基坑制作

地热井工程的井管外围封井应使用无杂质粘土回填至地面。在洗井和抽水过程中继续填土，直至填充密实。井口在安装水泵和出水管道前后都要密封，井盖要留有小孔，方便测量井内动静水位。井口要制作井台，即用于放置和固定水泵、出水管的基座，以保护井壁管能达到耐用和持久使用。井口周围要制作机坑，要预留雨水或溢流热水的下泄通道，防止雨水和其他污水渗漏到井内，污染地下水源。

3 关键工序对地热井工程质量指标的影响分析

地热井工程施工工序包括：裸眼钻孔、数字测井、滤水管定位、二开、三开扩孔、翻浆降粘、安装滤水管、井壁管、止水装置、洗井、抽水试验、工程竣工验收等工序。其中裸眼钻孔；数字测井与滤水管定位；井管安装；制作安装止水装置；洗井与抽水试验均为关键工序。由于各关键工序的质量直接影响地热井工程的质量和使用寿命，因此，必须严格要求关键工序的正确，确保地热井工程质量符合规范和合同要求。现就各关键工序的施工内容和具体操作方法，阐述各关键工序对地热井工程的具体影响。

3.1 裸眼钻孔

在裸眼钻孔阶段，操作人员必须时刻关注钻压仪显示的钻具重量的数字变化，进而了解钻具所处位置的地层岩性变化情况，适时采用不同的施工操作方法。当遇到地层岩性变硬时，司钻人员应采用“吊打”的方式，缓慢进行。当遇到地层岩性松软时，钻进方式也应相应改变，即要求在钻孔作业进行一段进尺后，就要提起钻具进行“划井”操作，以确保井孔的顺畅和垂直。同时按照相关技术要求，严格控制钻具钻头的直径符号设计和规范要求。裸眼钻孔为关键工序，其质量控制指标主要是确保取水段的孔径符合设计和规范对最小孔径要求，进而确保成井后地热井的出水量能满足设计和承包合同对出水量的最小要求。

3.2 数字测井与滤水管定位

在钻孔深度达到设计孔深后的数字测井过程中，详细记录和分析成井数据，准确定位含水地层位置和厚度，进而确定不同类型井管的安置位置和顺序，确保含水地层与滤水管的位置和深度的对应。根据施工单位现场记录的各水井岩屑资料，结合测井单位提供的各水井地层岩性描述，经过对比、分析和判断，拟定滤水管的安装位置及安置顺序。该工序为关键工序，为此，在井管安置过程中，必须严格执行拟定的滤水管安装位置及安置顺序，确保滤水管准确对应含水层位置，确保成井后来水道路通畅、确保来水总量符合出水量指标要求。

3.3 井管安装

严格按照拟定的井管安装顺序，安装组合焊接好的含有滤水管的管件，认真执行旁站监理要求，对组焊的管件严格按顺序起吊、焊接，严格执行操作规程，确保每一个接口处都焊接牢固，无漏焊、假焊现象。该工序为关键工序，认真核查透水部位与实测相应含水层的位置是否处在同一深度位置，同时核算在含水层范围内是否布置了足够长的滤水管，确保来水通畅、来水量充足。

3.4 制作安装止水装置

在井管安装过程中，在拟定止水的位置以上的井壁管外侧，连续焊接安装2～4组盂式止水器或由自制皮兜与膨胀橡胶组合而成的联合式止水装置。同时在止水装置内添加少许碎石，以保证在井管安装过程中，止水装置能充分伸展开，确保止水效果。在完成井管安装作业之后，抽水洗井的同时，向井壁管外围的孔内间隙填充碎石水泥混合料，让混合料降落到止水装置的位置之上，待凝固后起到封堵上层浅水和固定井壁管的作用。该工序为关键工序，由于安装止水装置的深度位置，一方面决定取水段井深长度，同时也决定地热井出水量的大小；另一方面直接决定出水温度的高低。因此，必须依据数字测井资料，经过认真研究分析，谨慎决定止水装置的安装位置，确保成井后地热井的出水温度和出水量能满足设计和合同要求。

3.5 洗井作业

在填滤作业完成后，将Φ89 mm油管下放安置到距井壁管管底3～5 m的位置，开始使用泥浆泵往油管内注入粘度较小的泥浆进行洗井作业。待地热井管口出水正常，泥浆泵泵压也正常后，逐渐加大流量注入清水，直到泥浆泵进水口和地热井管口的出水相似而又不含细粉砂时，洗井作业才能结束。该工序为关键工序，只有经过长时间的洗井作业，才能既保证地热井管底沉淀物高度在规范允许范围内，又能保证地热井的出水量符合要求。

3.6 及时规范进行抽水试验和恢复水位观测

在完成洗井作业后，必须及时规范地进行抽水试验。抽水试验开始时，应连续观测井筒内的动水位埋深和出水量，待出水量和动水位稳定后，继续观测记录动水位和出水量值，且稳定延续时间应在24 h以上。根据相关规范要求，必须进行三次不同降深的非稳定流抽水试验。依据三次不同降深的非稳定流抽水试验所观测记录的数据，绘制单井出水量～降深关系曲线和单位涌水量～降深关系曲线，根据两种曲线的形态和趋势，可以判断该地热井的涌水性质是否承压水，出水量是否满足工程设计和施工合同要求。

在抽水试验结束后，及时开始对地热井的恢复水位的观测和记录。要求现场测量试验水井的恢复水位值及对应时间。根据现场观测的数据，可以绘制地热井的恢复水位过程线，据此可以推断该地热井的涌水量指标。

4 结论与建议

4.1 结论

地热井工程施工工序中的裸眼钻孔；数字测井与滤水管定位；安装滤水管、井壁管、止水装置；洗井和抽水试验等工序均为地热井工程的关键工序。必须严格关键工序的规范和正确操作，才能确保地热井工程主要质量指标出水温度和出水量符合工程设计和承包合同要求。

4.2 建议

在重点部位和关键工序施工时，尤其是隐蔽工程施工时，施工企业应当及时通知监理人员到场监督和检查。比如在钻进到设计规定的相应井深时，组织专业技术人员测井时，必须通知监理人员和业主负责人到现场，共同参与、见证测井工作的开展和确认数字测井的成果。

在洗井结束后的抽水试验过程中，施工单位必须严格按规范进行三个落程的抽水试验。抽水过程中，必须准确测量出动水位值。认真收集相关数据，准确作出时间～流量、时间～降深关系图，进而作出涌水量～水位降深关系线、单位涌水量～水位降深关系线和水位恢复过程线，进而判断地热井的涌水性质和出水量的大小，进而判断地热井工程质量是否符合规范和合同要求。