气举反循环在地热井维修中的应用

■罗辉　张华

（陕西地矿第一地质队　陕西　安康725000）

气举反循环在地热井维修中的应用

■罗辉张华

（陕西地矿第一地质队陕西安康725000）

针对地热井维修中泥沙涌入，泥沙填埋段长，传统的正循环难以清除泥沙的问题，采用气举反循环技术携带泥沙能力强，清除效果好，且在施工中，环空只有循环液，泥沙经由管柱内排出井外，确保了施工中的井下安全。该技术是地热井维修中清除泥沙非常有效的方法。

地热井气举反循环地热井维修

1　工程简介

咸阳海泉湾地热井（新）位于陕西省咸阳市世纪大道中段，该井建于2006年8月，井深3315.24m,成井后井口涌水，涌水量121.03m3/h，井口水温100°C。2013年以来，该井反复出现水温下降、水量减少、连续烧坏水泵电机、直至抽不出地热水等情况。2014年5月咸阳源泉水利工程有限公司对本井600m以上进行了钢丝刷洗井、活塞洗井、空压机振荡洗井、打捞异物、井下电视检测等修井作业，据修井资料判断该井600米以下、滤水管以上井管破损或错断，导致外部沙石、泥浆涌入，填埋滤水管，对上部形成浮沙层阻隔，致使该井不能取水。

我单位受咸阳海泉湾有限公司委托，对该井进行维修。在用3NB/1300泥浆泵正循环通井至910m时循环液漏失，只进不出。经测井解释显示套管在900.85m-901.56m处有40mm宽的条状破损，管外泥沙由此涌入井内，井管内901.56m以下全为泥沙填埋，致使水井无水。

在用油井水泥堵漏后，采用气举反循环清除井内泥沙，气举反循环清沙作业深度自901.56m至3194.92m，本次施工中运用气举反循环超深、超长井段清沙达到了国内领先水平。

2　水井资料

地热水层：

该区域热储层段有张家坡组、蓝天灞河组、高陵群组。该井开采层段为高陵群组。

（1）张家坡组热储层段：井深1511.6-1892.0m，热储层共16层62.1m，单层厚度一般2.5-4.5m，最厚9.8m。

（2）蓝天灞河组热储层段：井深1892.0-2796.0m，热储层共45层252.1m，单层厚度最大10.9m，一般4.0-9.1m。

（3）高陵群组热储层段：井深2796.0-3355.0m，热储层共38层173.5m，单层厚度最大9.4米，一般2.6-8.2m。

3　反循环主要设备

（1）井架（型号AL125/32，参数125T）；（2）游动滑车/大钩（型号YC120/DG120，参数120T）；（3）天车（型号TC12-5，主要参数120T）；（4）钻机（型号GZ-2600，主要参数115KN/单绳）；（5）空压机（型号蚌埠WF—10/60，主要参数10m3/min.6MPa，150kw）；（6）反循环钻杆（型号Φ114mm双壁，主要参数450米）。

4　气举反循环处理工艺

4.1气举反循环工作原理

气举反循环是空压机将压缩空气通过双壁气水龙头、双壁主动钻杆、双壁钻杆的内管和外管之间的环状间隙从混合器处喷入内管，形成无数小气泡，气泡一面沿内管迅速上升，一面同时膨胀，从而产生气举作用。由于压缩空气不断地进入循环液，在混合器上部形成低比重的气水混合液，而井中的循环液比重大，根据连通器原理，内管的气水混合液在压差作用下向上流动，把井底的泥沙连续不断地带出地表，排入沉淀池。沉淀后的循环液再流回井中，经井底进入钻杆内补充循环液的空间。

4.2混合器下入深度

理论上按照每1MPa压力气举98m计算混合器的下入深度。本次施工所用空压机额定压力为6MPa,排气量为10m3/min,理论上混合器可下至588m，而在实际工作中，混合器下至330m时，空压机出现反复憋压，既接完单根空压机开始工作，至空压机排气压力升到4.5MPa时，循环液从排水口喷射出来，空压机工作压力逐渐降低至1.8MPa，喷射结束后，压力又开始升高至4.5MPa再次喷射，如此反复，无法正常建立反循环，经多次试验，最后确定混合器下入范围为95米至320.5米。随着混合器下深的增加，空压机辅助工作时间（表1）加长（接完单根，空压机开始启动到排水口返水）：

表1　井身2892.87m时空压机工作时间

4.3气举反循环施工

在反循环管线、管柱连接好后距沙面2米时启动空压机，在出水口有稳定的循环液流出时再下放钻具，下放速度根据出水口返出泥沙量而定，如果返出泥沙量太多易堵塞管柱，应减缓下放速度，如果返出泥沙量太少或没有，说明下放速度太慢，影响施工效率。在方钻杆下放到底后，观察出水口没有泥沙时方能进行接单根作业。施工中如有较大的砾石（或岩屑）流出，应延长循环时间。反循环施工捞出大量的砾石，捞出泥沙约53m3。

5　气举反循环钻头

随着井深的增加，混合器以下管柱也随之加长，管柱和钻头经常堵塞，解堵无效只能起钻排堵，增加了人工劳动强度和无效的辅助时间。在对钻头经过改进后，加工了筒装刮刀钻头，在近水口处加开了四个防堵孔。筒子内径108mm,大于吸程管内径（56mm），泥沙经过筒子缓冲后均匀上行，不易堵塞管柱。防堵孔防止了泥沙涌向钻头水口而堵塞钻头。此钻头在使用后至该井清沙结束未出现管柱和钻头堵塞现象。

6　气举反循环操作注意事项

（1）下钻或接单根前应对双壁钻杆密封圈进行检查、更换，清除丝扣污物，内管脏物，并涂丝扣油。

（2）在下钻距井底2m时，先开动空压机，待排水口出水后再缓慢下放钻具，以防井底沉积物突然堵塞钻头使循环液停止。

（3）应根据排渣情况，控制钻具下放速度。

（4）在正常反循环工作中如遇排水口突然不返水、或时大时小、以及间断返水、空压机工作压力降低、排水口只冒气不出水的现象时，应停机检查钻具，用测量内管水位方法判别，如果内管与环空水位连通应检查混合器以上钻具及气水笼头的密封情况，否则检查混合器以下钻具及钻头是否堵塞，如果堵塞，可将钻具提离井底上下串动，或向钻具内灌满水后重新启动空压机解堵，或用泥浆泵正循环解堵。若处理均无效时，应及时提钻检查。

（5）在接单根或起钻前应先待循环液中泥沙排净后再停空压机。

7　结论

运用气举反循环清除井下泥沙，克服了传统正循环施工泥沙沉淀带来的卡钻风险，同时井下干净，无泥沙残留，是地热井维修中通井、清除泥沙的有效方法。维修3000m以上的地热井，如果采用传统正循环，泥浆泵需配备880kw的动力机，而本次施工所用空压机的动力机为150kw，较之正循环大大的降低了燃油成本。

在气举反循环施工中，循环管线的密封是建立反循环的保证，本次施工用的双壁钻杆内管是用两个O型密封圈密封，每次接单根或起下钻时都要仔细检查、更换，这就增加了一定的辅助时间，因此改进内管密封可以提高气举反循环的效率。

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[2]丁同领，高翯，等.武汉-1超深地热井钻井成井工艺 [J].探矿工程（岩土钻掘工程），2012,39.

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[4]柯柏林，丁连靖，周艳富等.地热井洗井及增产工艺技术探讨 [J]，城市地质，2008,3.

F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-9-4-2

罗辉（1969～），男，副总工程师，探矿工程师，钻探工程专业,研究方向为石油钻井、水文钻井和固体矿产钻探等工艺技术管理。