NLTC02地热井钻井技术
2020-03-17毕建鹏胡象辉
毕建鹏 胡象辉
【摘 要】世界地热资源丰富，分布广泛。随着经济的飞速发展及传统能源的逐渐枯竭，作为清洁能源之一的地热将在未来的发展中发挥重要作用。NLTC02井是中石化新星河南能源开发有限公司部署的一口地热井，完钻层位奥陶-寒武系;该区域钻遇古生代地层，地层古老，岩石致密坚硬，对牙轮钻头进行分析，对不同井段钻头选型提出了建议，针对浅层定向问题，采用简化钻具组合，优化泥浆体系，有效解决了粘卡问题;对目的层钻进时采用充气钻进方式有效保护水层和水层漏失问题。
【关键词】地热井;浅层定向;充气钻井
1 前言
NLTC02井是中石化新星河南能源开发有限公司部署的一口地热井，钻探目的是开发奥陶系地热资源;该区域钻遇古生代地层，地层古老，岩石致密坚硬，该井作为一种特殊井，有以下特殊技术要求：
（1）井斜要求：泵室段小于1°，井径扩大率≤10%。
（2）固井质量评价，除固井施工质量评价、套管柱试压外，还包括套管落位误差、水泥环胶结质量、水泥环质量三项内容。套管落位误差：<0.5‰。
（3）目的层采用近平衡或者欠平衡钻进，三开采用清水+压缩空气混合液的方式钻进。
（4）目的层井段发生井漏时，应用易解堵材料，既要采取防漏措施，又要防止“堵死”含水层。
2施工技术难点
（1）该井设计造斜点井深500m，为第四系极软地层，前期定向增斜率难达到设计要求。
（2）该井定向段在东营组和馆陶组内，因该层位渗漏量大、井斜大、位移大，极易发生压差卡钻。
（3）二开钻遇石炭二叠系地层，地质提示该层位可能存在失返性漏失，钻井中易发生井漏卡钻。
（4）奥陶系地层古老，可钻性差，需优选钻头。
（5）奥陶系地层裂缝性发育，设计采用注气钻井，实际操作时需调整水汽比，及时有效携砂，保障井下安全。
3钻井施工工艺
3.1一开施工（0.00m～400m）
该井段使用Φ444.5mm钻头，重点是导眼开正和防垮塌、防漏。
因考虑表层套管封地表松软地层，同时满足地热下井入水泵的要求，甲方指示导管下深400m。
3.2二开施工（400m～1600m）
该井段采用311.1mm钻头，重点是定向工作、防粘卡、防井漏卡钻。
施工中主要存在以下问题。
3.2.1馆陶组和石炭二叠系上部地层岩性变化大，含丰富的致密石英砂砾岩
该地区馆陶组地层胶结致密、成岩性好、研磨性强，由于对其岩性认识不足，使用江钻无掌背加固的12 1/4"GA114牙轮钻头双驱定向钻进，导致钻头牙轮油道磨穿，轴承失去润滑造成掉牙轮故障。石炭二叠系上部地层含有石英砂砾岩，为防止后续地热井施工中出现此类故障，制订以下措施：
（1）加强邻井和实钻过程中地层岩性分析，做好钻头选型。
（2）所处区块馆陶组地层富含致密石英砂岩，成岩性好、研磨性较强，定向双驱钻进时应使用带掌背加固齿的镶齿牙轮钻头。
（3）钻进过程中发现蹩跳钻现象时，必须结合钻头使用时间、地层岩性和钻时变化及时分析原因，三者一旦出现异常，必须立即起钻检查或更换钻头，防止掉牙轮等钻头故障。
（4）采用牙轮钻头钻穿石炭二叠系上部含砂砾岩地层后方可使用PDC钻头。
3.2.2 井深達1000m后磨阻迅速增加
钻进至1185m时，接单根后下放钻具遇阻，多次活动钻具无效，发生卡钻。
原因分析：①由于明化镇组底部与馆陶组上部渗透性好，在钻具与接触井壁间形成压差，容易造成压差卡钻;②由于设计500米开始定向，至1050米时，井斜达30°使钻具贴附井壁，容易造成粘吸卡钻;③本井设计二开钻进中限制泥浆药品的使用，导致未能及时调整泥浆的性能，最终造成卡钻故障的发生。
3.3三开井段（1600m～2214m）
该井段采用215.9m钻头，重点是稳斜钻井、漏失时清水+压缩空气混合液钻进时防卡工作。
施工中主要存在以下问题。
3.3.1奥陶系存在裂缝性漏失
本井钻进至2066m时开始漏失，漏失速度20m3/h，钻进至2205m时漏失速度增加至60 m3/h，钻进至2213m时发生失返性漏失，现场采用清水强钻，通过间断打入粘度120s的稠钻井液和充气辅助携砂，保证井下安全。
3.3.2奥陶系采用清水+压缩空气混合液的方式钻进分析
本井三开井段采用清水+压缩空气混合液的方式钻进分析得出：
（1）钻井中同样钻井液排量时注气相对未注气返砂量要多，井下较安全;
（2）同样注气量时气水比小的返砂量要大，井下较安全;
（3）气水比相对小时机械钻速要快。
4洗井作业
4.1气举吞吐法洗井
使用压风机进行气举洗井，气举深度为800-900米。用压风机直接注入高压气体，实现限气量或者限压力可控井喷，对产层瞬时减压3-18MPa，不断减压又不断恢复，实现地层吞吐清洗效果。
4.2盐酸洗井
1）洗井液的配置
洗井液酸浓度30%。添加剂含量（盐酸重量百分数）甲醛0.5%、醋酸2%、酒精3%。
先将各种添加剂放入浓盐酸中，然后再将浓盐酸倒入配置需用的清水中，严禁将清水倒入浓盐酸中。
2）洗净液灌注方法和操作要求
将钻杆下至含水层底部，在钻杆外壁上相当于含水层顶板处，用阻酸塞将钻杆与孔壁见的环空间隙封闭，阻止酸液上行，待洗井液全部灌完后，用清水将钻杆内的酸液顶出，停泵，保持灌酸压力至反应时间结束。灌酸结束后灌入液态二氧化碳，灌入部位在含水层顶板1m处，灌入量以不造成喷涌为宜，待反应时间结束后，再灌入足够的二氧化碳，实现诱喷。
4.3抽水试验
在井口地热水不能自溢的情况下进行抽水试验：
（1）潜水泵下入深度不小于静水位下50m，以保证有足够的水位降深来保证产水量。
（2）抽水试验开始前要准确测量静水位埋深及液面温度，成井后水头高出地表，则应自井口向上接管，以便准确测量原始水头高度。
（3）抽水试验可按稳定流抽水进行，采用三个落程抽水，抽水稳定持续时间为48、24、16小时。
（4）在抽水过程中必须严格测量动水位及水量变化情况，在每一个落程应依靠阀门来控制水量的稳定，水位、水温、水量必须同时测量，水温读数应准确到0.5℃。
（5）每个落程结束后应进行恢复水位监测，持续时间不少于24小时，监测项目包括水位及液面温度，时间间隔可参照抽水时间间隔。
（6）根据抽水试验及水质分析结果，确定本区地热资源的开发利用项目及本井的合理开采量。
5结论与认识
（1）明化镇组及馆陶组渗透性好，二开井眼尺寸大、泥浆量多、固控设备配备不足、有害固相不能及时清除，造成密度自然增加，在钻具与井壁间极易形成压差卡钻。为防止粘卡，尽可能使该井段为直井段，从而减少钻具与井壁的接触面积，减少压差卡钻几率。
（2）500m开始定向，最大井斜达40多度，由于定向点较浅，且地层软、井斜大，为防止卡钻故障的发生，建议定向时使用好无线随钻仪器，严格控制定向增斜率，保证井眼轨迹圆滑，同时加入足量润滑剂，保证井下安全。
（3）馆陶组地层富含致密石英砂岩，成岩性好、研磨性较强，定向双驱钻进时应使用带掌背加固齿的镶齿牙轮钻头，防止钻头故障的发生。
（4）据现场使用情况，建议设计更高排气量的空气压缩机以满足钻井及后续洗井时的需要。
（5）奥淘系地层研磨较强，建议使用Φ16mm复合片的PDC钻头。
（作者单位：中原石油工程有限公司钻井二公司）
