关于深井施工的探讨

摘要:地热深井施工难度较大,由于地层预判不准,施工工艺不正确或者洗井方法针对性不强,均会导致成井质量降低或水井报废。分析讨论地热深井施工的几个关键环节,提高前期勘查工作质量,提高孔身质量,有效止水,合理保护含水层,洗井工艺选择实施及其它注意事项。以典型地热深井为例,介绍其施工过程及体会。

关键词:提高 地热深井 成功率 措施

目前许多深井的施工过程中都碰到了地层预判不准、孔斜、套管事故、卡埋钻具事故、止水效果不佳、洗井困难等问题,虽然大部分井最后都成功交验,但施工单位为此也付出了高昂的代价,人力、物力、财力的支出远远超出了预算,少数报废的深井更是造成了巨大的经济损失。分析这些地热深井工程出现事故和成井困难的原因,大多是由于前期勘查工作不扎实、对预防事故不够重视和违章操作引起,也有部分是由于地层赋水条件差等客观原因所致。如何有效回避地热深井施工风险,提高交井成功率成为地热施工队伍生存和发展的关键。前期勘查论证结果是否可靠,钻孔质量是否优良,止水是否有效,能否合理保护含水层,洗井工艺是否合理,都是决定地热井能否成功的关键因素。

1、充分勘查论证,准确预判地层

前期勘查论证工作是地热钻井设计和施工组织设计的基础,前期勘查论证工作是否扎实,可行性论证的地热赋存情况是否真实可靠,直接关系到地热井钻井设计的准确性和可行性,也直接决定了该井能否顺利成井。

2、有效防斜,提高孔身质量

孔斜既会导致地热深井后期施工难度加大,也是产生套管事故和其他钻井事故的重要原因,要想顺利完成施工任务,必须采取有效措施预防孔斜。

2.1 孔斜的预判

如果钻孔已经产生了一定孔斜,必然会导致钻具在孔内非正常弯曲变形,出现一些不正常的迹象,可以做为判断是否已经孔斜的依据,一般情况下迹象越明显时孔斜越严重。

(1)钻具磨损加剧,接头磨亮或偏磨严重;(2)钻具升降困难,合立轴困难;(3)钻杆折断事故增多;(4)钻进效率降低。

2.2 孔斜的原因

(1)地质因素:第一、第四系砂卵石地层中的漂石、块石容易造成钻头偏移,导致孔斜;第二、岩石的各向异性和软硬互层特性,容易造成钻头顶层进或顺层跑,导致孔斜;第三、钻遇较大断裂构造且钻杆柱和断裂面夹角较小时,钻头会沿断裂面前进,造成孔斜。

(2)技术、工艺因素:第一、设备安装时地基不稳,或者没有做到孔口、立轴、天车“三点一线”;第二、钻具组合不合理,粗径钻具(钻铤或加重钻杆)过少,钻杆柱刚性不够;第三、钻进过程中使用钻杆加压,使得钻杆柱弯曲点不合理,造成孔斜;第四、钻压不稳,转速过高;第五、换径开下一级新孔不带导向,没有做到“轻压慢转”入岩;第六、错误使用扶正器。

3、提高止水质量,防止浅层水渗入

止水质量不过关的直接后果就是浅层低温水从套管搭接部位或其它部位渗入,和目的层热水组成混合水,渗漏量大时可能完全压住深层热水,导致出水温度远远低于目的层的测井温度,达不到设计要求而不能交井。提高止水质量的关键在固井,应做到以下几点:

(1)地热井所用套管必须是符合API管材标准J55、K55或N80钢级的无缝钢管,螺纹加工符合规范要求。

(2)下套管时至少带上中下三组扶正器,保证套管居中,管外间隙基本均匀,防止固井时水泥窜槽,影响固井质量。

(3)表层套管必须全孔段管外水泥固井,技术套管视情况可全段封固也可以“穿鞋戴帽”,采用“穿鞋戴帽”法固井时要求从管柱内注水泥,下部水泥浆返高不少于500m,同时要保证“戴帽”质量。固井水泥浆密度在1.85g/cm3以上,候凝时间不少于3d。

4、科学选择钻井工艺,保护目的层含水裂隙

地热深井施工中保护好目的层的含水裂隙是成井的关键环节,目前地热施工队伍绝大多数还是以传统的泥浆正循环全面钻进工艺为主,这种工艺给地热深井后期成井带来了很多不利因素:一是井深较大时使得在目的层钻进时泥浆柱压力过大,容易将泥浆和岩粉压入赋水裂隙,堵塞出水通道,构造不发育的微细裂隙更容易被堵死;二是泥浆中的纤维素、胺盐等高分子聚合物和粘土、岩粉在裂隙中形成一种胶结性很强的络合物,洗井作业很难将其破坏,成为影响出水的致命因素。为了保护好目的层的赋水裂隙,可采取如下措施:

目的层钻进最好选用气举反循环清水钻进成孔。该技术是地矿部“七五”、“八五”、“九五”科技成果推广项目,还被列为“国家科技成果重点推广计划项目”。目前该工艺已经在水井、水文地质钻孔施工中等到了广泛应用和推广,钻进深度已经超过3000m,经验成熟。由于气举反循环钻进可以用清水作为循环介质,而且介质上返速度快,携带岩粉能力强,可以很好地保护裂隙不被堵塞,保护含水层,大大降低洗井工作难度。

5、有针对性的选择洗井工艺,提高出水量

目前成熟的洗井工艺很多,但地热深井洗井工作有其自身特点和复杂性,不能盲目选用洗井手段,措施不当很可能效果不佳甚至起反作用,造成不可弥补的损失,应从以下几个方面着手拟定洗井方案:

(1)钻井工作结束后尽快进行洗井作业,防止长时间停待造成泥浆大量浸入裂隙和泥皮大量失水后强度加大,增加洗井工作难度。(2)开始洗井时首先对目的层井段从上至下清水替浆,替浆要彻底;替完浆后浸泡浓度为8‰的胶磷酸钠洗井液,浸泡时间24h。(3)喷枪喷射冲孔,清水替浆,破坏残余泥皮,导通部分裂隙。(4)地热深井洗井不能过份依赖酸化、二氧化碳和空压机联合洗井,拉活塞是最原始也是比较有效的洗井手段之一。如取水层段岩性为灰岩或白云质灰岩,可进行1～2次酸化、二氧化碳和空压机联合洗井,如效果不明显则改为在泵室段用钢丝绳拉活塞洗井,活塞浸入水位以下40~44m为最佳下深,单次抽洗时间以10min左右为宜。

6、结语

地热深井施工时处理过严重孔斜、套管断裂、套管漏水、卡埋钻具等事故,经历过难度较大的洗井作业,充分认识到地热深井施工是一项高风险的工作,施工难度极大,随时可能有事故发生,必须持科学谨慎的态度对待这项工作,牢记对待事故预防为主的原则,科学管理,精心施工,才有可能取得较好的成果和效益。

参考文献

[1]万平杰.湿接头水平井测井中的技术难点[J].测井技术.2005(03).