关中地区中深层地热钻井开发技术问题与发展趋势

三、存在问题及现有技术瓶颈
落后的止水工艺不满足保护浅层地下水要求
地热井附近浅层饮用水Ca2+、Mg2+含量上升，表明有深层地下水侵入浅层饮 用水现象。
原因：
止水橡胶伞的直径偏小 橡胶伞沿孔壁下滑磨损 垮塌的泥沙形成了窜槽
在后续的地热井施工中，这种橡胶伞+井壁垮塌止水的方式应该重新研究， 以更好地保护浅层地下水。
关中地区中深层地热 钻井开发技术问题与发展趋势
陕西省煤田地质集团有限公司
张晓宏
目
一 二
录
• 关中地区地热开发现状 • 钻井技术发展现状 • 存在问题及技术瓶颈 • 未来钻井技术发展趋势 • 结论及建议
三
四 五
一、关中地区地热开发现状
关中盆地是我国三大典型地热开发区之一
京津冀地区
关中盆地 西藏地区
四、未来钻井技术发展趋势
推广深孔潜孔锤和气举反循环钻进工艺
气举反循环钻进：不污染含水层和成井质量好； 深孔潜孔锤钻进：大幅度提高钻进效率，保护含水层；
四、未来钻井技术发展趋势
研发换热定向钻井工艺
定向井应用于开发，可以增加采热井筒长度，获得更大的采热面积， 拉大井底灌采层距离，成本低，在城市小区有很高的应用前景。 水平U型对接井优势是：井眼可以穿行在较高热储层中获得热源，在 提高技术控制成本后，未来会成为中深层地热开发的新趋势。
使用常规柴油机动力，在雾霾严重的关中地区，如果烟气排放达不到城镇环 保要求，施工中经常被环保部门要求停工，影响环境也影响施工效益。
采用坑槽循环的泥浆工艺，捞出的岩屑和废弃泥浆中含有许多化学药品，会 污染浅层水与地表，不符合环境和水资源保护的要求。
三、存在问题及现有技术瓶颈
钻进工艺与复杂多样的地热开发不匹配
（部分同心管换热井：热储层裸眼完井） 常规地热井、回灌井：橡胶伞临时、井壁垮塌永久止水 同心管、水平对接井：水泥固井永久止水
封固止水
三、存在问题及现有技术瓶颈
钻井设备不能满足城区施工的运输拆装和环保要求
运输困难，进出场地不便，设备超长超宽超重，与城市道路标准不符。 城镇区施工场地有限，井场面积：ZJ20≥80×80m，ZJ30 ≥ 90×90m，ZJ40 ≥ 100×100m。以城镇规划特点来说，井场布置达到要求的少。 噪音污染严重，柴油机110dB，泥浆泵100dB，空压机95 dB，超出噪声排放 限值（昼70dB，夜55dB）。
一、关中地区地热开发现状
全盆地中深层地热资源总量相当于4612亿 吨标准煤，为全省探明煤炭资源总量的 3.34倍，地热井总计超过500口左右。
能源转型
地热供暖
治污减霾
一、关中地区地热开发现状
困惑一 已有地热井限采、禁采、关 停，新地热审批严格控制， 在此情况下如何进一步推动 中深层地热资源开发？ 困惑二 地热回灌技术短期内还难以 突破，采灌结合、以灌定采、 采灌平衡不具备条件，有没 有新的开发方式？
困惑三
关中地区“取热 不取水”开发， 国家地方鼓励， 目前有直井同心 管换热、水平对 接井换热两种新 的钻井开发方式， 但有哪些新的技 术问题需要解决？
二、中深层地热钻井技术现状
三大地热井型
取水地热井
数量占95%以上。 其设计理念就是通 过钻井最大限度地 采出地热水，典型 技术特点有两种。 一是开孔后在大口 径段中下入抽水泵； 二是在热储层中下 入滤水管，并配合 洗井等措施增产
尾水回灌井
西安、咸阳两地尾 水回灌井总数在16 口左右；其成井工 艺与常规地热井没 有什么区别，只不 过是在回灌层下入 滤水管，便于尾水 压入地层
不取水换热井
同心管和水平对接换 热井两种。前者为常 规直井，利用同心管 内外循环水换热；后 者用水平对接井形成 的U型管路，单向水 循环介质换热；两种 均为“水水换热பைடு நூலகம்， 可以取热和热回灌双 向运行
三、存在问题及现有技术瓶颈
采水取热的开发方式已不适应地热开发新要求
西咸地区地热回灌试验表明，回灌虽然有一定的可行性，但回灌效率低、衰 减快、成本高，尤其是回灌量小的问题还难以解决，回灌要达到应用阶段还 任重道远。 采水取热方式简单粗放，严重浪费地热资源，带来环境污染和城市地质灾害 问题；实践表明“采水取热”不符合持续发展。 国家提倡“取热不取水”开发，编入《地热能开发利用“十三五”规划》； 西安市等地方政府明确鼓励“取热不取水”方式进行地热开发。
研发真正适合地热井的固井水泥，包括用于井底的高效热传导水泥和用于上 部井段的隔热水泥。
研发地热井用套管，最主要的是用于上部井段的套管要有保温隔热措施， 以降低套管内外的热交换。
研发新型同心管换热。目前油田稠油热采技术中的真空保温管，保温隔热 效果比较理想，但有待进一步降低成本；也可以借鉴其他隔热管柱的结构， 尽快淘汰普通的PVC、PE等塑料同心管材。
二、中深层地热钻井技术现状
2000m以浅：水井类钻机
钻机
泥浆泵 钻进工艺
2000m以上：石油类钻机
定向井及水平井：石油类钻机 不同排量的NBB和F系列泥浆泵，满足2000~4000m钻深需求 主要还是传统的泥浆正循环回转钻进工艺 常规地热井、回灌井：滤水管完井
完井工艺
同心管换热井、水平对接换热井：套管完井
热储类型多样
岩溶热储 孔隙裂隙热储 断裂裂隙热储
开发条件不同
开发层位 埋藏深度 岩性构造 水文条件
开发要求不同
井身结构不同
采水井 回灌井 换热井
直井 定向井 水平井
复杂多样条件组合在一起，仅采用正循环回转钻进工艺不能满足要求。 泥浆正循环工艺钻进，会对井筒周围的地层产生伤害，影响成井后的出水效 果。对回灌井而言，这种影响尤为严重。
五、结论及建议
一、钻井配套设备应从模块化、场地集约化、环保节能等方面提高钻井设备适 应城市地热施工的能力。 二、采用定向钻井、深孔潜孔锤、气举反循环、抗污染抗高温钻井液和工器具 技术有利于提高地热钻井开发成功率，应加快研发与应用。 三、从提高中深层地热资源可持续利用出发，采水取热开发方式要予以限制。 同时在关中地区尾水回灌技术难以突破的情况下，应积极发展符合国情的取 热不取水的同心管换热和水平对接井换热等方式。 四、关中地区中深层地热产业化、规模化开发的关键突破点是要研发高传热/ 隔热效果的水泥，研发隔热保温真空等类换热管，有效利用低沸点循环介质， 以提高井口介质换热温度，提高钻井取热效果。
三、未来钻井技术发展趋势
适合城区施工的模块化、电控化钻井设备
钻深3000~5000m 结构紧凑、占地面积小、布置灵活，以 适应城市施工的井场紧凑化布置要求 采用模块化结构，拆安便捷，运输方便 宜采用垂直起升结构的自升式井架
三、存在问题及现有技术瓶颈
电驱电控化是环保新要求，电控自动化智能化是提高生产力发展趋势。 配备变频驱动、顶驱装置、井口铁钻工、一体化司钻房等。 配备泥浆固控不落地设备，井控装置。
四、未来钻井技术发展趋势
研发应用抗污染抗高温钻井液和工器具
研发应用防止热储层污染的屏蔽暂堵型抗高温钻井液体系是现实课题。
解决定向、导向、连通等技术在地热井应用过程中工器具耐高温工作的 问题，如抗高温高效破岩钻头，抗高温螺杆钻具、定向与测斜仪器等。
四、未来钻井技术发展趋势
完善取热开发配套的新材料新技术