地热井钻探工艺及策略探究

地热井钻探工艺及策略探究
发布时间：2023-05-15T07:05:27.690Z 来源：《福光技术》2023年6期作者：郭充
[导读] 首先，钻压缺乏是影响钻探功率的主要因素之一。

如，中软地层用?216mmHA537钻头，推荐钻压应为107～226kN，但在生产中因钻铤和钻杆质量问题，所加压力通常都比上述值要小。

天津地热勘查开发设计院天津 300250
摘要：我国的地热资源主要以中低温地热为主，有丰富的地热资源储备和广阔的地热市场。

在地热钻探工作中，我国虽总结了一定的经验和工艺，降低了开发者的投资风险，但依旧缺乏先进的地热井钻探工艺。

基于此，本文主要对地热井钻探工艺及策略进行分析探讨。

关键词：地热井；钻探工艺；策略探究
1、前言
地热井钻探技术对社会各方面的发展及人类的进步影响很大。

因此，提高地热井钻探技术的发展水平是十分紧要的。

通过制定规范的工程验收标准和施工规范，特别是在安全钻井、水层保护、完井方式、洗井作业、随钻分析、判断等方面加强研究和改进，逐步完善成系统化、多样化，能适应不同地质条件的钻井技术方法和工艺技术，对地热井市场进行科学化的管理。

2、地热井钻探工艺技术要点分析
2.1泥浆正循环钻探工艺
首先，钻压缺乏是影响钻探功率的主要因素之一。

如，中软地层用?216mmHA537钻头，推荐钻压应为107～226kN，但在生产中因钻铤和钻杆质量问题，所加压力通常都比上述值要小。

钻压缺乏对机械钻速的影响较明显，尤其是钻进中硬以上地层时，通常钻压仅使岩石完成体积破碎，此时，上返岩屑颗粒较大。

因此，要提高钻探功率，应运用质量好的钻具，加足钻压钻进。

其次，牙轮钻头主要以牙齿对岩石的冲击、压碎和剪力效果来破碎岩石。

硬和极硬地层主要靠牙齿对岩石的冲击、压碎效果来破碎；极柔和软地层主要靠牙齿对岩石的剪切效果来破碎；中软、中硬地层靠这两种效果一起破碎地层。

因此，关于极柔和软地层应选用低压高速，转速为85～90r/min；对于硬和极硬地层应采用高压低速，转速为60r/min左右。

2.2气举反循环钻探工艺
对于反循环钻探技术，因循环介质的不同其主要分为水力反循环技术和空气反循环技术。

前者是以水或泥浆作为介质，利用钻杆将介质传送至孔底，然后取心钻头得到柱状岩心，又将其带回地面；后者则是以空气为介质，用双壁钻杆外管将压缩空气传送至孔底，空气在剧烈膨胀后产生冲击力，驱动孔底潜孔锤，使其作用于岩石，而后钻杆又将空气及岩屑带回地面，实施对岩屑的检测化验。

以上两种反循环钻探技术在应用过程中各自存在其优缺点。

具体来讲，水力反循环技术的应用能得到更加完整的岩石，能充分保证岩层判断的准确性，且其劳动强度较低；但其却存在消耗水资源大的缺点，且钻孔速度较慢，所需时间长。

相比水力反循环技术，空气反循环技术具有使用于缺水干旱区域的优势，且同样在劳动强度方面较小，节约成本；但其所取得的岩屑样本的代表性却不是很强，不能高效准确的反映地层结构问题。

2.3高压喷射钻探工艺
当深部地热资源的挖掘，地热井深度的加大，石油钻探部队及设备进入地热钻探商场，选用高压喷发钻探技术，大大进步了钻探功率和成井质量，尤其是克服了泥页岩泥包钻头的疑问，缩短了工期。

钻头选型技术目前已广泛应用于石油钻井过程中，目前常用的钻头选型方法是通过声波测井曲线预测地层的岩性特征和可钻性，通过对国内各区块钻头使用情况的调研，建立钻头参数数据库，从而进行地层与钻头的匹配和选型。

应用计算机软件建立地层岩性预测模型和钻头数据库系统，应用该系统可以对地层岩石的岩性和可钻性进行预测，从而进行钻头优选。

此外，高压喷发钻井是选用喷发式钻头，以很高的泵压使泥浆自钻头喷嘴发生很高的喷发速度（最高达75～100m/s）的一种钻井技术。

它一方面能够运用高流速的泥浆冲刷井底，协助钻头破碎岩石；另一方面又能非常好地清洁井底和钻头，加快钻进。

高压喷发钻井要求装备大功率的强力泵，相应地配合运用低固相泥浆，确保泥浆的除砂和净化作用。

运用这种钻井技术能够进步钻速1～2倍，大大进步了地热井钻井功率。

例如：在铁岭金峰小镇选用水源钻机施工一眼2600m井需要6个月摆布，而选用石油钻机和高压喷发钻探技术施工2600m井仅需3个月摆布，功率进步一倍，不只大大缩短了工期，还进步了成井功率。

2.4常用的钻探方法
击入法：此方法可分为孔外轻捶多击法和孔内重锤少击法，一般都适用于土层较硬的取样环节中，且孔内重锤少击法的取样效果更优；压入法：此方法适用于土层较软的取样环节中，主要分为连续压入与断续压入方法。

一般优先选择连续压入法，主要借助活塞油压筒或绳滑轮组合装置将取土器一次快速均匀压入土中，其对土样的扰动程度较小；振动法：此方法是利用振动器的振动作用而将取土器压入土中进行取样。

相比压入法，其对土样的扰动程度较大，因而易受振动液化的土层不宜使用此方法，此方法具有一定的局限性。

3、地热井完井工艺
3.1测井
自然电位、电位电阻率等参数，都是物探测井的基础数据，可保障物探测井的精准度。

在相关参数的支撑下，才能确定地热井的含水层位置，进而开展后续施工作业。

在实际作业中，通过测井能够迅速确定含水层和地层位置，但要考虑岩屑录井和岩性的影响。

从综合角度进行解释，才能保障测井工作质量。

由于测井参数的解释具有多样性，对测井结果的解释也必须立足实际岩性和地层，才能取得良好效果，以免对成井造成阻碍。

3.2下管
下管需要注意的事项有：1）下套管前必须进行通井和换浆，确保套管准确下至目标地层；2）下套管前要严格检查套管质量，不符合设计要求的套管严禁下入井内；3）要对所有套管进行通井，并清洗丝扣，丈量每根套管长度并做好记录，所有下入井内的套管都要用双吊钳紧扣；4）技术套管和成井套管采用钻杆连接倒扣接头将套管送至井下。

3.3固井
地热井的主要特征是温度，在实际钻探作业中，必须密封好温度较低的含水层和地层，做好固井工作，才能提升地热井的整体温度。

固井工作人员需要依靠专业的设备，进行花管、裸孔以上全孔的固井工作。

如果管径间存在环空处，需要及时用水泥加固，才能提升出水温度。

3.4射孔
随着石油勘探技术的不断发展，可以采用射孔提高出水量。

如，铁岭凡河地热井在多次洗井后，水量和水温仍然无法达到理想的标准和要求。

在严格开展测井曲线和岩屑录井工作后，决定分三段开展射孔作业，总共射孔长度为20m，出水量有了明显提升，出水温度也由原来的30℃提升到36℃。

又如，某地地热井在多次开展洗井工作后，出水量和出水温度仍然无法达到相应标准，在充分开展岩屑录井和测井曲线工作后，选择对已经封孔的四段进行射孔。

射孔后，出水量有了明显提升，出水温度提高到46℃。

射孔工作的开展，让地热井重新焕发生机。

可见，这种射孔作业方式值得借鉴。

3.5洗井
洗井的目的是疏通含水层，直至水清、流量稳定。

进行试抽时，尽抽水设备能力做一次最大水位降深，初步了解水位降深值与涌水量的关系，以便正式抽水时选择合理降深。

地热井洗井方法多种多样，各有优势，有空压机洗井、活塞洗井、酸化洗井等。

随着地热井钻井深度的增加，一些基础的洗井方法效果不明显，所以大功率空压机的应用越来越广泛，通过气举与气水混合洗井的方式，配合石油系统的压酸、压裂等方法，洗井效果良好。

4、结语
地热井钻探技术是开采与利用地热资源的关键，随着近年来地热地质、地球化学等地热勘查方法的改进和钻探技术的发展，钻探风险大幅降低，钻井成功率明显提升。

相关人员必须熟练掌握地热井钻探工艺，最大程度地发挥其作用，以推动地热资源的合理开发利用。

参考文献：
[1]王晓民.河套盆地西部地区地热井钻探工艺研究与应用[J].煤炭与化工，2021，44（07）：55-57.
[2]秦福锋，许丙彩，冯英明，李忠涵.日照东部地区地热资源成因分布规律及勘查定井方法研究[J].山东国土资源，2021，37（09）：36-45.。