雄安新区D14地热井钻探施工技术研究

*收稿日期：2018-11-02

修回日期：2018-11-02

基金项目：中国地质调查局地质调查项目“雄安新区地热清洁能源调查评价（北京探矿工程研究所）”（编号DD20189625）和“油气田勘查区砂岩型铀矿调查与勘查示范（北京探矿工程研究所）”（编号：DD20189617）共同资助。

第一作者简介：刘文武（1981-），男（汉族），天津人，高级工程师，现从事地质钻探、地勘设备研发等工作。

雄安新区D14地热井钻探施工技术研究

刘文武*，刘家荣，郭

坤，赵志涛，单文军

（北京探矿工程研究所，北京100083）

摘

要：雄安新区D14地热井是部署在河北省雄安新区容城县一口地热探采井，设计井深2500m ，终

孔直径不小于152mm ，400~2500m 平均每100m 取芯1次，取芯长度不小于4m ，岩芯采取率不低于80%。详细介绍了在该地热井施工的钻进工艺方法，总结了该地区地热井钻探施工技术及经验。关键词：地热探采井；钻探技术；井身结构设计；雄安新区；取芯钻进中图分类号：P345.5文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2019)08-0102-05

1

地质概况

D14地热井是部署在雄安新区容城县南偏西的一口地热探采井，目的层为揭穿雾迷山组，完钻层位为高于庄组(Ch g )，设计井深2500m 。钻探目的主要为揭露容城县南凸起中心地层发育情况，服务于雄安新区起步区北部地热开发规划；明确工作区内地层分布状况，确定工作区蓟县系雾迷山组顶/底面埋深、热储厚度；确定单井井口水温、水量，评价单井热负荷生产能力；为雄安新区地热供暖提供基础数据。1.1

区域地理环境概况

雄安新区规划范围涉及河北省雄县、容城、安新3县及周边部分区域，地处北京、天津、保定腹地，区位优势明显、交通便捷通畅、生态环境优良。地理位置位于太行山东麓、冀中平原中部、南拒马河下游南岸，在大清河水系冲积扇上，属太行山麓平原向冲积平原的过渡带。全境西北较高，东南略低，海拔标高7~19m ，自然纵坡千分之一左右，为缓倾平原，土层深厚，地形开阔，植被覆盖率很低，境内有多处古河道。1.2

地层预测

根据区域邻井实钻情况及已推测雄安新区蓟县系顶面构造图，预测本井钻遇地层如表1所示。1.3

钻井风险分析

（1）邻井钻井过程中没有发生溢流、井涌、井喷等有关工程情况，但仍应密切注意井漏、井塌、井斜层位

等有关工程情况。

（2）可能钻遇岩溶漏失地层，应引起注意。岩溶漏失地层：蓟县系雾迷山组；蓟县系雾迷山组，钻井过程目的层段要做好预防井漏工作。2

钻井质量要求及技术指标

参照《地热资源地质勘查规范》（GB/T 11615-2010）标准执行。井斜2000m 内不大于5°，3000m 内不大于7°，4000m 内不大于9°，4000m 以上终孔不大于10°。雄安新区D14井井身质量具体要求如下：

（1）全井井身质量满足设计要求，泵室段保持垂直；

（2）井眼轨迹平滑，井内干净、无落物；

（3）根据钻遇地层合理选择钻进工艺，优化钻井参数，缩短钻井周期；

（4）钻进过程中每100~150m 测斜。易斜井段要加密测斜点数并及时调整钻井参数、钻具组合和施工措施，将井斜控制在要求范围之内。3钻井工艺技术3.1

钻探设备、机具配置

钻探主要设备根据施工的钻井目的、施工的环境条件、钻探方法、钻井深度、终孔直径等综合因素确定。

钻探主要设备配置见表2。3.2

井身结构设计

井身结构的选择应根据钻井深度和完井直径、地

层特性、钻进方法、成井结构及地热井施工中新技术的应用，并考虑施工设备的装备情况。井身结构设计的原则是：为了有效保护目的层（雾迷山组及高于庄组），使不同压力梯度的含水层不受到施工过程中的钻井液污染及损害，避免漏、粘、塌、卡等复杂情况的产生，为全井顺利钻进创造条件，保证施工安全，使钻井周期最短。详细如表3所示。

3.3钻井工艺[1-3]

3.3.1钻进方法

施工工艺：依据地层资料及已得知的临井钻井施工经验，本工程拟采用正循环回转钻进，若三开、四开钻遇地层漏失严重，且岩屑无法排出，施工时，可根据实际情况依次选择采用“气举反循环钻进”、“空气泡沫钻进”、“顶漏钻进”及按照要求取芯钻进等多种联合钻进工艺施工。

（1）表层导向井（0~5m）：采用⌀508mm钻头无芯回转钻进，钻至井深5m，下入⌀480mm×8mm表层导向护壁套管，下入深度5m，并进行水泥固井。

（2）一开钻进（5~400m）：采用⌀444.5mm牙轮钻头无芯钻进，普通钠土泥浆作为钻井液，钻进至400m，测井，下入⌀339.7mm井管，该井段进行全井段水泥固井。

地层

界

新生界

元古界

系

第四系

新近系

蓟县系

长城系

组

平原组

明化镇组

雾迷山组

高于庄组

代码

Q

N m

Jx w

Ch g

设计分层

底深

（m）

350

1100

2000

2500

厚度

（m）

350

750

900

500

岩性特征

灰黄、黄棕、棕黄和棕红色亚砂土、亚粘土、粘土以及灰黄和灰白色砂层。和

下伏新近系呈不平行不整合接触

浅紫红色、褐紫色、杂色泥岩，灰绿色、灰黄色砂岩和含砾砂岩；泥岩和浅灰

色、灰绿色砂岩

灰白、灰褐色白云岩夹绿色、灰白色泥质白云岩，含燧石团块。灰色、深灰色

花斑状藻白云岩，富含燧石条带，夹砂质白云岩，底为二层紫红色泥质白云

岩。灰褐、褐灰色白云岩，夹绿色、灰红色泥质白云岩、硅质条带白云岩。底

部薄层肉红色白云岩。灰褐、褐灰色白云岩，夹含泥质、砂质、硅质白云岩。

燧石条带、燧石团块发育

上部浅灰色白云岩夹泥质白云岩，中下部深灰色白云岩夹泥质白云岩、硅质

白云岩，底部为黑色砂质页岩

表1雄安新区D14地热井地层预测表

序号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

名称

钻机

井架

底座

转盘驱动装置

转盘总成

绞车

天车

游车

大钩

吊环

水龙头

钻井泵

型号

RT-40

JJ225/43-K

DZ225/6-K

ZQL-L1

ZP-275

JC-40B12

TC8-225

YC-225

DG-225

DH-250

XSL-225Ⅱ

RL3NB-1300A

数量

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

备注

宝鸡

宝鸡

宝鸡

宝鸡

宝鸡

宝鸡

宝鸡

宝鸡

宝鸡

宝鸡

宝鸡

山东荣利

表2钻探设备配置表