張掖市某地熱資源勘查井鉆探施工技術(shù)研究

1 工程概況

1.1 工作目的

通過(guò)地熱地質(zhì)鉆探、地球物理測井、下管和止水固井、洗井和抽水試驗等工作手段，進(jìn)一步查明園區地下熱水的分布、埋藏及賦存條件，對其熱儲特征進(jìn)行評價(jià)，為區內地熱水資源評價(jià)和開(kāi)采利用提供依據。

1.2 熱儲層

新近系白楊河組地層巖性以砂巖為主，是地熱田的主要熱儲層；白堊系新民堡組地層有砂巖發(fā)育，具備一定的地熱流體儲集條件，是地熱田的次要熱儲層。

2 鉆井施工情況

2.1 井身結構

護壁井段：井徑Ф600mm，井段深度0～58.04m,下入Ф426.0×6.00mm護壁管（泵室段）；

一開(kāi)井段：井徑Ф346.1mm，井段深度0～400.54m,下入Ф273.1×8.89mmJ55鋼級石油套管（泵室段）；

二開(kāi)井段：井徑Ф241.3mm，井段深度400.54～2174.03m，下入Ф177.8×8.05mm J55鋼級的石油套管。1717.37～井底對應含水層位置全部下入濾水管，濾水管同實(shí)管交替入井，366.66～1717.37m全部下入實(shí)管，與Ф273.0×8.89mm泵室管重疊33.88m。

井身結構如圖1所示。

2.2 鉆井設備

根據本項目鉆探施工具體工作任務(wù)及鉆機提升能力要求，本次施工選用TSJ3000/445型鉆機，其配套主要設備情況見(jiàn)表1。

2.3 鉆遇地層

本井所在工作區張掖盆地由晚更新世和全新世的陸相碎屑堆積物組成，盆地邊緣出露新近系和白堊系。該井實(shí)際鉆遇地層自上而下依次為第四系、新近系疏勒河組、新近系白楊河組、白堊系新民堡組。實(shí)際鉆遇地層見(jiàn)表2。

2.4 鉆井工藝及施工情況

2.4.1 護壁井段

第四系巖性大部分為卵礫石、砂礫石、含泥礫石等，鉆進(jìn)過(guò)程中鉆井液消耗較大，地層中含水層對鉆井液破壞較大，鉆進(jìn)中礫石巖屑顆粒較大，鉆井液攜巖能力差，在施工鉆進(jìn)過(guò)程中井內發(fā)生坍塌、漏失等事故，采用?600mm沖擊鉆錐、膨潤土鉆井液開(kāi)孔，鉆進(jìn)至井深58.04m后下入Ф426.0mm×6.0mm護壁管。

鉆具組合：?600mm沖擊鉆頭+?241mm鉆鋌+?89mm鉆桿+方鉆桿

鉆井液參數：粘度42s、密度1.22g/cm3、失水量10mL/30min、pH值9、泥餅厚度1mm、含砂量3%。

2.4.2 一開(kāi)井段

一開(kāi)井段采用Ф346.1mm牙輪鉆頭，不分散聚合物鉆井液鉆進(jìn)，自58.04m鉆至井深400.54m，隨后下入Ф273.1mm×8.89mmJ55鋼級石油套管。

鉆具組合：?346.1mm鉆頭+?241mm鉆鋌+?203mm鉆鋌+?178mm鉆鋌+?89mm鉆桿+方鉆桿。

鉆進(jìn)參數：鉆壓30～40N，轉速60r/min，泵壓1～3MPa。

鉆井液參數：粘度32～47s、密度1.17～1.23g/cm3、失水量9～12mL/30min、pH值9～10、泥餅厚度0.5～1mm、含砂量1～3%。

2.4.3 二開(kāi)井段

二開(kāi)井段采用Ф241.3mm牙輪鉆頭自400.54m鉆進(jìn)至井深2174.03m，下入Ф177.8×8.05mm技術(shù)套管及濾水管。

鉆具組合：?241.3mm鉆頭+?178mm鉆鋌+?159mm鉆挺+?89mm鉆桿+方鉆桿

鉆進(jìn)參數：鉆壓20～80kN，轉速60～96r/min，泵壓4～11MPa。

鉆井液參數：粘度22～29s、密度1.15～1.18g/cm3、失水量7mL/30min、pH值9～10、泥餅厚度0.5mm、含砂量2～3%。

3 抽水試驗結果

3.1 抽水試驗

本井抽水試驗共進(jìn)行了三個(gè)降次的穩定流放水，本井三個(gè)降次的穩定出水量分別為79.835L/s、53.032L/s、26.639L/s，井口出水水溫依次為76℃、75℃、74.5℃，井口壓力依次為0MPa、0.50MPa、0.98MPa。

按承壓完整井考慮，依據抽水試驗成果，該地熱井的滲透系數K、影響半徑R可依據裘布衣公式求得：

式中：K—滲透系數，m/d;

Q—涌水量，m3/d;

R—影響半徑，m;

r0—抽水段孔徑，m;

M—含水層厚度，m;

S—水位降深，m。

參數選?。河克坎捎贸樗囼灣晒碇凶畲蠼瞪畛鏊?897.84m3/d，含水層厚度采用利用含水層累計厚度186.82m，水位降深采用抽水試驗成果表中最大降深146.00m,計算得到滲透系數K=0.357m/d，影響半徑R=872.34m。

4 地球物理測井

依據設計要求，經(jīng)甲方確認孔深及地層層位無(wú)誤后，進(jìn)行了地球物理測井，測井選取的主要參數有：視電阻率、井斜、井徑、井溫、自然伽瑪、自然電位、聲波等。

本井第四系、新近系、白堊系儲層是孔隙型含水層。其曲線(xiàn)特征為較高電阻率、低自然伽馬、自然電位有負異常。砂巖孔隙型含水層的導電性、電化學(xué)活動(dòng)性、放射性等均有差異。砂巖的電阻率隨粒度的增大而增大，自然伽馬強度隨粒度增大而減少。當砂巖含水時(shí)，自然電位一般具有較大的負異常。砂巖粒度越大、富水性越強。但砂巖被泥質(zhì)充填或鈣質(zhì)膠結時(shí)，自然電位異常變小，富水性變弱。

5 取得工作成果

5.1 成井質(zhì)量較高

本井泵室段井斜為0.29°、終井井斜為2.42°，各項成井指標均滿(mǎn)足設計要求，成井質(zhì)量?jì)?yōu)。

5.2 地球物理測井成果

通過(guò)地球物理測井，查明了鉆孔內的熱儲層及含水層埋藏深度及厚度，對所測地層進(jìn)行了巖性解釋?zhuān)瑸楸揪峁┝耸┕?a href="http://keyinmall.com/t/鉆孔.html" >鉆孔的井斜及井溫資料。

5.3 查明了本區熱儲層特征

依據測井含水層解釋結果及巖屑、巖芯的巖性分析，本井新近系白楊河組含水層共11層，厚度為158.40m；白堊系含水層共4層，厚度為28.42m。本井主要開(kāi)采的熱儲層為新近系白楊河組地層下部的砂巖，開(kāi)采層位為1717.37m以下含水砂巖，巖性為淺灰白、淺灰黃色中、粗砂巖。抽水試驗結果為自流涌水量287.41m3/h(6897.84m3/d）、出水溫度76℃。

6 結論

通過(guò)本次鉆探施工、地質(zhì)錄井、地球物理測井等相關(guān)工作，初步查明了本區的地層層序及主要巖性特征。

新近系白楊河組熱儲巖性為中、粗砂巖，通過(guò)抽水試驗分析,獲取了該地層地熱-水文地質(zhì)參數,基本查明了本井的熱儲特征，為園區內地熱水資源評價(jià)和開(kāi)采利用提供了可靠地質(zhì)依據。