吉林白山地區某地熱井洗井方法的探討

  0 前言

 

  地熱井成井之后，需要替換和清洗井孔的泥漿、沉淀物以及井壁泥皮和含水層孔隙內的堵塞物等，達到水清砂凈的效果。

 

  洗井的方法有：活塞洗井、泵吸洗井、氣舉洗井、反循環(huán)洗井、二氧化碳洗井、酸洗井等方法。地熱井洗井方法的確定要根據地熱井的井身結構、鉆遇地層巖性、物探測井結果、鉆進(jìn)過(guò)程沖洗液漏失情況及鑿井使用泥漿的成分等綜合因素進(jìn)行選擇，某種洗井方法可以單獨使用，也可以將幾種方法聯(lián)合使用。洗井是抽水試驗前的必須階段也是影響地熱井出水量及出水溫度的最后一個(gè)施工程序，因此洗井方法應用的是否得當、洗井過(guò)程控制的好壞直接關(guān)系到地熱井的出水量及出水溫度。

 

  1 工程概況

 

  吉林白山某地熱井處于渾江上游凹褶斷束（Ⅳ級構造單元）的中部，地質(zhì)條件復雜，為地熱資源開(kāi)發(fā)空白區，雖然在該構造單元內做過(guò)少量的地熱資源勘查工作，但到該井鉆鑿成功前還沒(méi)有鉆鑿成功地熱深井，在沒(méi)有可以借鑒的地熱地質(zhì)資料，對該地區深部地熱地質(zhì)條件認識吉林白山地區某地熱井洗井方法的探討

 

  

  鉆機選用張家口探礦機械廠(chǎng)出產(chǎn)的RPS3000型水源鉆機，開(kāi)鉆孔徑為Φ311mm，鉆深至402.76m，下入直徑為Φ244.5mm的表層套管至402m，套管規格為壁厚10.03mm無(wú)縫鋼管，使用標號PO42.5水泥配制比重為1.75的水泥漿全井段固井，水泥漿用量為13m3，候凝時(shí)間72小時(shí)；二開(kāi)孔徑為Φ215.9mm，鉆深至1424.26m，測井后進(jìn)入冬歇期。吉林白山地區冬季平均氣溫零下15℃，考慮到鉆井施工的安全，冬季停止施工，將井內注入比重為1.5的膨潤土泥漿，冬歇期間值班人員根據孔內液面下降情況，向孔內補充比重不小于1.1的膨潤土泥漿。5個(gè)月后繼續以Φ215.9mm的孔徑鉆進(jìn)至1980.88m，根據地層巖性判斷已經(jīng)揭穿取水目的層，因此宣告鑿井終孔。因為在地熱空白區施工，根據地層情況及鑿井風(fēng)險，鑿井施工未按設計的三開(kāi)成井，而采用二開(kāi)成井，在此不再詳細論述井身結構問(wèn)題。在483m至930m井段下入直徑為Φ177.8mm壁厚9.19mm的無(wú)縫鋼管，上部與Φ245mm套管重疊29m，采用穿鞋戴帽的固井方法，套管下部使用標號PO42.5號水泥制成比重為1.75的水泥漿，水泥漿使用量為1.8m3，套管上部固井水泥漿比重為1.70，水泥漿使用量為2m3。

 

  2 鉆遇地層

 

  本地熱井由老到新主要鉆遇地層如下：

 

  （1）元古界

 

  A、青白口系南芬組（Qnn）：巖性：巖性為黃綠、紫色頁(yè)巖互層，鉆遇深度為1921～1980.88m(終孔)，未揭穿，揭示厚度為59.88m。

 

  B、震旦系（Z）

 

  a、橋頭組（Z1q）：巖性主要為：上部灰白色含鐵銹斑點(diǎn)及海綠石薄層石英砂巖和黃綠、紫色粉砂巖；中部褐白、褐紫色薄層狀長(cháng)石石英砂巖夾砂質(zhì)頁(yè)巖；下部黃綠色頁(yè)巖和灰綠色板狀粉砂巖；鉆遇深度為1774～1921m，揭示厚度為147m，與下伏地層整合接觸。

 

  b、萬(wàn)隆組（Z1w）：巖性主要為灰色灰巖夾雜頁(yè)巖；鉆遇深度為987～1774m，揭示厚度為787m，與下伏地層整合接觸。

 

  c、八道江組（Z1b）：巖性主要為灰色灰巖；鉆遇深度為690.5～987m，揭示厚度為296.5m，與下伏地層整合接觸。

 

  （2）中生界

 

  A、侏羅－白堊系（J－K）：巖性主要為黃綠色粉砂巖、紫色粉砂巖、砂巖，夾泥巖；鉆遇深度為10～690.5m，揭示厚度為680.5m，與下伏地層平行不整合接觸。

 

  （3）新生界

 

  第四系（Q）：巖性以砂、砂礫石、粘土為主；鉆遇深度為0-10m，揭示厚度為10m，與下伏地層平行不整合接觸。

 

  3 洗井方法的應用

 

  鑿井結束后，考慮到對吉林白山地區地層深部取水沒(méi)有足夠的把握，在咨詢(xún)當地專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員后，結合測井資料和井身結構特點(diǎn)，特別是取水目的層的巖性特點(diǎn)，充分考慮到該井停歇時(shí)間較長(cháng)，泥皮較厚的特點(diǎn)，制定了洗井方案，由于洗井過(guò)程千變萬(wàn)化，每進(jìn)行一步，都必須參照上一步的結論優(yōu)化來(lái)下一步的方案，經(jīng)過(guò)60多天的艱苦努力，最終使該井達到了最佳出水量和出水溫度要求。

 

  3.2 洗井方法的應用過(guò)程

 

  第一次洗井：鑿井完成后將鉆具下入1950m處，使用QZ3NB-350泥漿泵將約200m3清水將泥漿替出，待到孔口返出清水后，將鉆具下方封堵，并將最下部5m處打成5mm左右的射水眼，利用噴射水流的沖擊作用將裸眼段孔壁全部清洗一遍。繼續使用QZ3NB-350泥漿泵將1%的焦磷酸鈉（化學(xué)式Na4P2O7）15m3打入1000～1100m,1200～1300m,1500～1600m三處，每處5m3，浸泡24小時(shí)后，將鉆具下至800m處，使用SF-7.5/150型空氣壓縮機進(jìn)行氣舉，孔內返出大量巖屑和膨潤土泥漿，根據孔內水柱噴出時(shí)間和噴出量估算出水量不足2m3/h，水溫在30℃以下。

 

  第二次洗井：使用QZ3NB-350泥漿泵將3m3濃度為10%的鹽酸（化學(xué)式為HCl）注入1000～1100m，1200～1300m,1500～1600m三處，每處1m3，浸泡12小時(shí)后，將鉆具下至800m處，使用SF-7.5/150型空氣壓縮機進(jìn)行氣舉，此時(shí)孔內只有極少量巖屑和渾水返出，噴出水柱高于第一次洗井時(shí)噴出的水柱，噴出水質(zhì)pH值7~8之間為弱堿性，說(shuō)明鹽酸已經(jīng)與地層巖石發(fā)生化學(xué)發(fā)應，根據孔內水柱噴出時(shí)間和噴出量估算出水量不足3m3/h，水溫仍在30℃以下。

 

  第三次洗井：使用QZ3NB-350泥漿泵將9m3濃度10%的鹽酸（化學(xué)式為HCl）注入1000～1100m，1200～1300m，1500～1600m三處，每處3m3，浸泡12小時(shí)后，將鉆具下至1800m處，使用QZ3NB-350泥漿泵將清水注入井內，有水柱噴出，并且帶有刺鼻的酸味，噴出部分水質(zhì)pH值4至5之間為酸性，判斷此次只有部分鹽酸與地層巖石發(fā)生化學(xué)反應，因為不是空壓機氣舉，未估算水量，水溫仍在30℃以下，判斷仍然沒(méi)有下泵進(jìn)行抽水的必要。

 

  第四次洗井：使用QZ3NB-350泥漿泵將7m3濃度31.5%的鹽酸（化學(xué)式為HCl）注入1000～1100m，1200～1300m，1500～1600m三處，每處2.3m3，浸泡12小時(shí)后，將鉆具下至800m處，使用SF-7.5/150型空氣壓縮機進(jìn)行氣舉，水柱噴的又高又急，時(shí)常伴有刺鼻的酸味，噴出部分水質(zhì)pH值達到了1為強酸性，下入型號200QJR15-400/18熱水潛水泵至370m進(jìn)行試抽水，水量不足4m3/ h，水溫30℃，水位360m，能夠穩定24小時(shí)。

 

  第五次洗井：使用QZ3NB-350泥漿泵將15m3濃度31.5%的鹽酸（化學(xué)式為HCl）注入1000～1100m，1200～1300m，1500～1600m三處，每處5m3，將鉆具提至800m處后，將井口與鉆具焊接封嚴，使用QZ3NB-350泥漿泵壓入清水60m3，泵壓不足3MPa，浸泡12小時(shí)后，將鉆具下至1800m處，使用QZ3NB-350泥漿泵將清水注入井內，有水柱噴出，噴出部分水色為深灰色，雖有刺鼻的酸味，但比起上兩次都有明顯的減輕，噴出部分水質(zhì)pH值5～6之間，判斷在注水的壓力下，部分鹽酸被壓入地層與井孔稍遠處的地層巖石發(fā)生化學(xué)反應。下入型號200QJR15-400/18熱水潛水泵至370m進(jìn)行試抽水，水量7.2m3/h，水溫32℃，能夠穩定24小時(shí)。

 

  第六次洗井：使用QZ3NB-350泥漿泵將21m3濃度31.5%的鹽酸（化學(xué)式為HCl）注入1000m～1100m,1200m～1300m,1500m～1600m三處，每處7m3，將鉆具提至800m處后，將井口與鉆具焊接封嚴，使用QZ3NB-350泥漿泵壓入清水150m3，泵壓不足3MPa，浸泡12小時(shí)后，將鉆具下至1800m處，使用QZ3NB-350泥漿泵將清水處注入井內，有水柱噴出，噴出部 分水色為深灰色，仍有淡淡的酸味，噴出部分水質(zhì)pH值5～6之間，判斷加大注水壓力，部分鹽酸被繼續壓入地層與井孔稍遠處的地層巖石發(fā)生化學(xué)反應。下入型號200QJR15-400/18熱水潛水泵至370m進(jìn)行試抽水，水量8.1m3/h，水溫33℃，能夠穩定24小時(shí)。

 

  第七次洗井：根據第六次洗井后的抽水試驗結果分析，如果增大水位降深，理論上可以得到更大的出水量。因地熱井400m以下井孔內徑不足160mm，選用型號QYDB149-300潛油電泵進(jìn)行抽水洗井，下入井內650m處，水量9.5m3/h，水溫35℃，可以連續抽水24小時(shí)，由于降深較大，未測到水位。

 

  3.3 結論分析

 

  （1）根據地熱前期勘查報告、實(shí)鉆巖性資料和測井曲線(xiàn)分析該地熱井取水層巖性主要為灰色灰巖夾雜頁(yè)巖，裂隙構造不發(fā)育，賦水性和徑流條件較差，在一般情況下含水量很小，只有在有斷裂或斷裂帶影響的條件下，才能夠獲得一定的水量。地層1000～1600m有含水層3層，累計厚度180m，而有效含水段厚度只有24m左右。根據測溫資料，該井地溫梯度不足2℃/100m，井底1980m處溫度47℃，含水段1000～1600m測溫值為34℃～42℃，該井設計出水量200±20m3/d，出水溫度30±3℃的判斷還是較為準確的。經(jīng)過(guò)六次洗井后出水量達到了8.1m3/h（195m3/d），出水溫度33℃，已經(jīng)達到設計指標，并滿(mǎn)足合同要求，且第六次洗井與第五次洗井的出水指標相比較沒(méi)有明顯的提升，因此判斷第六次洗井的效果基本是該井出水的最佳結果。

 

  （2）因甲方不滿(mǎn)足地熱井的現有指標，要求采用其他方法對地熱井進(jìn)行增產(chǎn)。分析在保持現有降深的情況下即使采用活塞洗井和二氧化碳洗井也不會(huì )取得更好的效果，況且在Φ178mm套管內使用活塞洗井，選用鉆具提升行程比較短，對深部地層的影響非常小，選用鋼絲繩提升，安全隱患較大，當地又是煤炭產(chǎn)區，對?；饭芾矸浅栏?，二氧化碳的使用被嚴格控制，因此選擇潛油電泵抽水洗井，也可認為這是一次抽水試驗，在增大水位降深的情況下得到了更佳的出水量和出水溫度，但增加了很大的工程成本和后期維護費用，這種方法不經(jīng)常使用，通常情況下也不建議使用。

 

  （3）根據幾次洗井方法的比較和結果分析，鹽酸加壓水的方法比單純的鹽酸洗井效果要好，壓水量的增加對洗井結果也有一定的影響，鹽酸的濃度對洗井的結果影響不大。

 

  4 結束語(yǔ)

 

  本地熱井應用了氣舉洗井、酸洗井、壓水洗井和泵吸洗井等方法，洗井工作的成功，給當地地熱井洗井方法的應用提供了借鑒和參考，該地熱井的成功，積極的影響該地區深部地熱開(kāi)發(fā)，也將影響到長(cháng)白山地區整個(gè)地熱資源的開(kāi)發(fā)利用。