地大熱能淺談地熱鉆井工藝及成井技術(shù)

    成井技術(shù)是地熱井開(kāi)發(fā)和發(fā)展的重要手段之一，地熱井的開(kāi)發(fā)和開(kāi)采離不開(kāi)科學(xué)技術(shù)的支持，其科學(xué)技術(shù)的表現方式即為各種成井技術(shù)。地大熱能地熱鉆井技術(shù)人員認為：地熱鉆井是一項非常重要的特殊技術(shù)，它用于地熱蒸氣和地熱水的鉆井，是勘探和開(kāi)采地熱流體必須采用的手段之一。

    地熱鉆井的深度一般在1000米到3000米之間，大多數是在2000米左右，有少量的超過(guò)了3000米。隨著(zhù)時(shí)間的推移和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展變化，地熱鉆井技術(shù)也在不斷發(fā)展著(zhù)。其中井身結構及套管結構、鉆井工藝、完井工藝以及洗井工藝不斷發(fā)展隨著(zhù)時(shí)間的變化逐漸表現出來(lái)。

    （1）井身結構及套管結構

    從20世紀70年代至今，井身結構經(jīng)歷了153/8”+81/2”、171/2”+121/4”+82/2”、171/2”+121/4”+95/8”、171/2”+95/8”、171/2”+121/4”+95/8”+81/2”等幾種不同型號的變化，與其配套的套管結構則經(jīng)歷了相應的103/4”+51/2”、133/8”+103/4”+51/2”、133/8”+103/4”+7”、133/8”+7”、133/8”+103/4”+7”+81/2”等幾種型號。不得不說(shuō)由簡(jiǎn)入精，井身結構及其配套的套管結構已經(jīng)越來(lái)越成熟完善。

    （2）鉆井工藝

    地熱市場(chǎng)的占領(lǐng)在于將石油鉆井中先進(jìn)成熟的工藝和相關(guān)的水文、地熱等條件有機結合起來(lái)，并且充分引進(jìn)各種現代的設備，選用優(yōu)質(zhì)的鉆頭和各種機械參數，提高鉆井的工作效率，縮短建井周期。再加上引進(jìn)現代科學(xué)的泥漿工藝，在地熱鉆井過(guò)程中，針對不同的地層，采取不同的科學(xué)泥漿配方，以達到平衡鉆井的目的。從70年代至今，鉆井工藝也歷經(jīng)了非常大的變化，其變化更好地適應了現代地熱鉆井的施工和完成。

    

  （3）完井工藝

    70年代的地熱井的完井工藝主要采用水井式的完井方式，對于水層采用籠式過(guò)濾管，入井后采用投填礫料的方式，止水則采用投泥球封隔止水的古老方法。而90年代之后，由于地熱井完井工藝的不斷發(fā)展和完善，采用水井完井方式的同時(shí)還結合了石油完井工藝，針對不同的水層采取不同的方法。如：包網(wǎng)纏絲濾水管、不包網(wǎng)纏絲濾水管完井、裸眼完井等方式都產(chǎn)生了非常好的效果。止水方式上改進(jìn)了傳統的止水方法及裝置，改進(jìn)為混合式裝置，又根據地熱井多為大段混合開(kāi)采的特點(diǎn)，在水層頂部設置了傘狀防塌裝置，確保了水層的穩定和壽命。

    （4）洗井工藝

    傳統的水井洗井方法就是反復地抽取和吸取。在地熱井中則逐步引進(jìn)了二氧化碳氣舉、酸化，高能氣體壓裂，壓風(fēng)機氣舉洗井以及活塞抽吸、高壓噴射沖洗等方法，這些方法對于不同的地熱井的施工都產(chǎn)生了良好的影響。

   

    成井技術(shù)的分析

    成井過(guò)程是地熱井施工中最為重要的工序之一，由于不同的地熱井所處的大地構造背景和熱儲層巖性不同，因此需要采用不同的成井方法來(lái)實(shí)現工程的順利完成。就目前國內相對比較成熟完善的成井方法而言，先期完成法、后期完成法、裸眼完成法、篩管完成法和射孔完成法這幾種成井方法是比較具有代表性的。

    先期完成法

    先期完成法適用于井比較深、上部地層比較復雜的地熱井，它是在鉆井中采用分別排除的方法的一種鉆井工藝，完井工藝較為安全。先期完成法是在鉆達到目的層的頂部時(shí)，先下入技術(shù)套管來(lái)固定井壁，再用小尺寸的鉆頭鉆至井深。下技術(shù)套管是為了能夠封固住非采水段的井壁，隔絕深淺地層水以及滿(mǎn)足下部施工的需要。先期完成法的缺點(diǎn)在上文中也顯而易見(jiàn)了，它實(shí)施起來(lái)較為麻煩，因此造成工期較長(cháng)，投入相對較大。

    

   后期完成法

    后期完成法能夠根據鉆孔的資料自由地選擇取水井段，而且其鉆井的工期較短，投入相對較小。后期完成法和先期完成法的區別在于，它在鉆達到目的層的頂部時(shí)，先不下技術(shù)套管，而是用原有尺寸的小鉆頭鉆至完鉆井深，再根據各項資料的顯示進(jìn)一步下入技套或者其他工具來(lái)固定井壁。后期完成法同樣具有一些缺點(diǎn)，由其鉆井過(guò)程可看出，它對鉆井的技術(shù)要求非常高，而且完井下管和固定井壁的工藝也是相當的復雜。

    裸眼完成法

    裸眼完成法一般適用于井壁比較穩定的地區，比如火成巖類(lèi)的裂隙型熱儲層等。它采用的是不下井管的方法，相較于其他需要下井管的方法而言，裸眼完成法的優(yōu)點(diǎn)在于其出水口的截面積較大、出水量較大、阻力較小并且不易發(fā)生堵塞事故以及投資較少等。但是這種方法卻不適用與砂泥漿剖面的地熱井，因此不得不說(shuō)此為一大遺憾。    篩管完成法

    篩管完成法一般適用于砂泥巖剖面等沉積型的地層。它采用的是在取水段下入篩管的完井方法，此種方法若輔以填沙工藝即可起到防塌和防砂的作用，其優(yōu)點(diǎn)不言而喻，即較為簡(jiǎn)單且安全。

    射孔完成法

    射孔完成法是一種較為特殊的完井方法，它主要是針對水量不足而未取水層段進(jìn)行取孔以彌補缺點(diǎn)，或者不下濾水管直接在取水段射孔取水。射孔完成法無(wú)疑是在施工過(guò)程中出現上述兩種或者以上的問(wèn)題時(shí)及時(shí)采取的一種完井方法。由此我們可以看出完井方法的多樣性以及其技術(shù)的成熟和完備。

   

    地大熱能專(zhuān)家提示大家，成井方法的多樣也在暗示著(zhù)地形構造的多樣性，只有掌握住每一種成井方法的優(yōu)缺點(diǎn)，才能夠熟練而不失穩重地把不同地形構造的地熱井安全有效地完成，以保障地熱井開(kāi)發(fā)過(guò)程中必要的人身和設施安全。

    每個(gè)地區的地形和地層構造都存在著(zhù)多多少少的不同，針對不同的地層構造采取不同的完井方法是地熱鉆井的重要原則。熱能不斷地被發(fā)掘并且快速地發(fā)展，引發(fā)地熱井開(kāi)采的同時(shí)，需要不斷改進(jìn)和完善完井技術(shù)，從而推進(jìn)地熱井的安全有效開(kāi)發(fā)和使用，造福于其他人，同樣也造福于自己。