第三系地層中地熱井施工常見(jiàn)的主要問(wèn)題

  摘要:介紹了山西侯馬、運城盆地第三系地層中施工地熱井易出現泥漿吸附、井管腐蝕、井內不能投濾料、水質(zhì)渾濁、長(cháng)期開(kāi)采造成水位下降的原因及防治措施。

 

  關(guān)鏈詞:地熱井;第三系地層;泥漿吸附;井管腐蝕;水質(zhì)渾濁;水位下降.

 

  地熱作為一種新型的能源,近年來(lái)在我國已經(jīng)廣泛應用于取暖、醫療、養殖、種植等各個(gè)領(lǐng)域,為國民經(jīng)濟的發(fā)展帶來(lái)很大的效益,使人民生活逐步得到改善。特別是北京、天津、西安等大城市的地熱開(kāi)發(fā),大大改善了環(huán)境,節省了能源,提高了居民生活質(zhì)量。

 

  山西省也蘊藏著(zhù)豐富的地熱資源,特別是侯馬、運城盆地內,第三系地層沉積了巨厚的顆粒層,這些都是含水的良好介質(zhì),經(jīng)過(guò)上覆蓋層的高溫高壓,形成溫度較高的熱水。我院先后在侯馬、運城二盆地施工熱水井8眼,最高溫度78℃,一般均大于45℃。本文回顧和總結近幾年施工過(guò)程中的經(jīng)驗和教訓,希望對今后勘查和開(kāi)發(fā)地熱資源起到借鑒作用。

 

  殘留鉆具300多米,造成幾十萬(wàn)元的經(jīng)濟損失。

 

  1泥漿的吸附.

 

  侯馬盆地和運城盆地位于山西省的南部。侯馬盆地標高400一SOOm,沉積新生界厚度1500一20()0m。運城盆地標高380一42Om,沉積新生界厚度40(刃一5《Xx)m。以侯馬盆地為例(如圖1),第四系厚4(X)m,第三系厚巧oom,在第三系地層中,有100多米厚的中細砂層,為熱水的儲存空間,其余皆為紅色粘性土。

 

  由于施工過(guò)程中的自然造漿,穿越第三系地層時(shí),泥漿粘度大,鉆具不能在孔內久停,否則會(huì )被泥漿吸附,提不動(dòng)鉆具。我院在侯馬施工侯1井時(shí),井位選擇了我單位機關(guān)大院,鉆進(jìn)1600m時(shí)準備下管,在下管前鉆具沖孔,大約停留lh,然后提鉆,結果強力提拔亦無(wú)濟于事,用吊錘震動(dòng),井內注人廢機油等措施均無(wú)結果,只好從中炸斷,鉆孔報廢,孔內在施工侯2井時(shí),因新生界地層較薄(約800m),鉆具也未在孔內多停,施工順利。而侯2、侯4井施工時(shí),連續不斷出現泥漿吸附現象,特別是施工安居工程小區侯4井時(shí),鉆進(jìn)到1600多米,已經(jīng)見(jiàn)到了基巖,準備提鉆,當時(shí)天下大霧不易操作,決定用完餐再提鉆,結果早餐用畢,不過(guò)20min,鉆具提不動(dòng),最后注人孔內st廢柴油才解決了問(wèn)題,雖避免了損失,但著(zhù)實(shí)讓人嚇了一跳。

 

  侯馬盆地勘查施工地熱井4眼,在施工過(guò)程中發(fā)生吸附現象的就有3眼,占75%(見(jiàn)表1),這一問(wèn)題必須引起高度重視。究竟鉆具在第三系地層孔內允許靜止多長(cháng)時(shí)間為宜呢?雖未作過(guò)專(zhuān)門(mén)試驗,但依筆者經(jīng)驗,最多不宜超過(guò)10min。

 

  孔號孔位井深/m吸附次數處理方法侯1二勘院院內侯2東莊侯3南西莊侯4安居小區打吊錘、注機油打吊錘注柴油結果報廢成井成井成井水,水質(zhì)仍然渾濁。我院在侯馬市東莊施工的一熱水井,井深120()m,自460m以深為第三系地層,soom以淺水泥封孔止水,800一1200m范圍內有80多米中砂、細砂及粉砂層,下花管100余米,且進(jìn)行了包棕纏絲。成井后,經(jīng)過(guò)洗井水仍然渾濁,為了使水質(zhì)盡快變清,下泵抽水一段時(shí)間后,雖有好轉,但使用半年后仍未達到清澈透明。

 

  分析原因,主要是下管后不能投礫,地層中的水直接通過(guò)過(guò)濾器進(jìn)入井內,這樣有一些微小顆粒隨同進(jìn)入井內,只有長(cháng)期抽水管外形成天然過(guò)濾層,微細顆粒才不會(huì )進(jìn)人井內,水才會(huì )變清。但這個(gè)過(guò)程相當長(cháng),對客戶(hù)會(huì )帶來(lái)一定的損失。

 

  避免上述現象的產(chǎn)生的措施是施工過(guò)程中的上層冷水要封堵。一般是用水泥注漿達到止水目的,管外水泥塞滿(mǎn),投礫是辦不到的,只能在過(guò)濾器上做文章,將一纏絲過(guò)濾器加工成貼礫過(guò)濾器,這樣會(huì )避免渾水現象的產(chǎn)生。

 

  ,且.且n內,?姍7005006902井管的腐蝕現象一般熱水井礦化度高,含離子種類(lèi)較多,對金屬材料易造成腐蝕。一般說(shuō)來(lái),普通碳鋼的腐蝕均勻速度在0.125一0.25m耐年,下入井內的鋼管一般厚8一romm,正常情況下使用壽命應在30年以上。

 

  但實(shí)際上有些地熱井的井管一二年就遭到腐蝕而穿透管壁。這就說(shuō)明井管的腐蝕不是均勻的,而是在局部的薄弱環(huán)節受到了腐蝕。例如,我院在運城盆地的臨猜縣城關(guān)施工的一口地熱井,松散層下人必273一325mm螺旋管,壁厚8mm,下部奧陶系灰巖不下管。剛竣工時(shí)經(jīng)抽水洗井,一切正常,水清砂凈。但不到1年,用戶(hù)反映井中出砂,我院派工程技術(shù)人員現場(chǎng)察看,井內出的砂皆為第四系地層中更新統的砂層。分析其原因是井管局部受腐蝕破壞所致。根據施工的情況,推測管受損的位置有2處:

 

  (1)焊縫。下管時(shí)提吊焊接,個(gè)別接頭焊接不均勻,受高礦化度熱水腐蝕容易造成破裂,造成井內出砂。

 

  (2)為了方便,在下管前每根管頂端割個(gè)小孔,以便穿鐵杠起吊,等井管焊接好后,再將小孔(直徑約3cm)補焊上,這樣就增加了井管的薄弱環(huán)節,受高礦化度熱水腐蝕后也易破裂。后來(lái)改為壁厚10.3cm的石油套管,絲扣連接,避免了上述現象的產(chǎn)生。

 

  3井內水質(zhì)渾濁現象第三系地熱井施工,竣工后經(jīng)過(guò)相當長(cháng)時(shí)間抽4井的間距問(wèn)題第三系地層中的水補給條件差,這是因為其埋深在幾百米以下,大氣降水是不能直接補給的,而且因為第三系紅色粘土太厚,靠第四系含水層越流補給也不可能,其唯一方式是通過(guò)周邊斷裂補給,但這種補給方式周期長(cháng),補給量小。所以第三系地層中地熱的開(kāi)發(fā)必須合理控制井距,否則會(huì )引起大幅度水位下降。以西安為例,西安市地熱資源也儲藏在第三系地層中,近5年來(lái),全市打井近百眼,水位普遍下降,最嚴重的下降80一loom,長(cháng)期下去,后果不堪設想。

 

  根據我們在侯馬、運城開(kāi)發(fā)第三系地熱井的經(jīng)驗,井距不宜小于Zoom。

 

  4結論.

 

  經(jīng)過(guò)以上系統的試驗研究,可以得出以下結論:

 

  (l)焊接強度是影響PDC鉆頭切削齒掉片的主要原因,室內剪切試驗是研究PDC鉆頭焊前焊后處理工藝參數的有效方法,所設計的夾具結構及強度能滿(mǎn)足試驗要求;(2)正交試驗結果表明,脫水方式、隨爐冷卻初溫和冷卻時(shí)間對PDC焊接強度都有不同程度的影響,影響程度大小順序為:冷卻初溫>冷卻時(shí)間>

 

  脫水方式;(3)試驗條件下的優(yōu)化工藝參數組合為:冷卻初溫600℃,保溫sh,散裝丙酮脫水。