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地熱鉆井

美國一次地熱井井噴的控制過(guò)程概述

  地熱井與油氣井不同,地熱井的鉆井液必須循環(huán)冷卻,以防汽化。注水泥的方法也是特殊的。地熱井發(fā)生井噴,壓井技術(shù)也與油井的控制技術(shù)也不同。如果井噴發(fā)生在淺水層,解決的難度更大。
 
  1955年z月,在美國內華達州的FallonJ夕付近,Ormat公司14一6號井發(fā)生了井噴。此井與其它生產(chǎn)井一樣,使用相同的鉆井方案施工。由于意外事故引起了循環(huán)液漏失,最后發(fā)生井噴。
 
  Ormat能源系統公司立即請休斯頓的Neal八dams消防隊承擔壓井作業(yè)?？刂谱鳂I(yè)要求地表和地下控制相互結合。重要的是時(shí)間,這口鉆井要噴出溫度350“F、每分鐘出水量5000加侖(18。gm”)的地下熱水。
 
  井噴過(guò)程14一6號鉆井共鉆進(jìn)887英尺,在鉆到大為882英尺時(shí),發(fā)生泥漿漏失,約250桶。隨后加注泥漿處理。漏失被止住,又繼續鉆進(jìn)約4英尺,遇硬巖后停止鉆進(jìn),認為這是熱儲層的頂部。
 
  為解決井漏問(wèn)題擬定了一項方案。在熱儲層頂板的頂點(diǎn)注砂塞,然后在下套管之前在裸眼中注水泥塞。
 
  正當拉起鉆桿準備點(diǎn)注砂塞和水泥時(shí),發(fā)生井噴,此時(shí),孔內下了1根鉆挺立根,井架上懸掛著(zhù)1根鉆挺立根(2節鉆挺和1節鉆桿)。
 
  井架工發(fā)現蒸汽上升到井口,自管線(xiàn)流出的液流中含有粘土塊。關(guān)閉環(huán)心防噴器,液流開(kāi)始流到鉆機周?chē)?.5小時(shí)以后,產(chǎn)生了一個(gè)噴井口,淹沒(méi)了鉆機。
 
  流體噴出量估計5000加侖/min,產(chǎn)生了蘑菇狀蒸汽云,蒸汽云高出井口2000英尺左右。
 
  在水流進(jìn)入排水溝的情況下,熱水和蒸汽造成一個(gè)巨大的噴井口,其噴口尺寸為105英尺x115英尺。噴井口平均深度為100英尺。
 
  井噴的控制方案選擇壓井方法時(shí)需要特殊考慮。通?？捎美渌种凭畤?但冷水在井底受熱變成蒸汽時(shí),又將發(fā)生井噴。故鉆井液需循環(huán)冷卻,以抑制井噴。
 
  由于地下水的壓力引起井底壓力變化,所以該井比其他地熱井復雜。既需要冷水,又需要重泥漿。另外還要考慮在熱儲層頂部、砂質(zhì)巖的裂隙、斷裂間循環(huán)液的漏失問(wèn)題。裂隙、斷裂將使泥漿或水泥漏失。壓井之后,熱儲層壓力開(kāi)始逐漸上升,將井內的部分泥漿或水泥柱推出井外。因此,還需要頂部壓井。其時(shí)間應在井底壓井的同時(shí)或緊接井底壓井之后。頂部壓井也不容易,因為井架底座和防噴器已經(jīng)沉入100英尺的噴井井口中?？?a href="http://keyinmall.com/t/方案.html" >方案如下:
 
  ·鉆一口解救井,與噴發(fā)井在井底相交;·如果要控制鉆井,應以大泵量泵送冷水或泥漿;·向噴發(fā)井的底部注水泥;·在井噴被處理之后,應清理噴井口;·切害q掉或爆炸掉井架底座和其它沒(méi)備,以讓出裝置防噴器的通路;·利用留在噴發(fā)井內的鉆具向井底泵送鉆井液;·根據井底注水泥情況,把小直徑鉆桿柱盡可能深地下到井底水泥塞的頂部,并注水泥至地表,·爆炸切斷和打撈防噴器;。
 
  回填解救井。
 
  解救井方案解救井是控制井噴的特殊方法。這是一項復雜的作業(yè),包括鉆井、定向、專(zhuān)門(mén)的井噴壓井方法和大的壓井泵送系統。
 
  解救井的目的是把壓井液泵送到噴發(fā)井的井底。由于下列因素,故比較復雜:
 
  ·噴發(fā)井的地表位置沒(méi)有明確的標志,也沒(méi)有其它井場(chǎng)位置作參考;·由于噴井口充滿(mǎn)了沸水,不可能準確地定出井噴噴口的位置,·對‘鉆井井底的位置不能進(jìn)行測量。
 
  然而,井噴又有下列有利條件:
 
  ·井底位置淺,所以難于測量的錐形漏斗小;·原17’/2英寸(444.5mm)的井徑,由于井噴沖蝕而變大;·如果井噴已看不到,解救井就緊靠鉆井,以便與高滲透性熱儲層的頂部或高傳導性斷層相交。
 
  解救井的設計與施工,鉆機應盡可能接近噴發(fā)井,使鉆進(jìn)的角度和水平移距減到最小限度。要求彎曲度為6一7。/100英尺。該消防隊在前一年曾用13。/100英尺的彎曲度施工一個(gè)解救井,控制了一次井噴。盡管大彎曲度不是很理想的,但對淺井是容易控制的。
 
  解救井比典型的地熱井多用一套附加套管柱。它是為解決淺部井噴時(shí)可能發(fā)生地下污染而配備的,這在其它作業(yè)中曾經(jīng)用過(guò)。
 
  主要靶區是熱儲層以上10英尺的井噴井身。即使解救井不與噴發(fā)井相交,解救井將在噴發(fā)井以西15英尺、以東6英尺共21英尺誤差的范圍內與熱儲層或斷層相交。
 
  為了熱水的流散,從最壞的情況出發(fā),按100桶/min的流量,設計建造了一個(gè)容積為7000桶(lii2.9m8)的貯水池。此外,配制了1200桶、密度為11磅/加侖(1318kg/m3)的壓井泥漿,并且_用密度為30磅/桶(85.6kg/m“)堵漏材料配制了300桶的高粘度泥漿,必要時(shí)泵入裂隙。萬(wàn)一有井漏,現場(chǎng)備有壓注柴油—水泥和硅酸鈉球的堵漏材料。壓井液通過(guò)防噴器泵入鉆孔的環(huán)狀空間。在壓井泵送系統與防噴器四通的2個(gè)出口連接,作為主要的流動(dòng)通道,與鉆桿柱連接,以便沿鉆桿泵入壓井液。對該系統作了最大流量為100桶/min的試驗。
 
  壓井作業(yè)該井是按無(wú)異常的情況下鉆進(jìn)設計的。95/:英寸套管下到800英尺深并注水泥。在鉆出馬5/。英寸套管之前,對壓井系統作了流量試驗,對防噴器也進(jìn)行了試壓。全系統功能達到·13·設計要求。
 
  套管內的水泥被鉆到離套管鞋5英尺。然后,進(jìn)行自導定向測量,測定確實(shí)的井位,以決定達到靶區的解救井軌跡是否可被壓井作業(yè)所允許。設計表明解救井應當在3英尺半徑范圍內擊中靶區。
 
  鉆進(jìn)的終孔段與靶區相交。大約在925英尺發(fā)生井漏,按照設計方案繼續鉆到937英尺,漏失速度在允許的范圍內。
 
  關(guān)閉防噴器—首先關(guān)閉環(huán)心,然后關(guān)閉并鎖緊閘板。卸去主動(dòng)鉆桿,接.上泵送接頭,使泵送系統的2英寸管線(xiàn)與鉆桿連接。
 
  通過(guò)3英寸壓井管線(xiàn)開(kāi)始向環(huán)狀空間泵送壓井循環(huán)介質(zhì)。流量從5桶/min提高到25桶/min,共泵送925桶,井噴很快停止,噴井口液面慢慢下降。
 
  假定壓井系統所泵送的壓井用水在噴發(fā)井內不再明顯上升時(shí),則可認為壓井用水沿斷層進(jìn)入熱儲層,使井的周?chē)貙訅毫ι仙?/div>
 
  壓井結束之后,立即注水泥。由于鉆井被抑制,不要期望熱儲層涌出熱流而中斷注水泥。水泥配制如下:
 
  成分數量(桶)水510男氯化鈣40水5防護液40水6水泥〔G級+觸變填加劑(Thixo￡111)〕142置換水56最后加注水泥到862英尺的深度。當考慮到排出液(氣)體的數量和井眼沖蝕時(shí),頂部的水泥應具有一定的深度。
 
  在設備搬到噴井口位置后,對鉆井觀(guān)察36小時(shí),如無(wú)問(wèn)題,表明井噴已被壓死。
 
  噴井口評價(jià)和注水泥壓井作業(yè)的第二階段是從地表注水泥。包括抽出噴井口的水和研究水泥注入地層的方法。
 
  用2500加侖/min(9.5m“/min)的潛水泵排除噴井口的水。由于液面下降,噴井口的陡壁坍塌,對人員在噴井口邊工作或行走時(shí)造成危險。為了安全,將噴井口邊圍起來(lái),經(jīng)過(guò)幾天坍塌井口周?chē)€固下來(lái)。噴井口直徑增加了約30英尺。
 
  井架底座以35。角度下沉在噴井口中,轉盤(pán)在最底下。鉆挺在夾持器中。鉆挺上部母扣已成卵形。噴井口處的許多設備,被土壤覆蓋在井架底座之下。
 
  從噴井口采集了水樣,水溫不高(80一gooF),所以,是來(lái)自地下水,不是來(lái)自熱儲層。
 
  噴井口作業(yè)的主要目的是盡可能深安置良好的水泥塞。
 
  在離原井位3~5英尺處施工一個(gè)鉆孔,鉆頭直徑6’/:英寸,鉆孔鉆至300英尺,此深度應封孔止水,這涉及了當地居民區的用水問(wèn)題。在此深度注入水泥。
 
  深度超過(guò)250英尺鉆井液開(kāi)始汽化,該地區淺部地層溫度比預想的要高得多。
 
  (下轉第7頁(yè))34。(圖1)、勘探砂礫獷床抓斗裝置KFo一12(圖2)。研制了yPB一3A3鉆機用的鉆探與氣動(dòng)取心的整套技術(shù)裝備等。使用這些裝備縮短了勘探周期及保證了高效率。
 
  yFB一50M,yPB一2.5A,yPB一3AM,yPB一ZA一ZrK等鉆機在使用時(shí),配備有遮擋雨雪的外罩。目前使用yyC一1型移動(dòng)式?jīng)_擊鉆機,靠它的沖擊器沖擊地表產(chǎn)生彈性扳動(dòng)以代替用爆破法產(chǎn)生彈性波。
 
  在春秋季節勘探疏松性建材,大量采用水力取心的高效鉆機KrK一100。在冬季對此鉆機進(jìn)行了鉆進(jìn)試驗和用空氣及泡沫洗井試驗。1988年上半年使用泡沫劑鉆進(jìn)了1000多米。應用CBK一255/340振動(dòng)鉆具并配合KrO一12抓斗裝置勘探砂礫礦床是很有前景的。它們的可靠性和高效率已為實(shí)踐所證實(shí)。CBK255/34。鉆具在勃良斯克州和莫斯科州的磷灰巖礦床施工了28個(gè)孔,總進(jìn)尺283.4m。計時(shí)觀(guān)測表明回次平均鉆速為3.7一3.,gm/h。比西馬科夫取土器鉆速高。.3倍。鉆具結構能保證快速取心。巖心采取率為90%~100%。
 
  聯(lián)合體研制的抓斗(與yPB一3A3型鉆機配套)在礫石含量為35%~45%、巨礫含量為20%一35%的地層中能施工深12m,支護外徑為1120~102omm的淺井。在莫斯科州和加里寧州勘探砂礫礦床時(shí),取出的巨礫尺寸為300~40omm,個(gè)別的達到600一650mm。取出的樣品在數量上和質(zhì)量上都完全滿(mǎn)足地質(zhì)要求。目前,根據蘇聯(lián)地質(zhì)部的安排,中央地質(zhì)聯(lián)合體已著(zhù)手研制yPB一2.5A自行式鉆機用的施工孔徑為600~900mm的抓斗裝置?？讖叫?能量消耗下降,鉆速提高、勞動(dòng)條件獲得改善。
 
  今后,提高淺井掘進(jìn)和大口徑鉆孔鉆進(jìn)的效率,必須使施工現場(chǎng)準備、井壁支護、起下鉆作業(yè)、取樣、清除孔口巖石等操作工序實(shí)行機械化。技術(shù)裝備的完善,施工質(zhì)量和工藝水平的提高顯然在一定條件下為過(guò)渡到程序工藝和普遍使用計算機為數據處理和最佳方案的選擇創(chuàng )造了前景。