Question

钻探技术

Answer 1

地热钻探是为勘探和开发蕴藏在地壳内部的地热能源进行的钻探和成井技术。根据不同的目的要求，可以钻成不同深度的地热钻孔，各类地热钻孔的深度如表3-1。地热钻探主要采用石油钻机或岩心钻机。

表3-1 各类地热钻孔深度表

地热钻探主要特点：①钻探中遇到的热储层常具有多孔性、裂隙性，属低压或常压地层，极为脆弱，钻井液易于漏失。因此，必须用清水、优质轻泥浆或空气进行压力平衡钻探或减压钻探，以免使热储层被损坏。②钻入高温热储层（温度达100～200℃）后，下入的生产套管因受热膨胀应力的作用，可造成套管断裂或顶裂井口地盘、套管外水泥环酥裂，酿成热水、热蒸气喷发事故。故要采用套管悬挂或伸缩装置，用加硅粉的耐高温水泥固井，并要加固井口地盘。③孔底高温能破坏泥浆的稳定性，使其组分分解不能发挥钻井液的基本功能（冷却、清洗、护壁、携粉），故地热超过200℃时，要用耐高温的海泡石泥浆、高温处理剂，还必须配备固相控制设备和冷却塔。④防喷设备要齐全，除配齐防喷器组外，还要备10倍于井筒容积的冷水，以备用“冷水控制井喷”。⑤严防腐蚀和环境污染，如废泥浆损害农田、噪音干扰，硫化氢（H₂S）剧毒危及人员生命及腐蚀各类管材、配件，甲烷（CH₄）气体易失火爆炸。必须采用机械的（消声器、分离器、面具、防喷器等）、化学的（如过氧化氢、海绵铁）等方法予以防范。

1.钻探方法

一般地热井钻探采用正循环全面钻进、泥浆钻井液方法。地热钻探采用设备和工艺方法是：浅部地热（＜1000m）基本上与水井钻探相同；深部地热与油井钻探相同；地热钻探一般均要在井口安装防喷器。一般地热井，钻井直径最终不小于152mm。为了增加地热能的产出，已发展了在热储层打定向井和分支井的技术。

2.测井

测井是对地热井钻孔所穿透的地层的各种特性数据记录下来的所有作业。地热测井工作除在钻进、完井和试井过程中进行外，将持续到整个生产期间。常规地热测井的参数有：连续井径、连续井温、电阻率、自然电位a、天然放射性γ、连续井斜、声波补偿。通过测井可以分析判断地层的厚度和岩性、地层温度剖面，热储层位置、测井曲线的连续变化，能准确地反映出地层和岩性剖面。

3.成井

指钻孔达到了预定的深度和预期的目的而结束钻进。成井有几种方式：裸眼成井、衬管成井、套管成井。地热井成井一般步骤如下：①确定生产热水或蒸气的地层的顶部位置；②钻出足够的垂直剖面，以便在现有渗透率下，出现商业性地热水汽流；③使用特定的套管和水泥，把生产层与冷水隔离；④消除可能影响生产层渗透率的钻井液的破坏作用；⑤如可能，用最少的费用在坚密岩层中实现裸眼完井。如果生产层是非固结或不致密地层，则要使用射孔衬管或注水泥的套管；⑥如需要，对注水泥的套管射足够的孔或刻凹槽；⑦安装适当的管衬。

4.洗井

由于工程需要，在钻井作业过程中，将洗井介质由泵注设备经井筒注入，把井筒内的物质（液相、固相、气相）携带至地面，从而改变井筒内的介质性质达到作业要求。这种作业过程叫做洗井。

地热井的洗井方法主要有浸泡洗井药、喷射刷孔、拉活塞盐酸、二氧化碳、压风机和水泵抽水等。

5.抽水试验

抽水试验是目前确定含水层水文地质参数的主要方法。对于地热水井来说，通过抽水试验除可以确定水文地质参数外，还可以确定其可开采量及布井间距。根据全国矿产储量委员会储办发[1996]51号文件《关于地热单井勘查报告审批要求的通知》的规定，地热单井可开采量一般可依据地热井抽水试验资料绘制的Q-f（s）曲线确定水流方程，以内插法计算确定。层状热储地热田，按最大水位下降不大于20m确定热水井可开采量，依据该井开采可能影响区内的可采热储存量与热水井开采期排放的总热量进行热均衡验算，确定地热田面积，估算热水井的井距。因此，对地热水井进行抽水试验既是必要的，也是必需的。