探討礦區地熱井工程施工技術

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摘要：隨著鉆井技術的不斷發展，礦區地熱井挖掘深度不斷增加，自流水量以及井口溫度也在不斷增加，對于各種不同的熱儲層，也出現了不同的施工技術，其中，鉆井工藝和成井技術也出現了不同的方式方法。成井技術作為礦區地熱井開發和發展的重要手段之一，礦區地熱井的開發和開采離不開科學技術的支持，其科學技術的表現方式即為各種成井技術。通過下文，我們將會了解到，成井技術存在著多種方式方法，這些方式方法適用于不同的地層構造或者巖層分布。怎樣利用好這些方法使之有效地作用于礦區地熱井的開發，快速的發展地熱鉆井，更多的開采熱能，讓新能源最大限度地為人類所用，就顯得越發重要。那么在礦區地熱井的開發中，應該注意哪些問題以及怎樣解決呢？我們下文進行簡單地分析。

關鍵詞：礦區；地熱鉆井；工藝；施工技術

地熱鉆井作為一項非常重要的特殊技術，它用于地熱蒸氣和地熱水的鉆井，是勘探和開采地熱流體必須采用的手段之一。礦區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，有少量的超過了3000米。隨著時間的推移和科學技術的不斷發展變化，地熱鉆井技術也在不斷發展著。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展隨著時間的變化逐漸表現出來[1,2]。

1礦區地熱鉆井及其施工技術探討

作為開發礦區地熱資源地熱鉆井過程中的井身結構及套管結構，隨著時間的變化以及科學技術的推進，從20世紀70年代至今，井身結構經歷了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。不得不說由簡入精，井身結構及其配套的套管結構已經越來越成熟完善。地熱市場的占領在于將石油鉆井中先進成熟的工藝和相關的水文、地熱等條件有機結合起來，并且充分引進各種現代的設備，選用優質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。再加上引進現代科學的泥漿工藝，在礦區地熱鉆井過程中，針對不同的地層，采取不同的科學泥漿配方，以達到平衡鉆井的目的。從70年代至今，鉆井工藝也歷經了非常大的變化，其變化更好地適應了現代礦區地熱鉆井的施工和完成。70年代的礦區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，由于礦區地熱井完井工藝的不斷發展和完善，采用水井完井方式的同時還結合了石油完井工藝，針對不同的水層采取不同的方法[3]。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了二氧化碳氣舉、酸化，高能氣體壓裂，壓風機氣舉洗井以及活塞抽吸、高壓噴射沖洗等方法，這些方法對于礦區地熱井的施工都產生了良好的影響。

2成井技術的分析

成井過程是礦區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實現工程的順利完成。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，較為安全。先期完成法是在鉆達到目的層的頂部時，先下入技術套管來固定井壁，再用小尺寸的鉆頭鉆至井深。下技術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足下部施工的需要。先期完成法的缺點在上文中也顯而易見了，它實施起來較為麻煩，因此造成工期較長，投入相對較大。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，先不下技術套管，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一步下入技套或者其他工具來固定井壁。后期完成法同樣具有一些缺點，由其鉆井過程可看出，它對鉆井的技術要求非常高，而且完井下管和固定井壁的工藝也是相當的復雜。裸眼完成法一般適用于井壁比較穩定的地區，比如火成巖類的裂隙型熱儲層等。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，裸眼完成法的優點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，因此不得不說此為一大遺憾。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，其優點不言而喻，即較為簡單且安全。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行取孔以彌補缺點，或者不下濾水管直接在取水段射孔取水。射孔完成法無疑是在施工過程中出現上述兩種或者以上的問題時及時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的成熟和完備。

3結語

成井方法的多樣也在暗示著地形構造的多樣性，只有掌握住每一種成井方法的優缺點，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，以保障地熱井開發過程中必要的人身和設施安全。每個地區的地形和地層構造都存在著多多少少的不同，針對礦區特殊的地層構造，采取不同的完井方法是地熱鉆井的重要原則。礦區熱能不斷地被發掘并且快速地發展，引發地熱井開采的同時，需要不斷改進和完善完井技術，從而推進礦區地熱井的安全有效開發和使用，造福于其他人，同樣也造福于自己。

作者:韓健莊 單位:廣東省地質局第四地質大隊

參考文獻:

[1]沈鍵，胡燕，天津市濱海地區地熱資源分布及開發前景[J]，勘察科學技術，2013,12（6）:38-40.

[2]馬忠平等，天津地區地熱鉆井及成井技術，探礦工程[J]，2013,5（12）:9-23.