高温地热井钻井工艺技术的研究与发展

一、井身结构优化

早期的地热井相对较浅，通常使用单一井径。目前地热资源开发主要集中在中深两层，深度1500-4000米。早期地热井的井结构已不能满足要求。为此，井的结构设计以油井为基础，井的结构设计以储热型为基础。或三个裸眼井结构。砂岩孔隙型储热地热井采用双井结构，开式泵室段（339.70mm套管）*用水泥密封。第二次钻孔后，有两种完井方式：第1种是吊架悬挂177.80mm套管，177.80mm过滤管上部用挡水器密封；第二类用177.80mm套管悬挂，177.80mm过滤管上部用水泥*密封。基岩裂隙型储热井采用三开井结构：一开口泵室段（339.70mm套管）*用水泥密封；第二次钻孔后，用吊架将244.50mm的技术套管和水泥*密封；3个裸眼（215.90毫米）完井或177.80毫米滤水管完井。

二、钻进工艺优化

目前地热井钻井主要采用钻井液正循环钻井工艺、清水正循环钻井工艺、清水充空气正循环钻井工艺、气举反循环钻井工艺。现场施工主要以正循环钻井为主，并积极推广使用气举反循环钻井技术。据初步统计，与积极的循环钻井液相比，气举反循环钻进效率的是增加了1-2次，钻井成本减少了1/3，钻头的使用寿命增加了1-2倍，和水产量增加了1/3。

1、钻井液正循环钻进工艺

虽然地热井钻井的钻进工艺较多，但目前还是以正循环钻进为主。钻井液设计和管理工作的关键是，正确处理漏失、井底高温、卡钻事故、腐蚀及环境保护等问题。漏失地层往往是热储地层，也是易发生涌喷的层位。在正常地层压力梯度下，常用钻井液的密度一般为1.05-1.20kg/L，PH值为9.0-10.0。

2、清水正循环钻进工艺

地热井用钻井液钻进热储层段容易污染储层，降低出水量，因此推荐采用清水作为循环介质进行正循环钻进。清水正循环钻进工艺具有钻速快、洗井效果好、保护热储层、对含水层伤害小、对环境无污染和成本低等优点；其缺点是影响井壁的稳定性、携岩能力低和大量岩屑充填在含水层裂隙中影响出水量。

3、清水充空气正循环钻进工艺

由于地热井储层段极易发生漏失，因此采取将空气注入清水中进行欠平衡钻进的技术措施，其优点主要是：

1）采用清水充空气形成欠平衡状态，使地层水向井内连续流动，阻止清水进入水层，有利于保护热储层；

2）消除压差型漏失；

3）降低井筒内液柱压力，可提高钻速；

4）消除正压差、不形成滤饼，可有效预防压差卡钻。

不足之处是：由于空气在清水中很容易滑脱聚集，因此正常钻进时对钻井施工配合和各工序时间控制的要求很高。例如，接单根时间过长时，环空内钻井液中的空气向上滑脱，形成段塞流，会造成钻井液喷出。

4、气举反循环钻进工艺

气举反循环钻进的优势在于：

1）采用反循环建立抽汲负压系统，解决了漏失严重只进不返情况下的钻进问题；

2）岩渣屑及流体介质均沿钻具中心通道上返，不与井壁及含水层发生接触，且反循环钻进过程同时是抽水洗井过程，有利于疏通含水层孔隙，简化了抽水洗井工序；

3）避免了正循环钻进时流体介质高速上返对井壁的冲蚀，有利于保护井壁、防止坍塌和减少井内事故的发生；

4）反循环通道过流断面面积较小，在满足MIN气流上返速度的前提下所需压缩气体体积流量小，能够节省设备投资、降低空气压缩机燃油消耗；

5）压缩气体、岩渣和钻井液等沿双壁钻具中心通道上返至地表后经排渣管排放到半封闭的箱体中，对环境污染小。该工艺如用清水钻进，还可节约钻井液，钻进过程同时又是洗井过程，与钻井液正循环钻进相比，具有出水量大、洗井时间短、不污染含水层和成井质量好的优点，现场应用效果较好，具有推广应用价值。

三、完井工艺优化

固井地热井固井时，不同管径间的环空处，一定要用水泥封固，否则很可能会影响出水温度。二开井身结构的地热井，表层套管及滤水管以上部分全部采用油井水泥封固；三开井身结构的地热井，表层套管及技术套管部分全部采用油井水泥封固。

早期二开井身结构地热井开采段顶部采用在套管外设置橡胶托盘（伞式、盂式）或缠牛皮带、海带架桥，利用井壁自行垮塌和缩径的方式形成的天然止水，但这种止水方式可靠性差，难以保证止水质量。目前，滤水管以上部分全部采用油井水泥封固的方式止水。

地热井通常采用裸眼完井和滤水管完井2种完井方式。为了获取地热水，地热井一般要采用多种洗井方法洗井，以便使地热井的出水量和水温达到设计要求，并尽量达到出水量及水温。

洗井方法一般可分为机械洗井和化学药剂洗井2类。机械洗井包括喷射洗井、气举洗井、活塞洗井和水泵抽水洗井；化学药剂洗井包括焦磷酸钠洗井、酸化洗井和液态二氧化碳洗井等。地热井洗井时，上述各种洗井方法基本不能单独使用，需要几种洗井方法组合在一起使用，才能形成一个完整的地热井洗井作业流程。

目前，砂岩热储地热井主要采用喷射洗井+气举洗井的洗井方法，基岩裂隙型热储地热井主要采用喷射洗井+酸化洗井（酸压洗井）+气举洗井的洗井方法。

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