徐冬梅，王 利，王玉民

(吉林省地勘局第六地质探矿工程大队，吉林延吉133401)

海兰1#地热井钻井施工技术

徐冬梅*，王 利，王玉民

(吉林省地勘局第六地质探矿工程大队，吉林延吉133401)

吉林省延边州龙井市海兰1#地热井，完井深度2500.4m，揭露地层情况较为复杂，采用“三开”井身结构。施工过程中根据钻遇地层情况的变化及时调整钻具组合及钻进、钻井液参数，降低了由于地层变化而产生的井斜、漏浆、掉块、井壁坍塌等造成埋钻、卡钻的施工风险，应用随钻减震器解决了因地层蹦跳钻而产生的钻具事故，保证了孔内钻探施工安全及成井质量，为延边地区相同或此类地层的地热井施工提供了成功经验。

钻井；成井结构；沉积岩；延边

1 概述

海兰1#地热井位于龙井市东盛涌镇西2.5km海兰江畔，井口位置为物探方黑龙江904水文地质工程地质勘查院布置，为龙井市开发区项目，我队钻井公司受龙井市建设局委托承揽此区域第一眼地热探采结合井的施工。钻井周期146h，建井周期191h，用以了解地层、岩性、地热流体分布层位、性质，从而为评价、开发区域地热资源提供参数、依据。

2 区域地热地质条件

根据区域地质调查资料，地层为中生界白垩系龙井组和大砬子组沉积岩层。表层为第四系粘土、亚砂土及砂砾石；下部为龙井组粉细砂岩、砂质页岩、含砾粗砂岩、泥岩、砾石；渐深为龙井组和大砬子组砂页岩、砂砾石。区内侵入岩极为发育，主要包括华力西晚期侵入斜长花岗岩、花岗闪长岩，岩体分布受区域性北东向断裂控制，同化和混合岩化作用较强；燕山期侵入辉石安山岩、角闪安山岩，该侵入岩侵入龙井组砂砾岩中。

区内泥岩、砂岩互层频繁，夹有页岩、砂砾层，成孔施工要做好充分准备。预计热储层应在1500m以下砂砾岩中，地温梯度、地层孔隙度、渗透率满足开采地热流体的需要。

3 井身结构设计

根据所钻地层、热储类型、钻井目的、抽水方式、钻井设备、工艺方法等因素综合确定采用“三开”成井井身结构。目的层位白垩系大砬子组砂砾岩层，裸眼或筛管成井（详见表1）。

表1 设计井身结构说明

4 钻井设备及机具

钻机：GZ-2600型，最大钻深2600m（Ø89mm钻杆），转盘通径Ø455mm，大钩负荷135t，动力机200kW电动机1台，280kW柴油机1台。钻塔：K31.5-135∕2.2。泥浆泵：CQ3NB-500型，315kW电动机1台，最大工作压力35MPa，最大排量1470L∕min。同时配套投入震动筛1台，离心除泥机1台，3PN、2PN潜水泵若干台。

5 钻井工艺

5.1 钻进及成井

本地热井钻井工艺主要执行《地热资源地质勘查规范》GB∕T11615-2010。施工程序为：钻进—测井—下管—固井—候凝[3]。钻进方法为三牙轮钻头钻进。

5.1.1 一开井段钻进与成井

采用Ø346mm铣齿三牙轮钻头钻进到稳定泥岩层达到设计深度后通井，充分循环钻井液，提钻下入表层套管。采用提吊法下入[4]，井底预留1m口袋。水灰比0.5的水泥浆全段封固止水，水泥浆返高地表，候凝48h下钻透水泥塞及扫浮鞋。

钻进中针对地层情况主要对钻井液的性能，钻压等钻进参数进行了准确控制，并通过划眼、短起、下管回灌等一些技术措施，降低了细砂岩层塌孔、泥岩层缩径、软硬互层产生井斜等施工风险，保证了井眼安全和开孔的垂直度，使得套管顺利下入，固井成功。

5.1.2 二开井段钻进与成井

二开采用Ø215.9mm镶齿三牙轮钻头钻进。钻井液为聚和物防塌型钻井液。钻具组合为满眼、钟摆式钻具组合[4]，并应用液压式单向随钻减震器[5]，钻进中加强钻井液的净化管理和性能指标控制，加压不超过钻铤重量的80%，解决了因地层蹦跳钻而引发的钻具事故和孔壁剥落、掉块而引起的砂桥卡钻、埋钻等孔内事故。

下管技术措施与一开基本相同。据测井报告实行分段固井，为后续射孔工作做好准备。用水灰比0.5的水泥浆封固，第一段251～977m，第二段1268～1484.6m，与一开套管重叠部分用膨胀橡胶条缠绕加强止水。固井过程中准确计量水泥用量、水灰比、隔离液量、顶替浆量，严格按设计执行[5]。顶替结束后憋压，初凝前及时倒开送入钻具，候凝48h下钻透井。

5.1.3 三开井段钻进与成井

三开井段大砬子组为拟开采目的热储层，为了防止固相颗粒对储层裂隙堵塞，采用低固相聚和物钻井液。从二开到三开结束，随着岩层抗压强度、可钻性的提高在钻头使用方面做了一些调整。

采用Ø152.4mm镶齿三牙轮钻头钻进至2500.4m，根据上返岩样和测井报告基本达到预期，故决定终孔完钻。采用尾管法成井工艺[4]。据电测井三开共有一、二、三类含水层3段，故含水层下入花管非含水层下入套管，下深2451m。在最上段和最下段花管上部各下入1根1.5m长膨胀短节，与二开套管采用悬挂器连接。

5.2 成井结构数据与钻进数据汇总

最终海兰1#完井深度2500.4m，三开结构，悬挂尾管法成井。试验水量30m3∕h，水温35℃。成井及钻进过程主要技术参数见表2～表6。

表2 成井参数

表3 钻具组合

6 施工经验总结

海兰1#地热井的施工，初步摸索和积累了在延边地区沉积岩层钻井的施工经验。

（1）要想保证钻井的垂直度，首先要从钻井机具方面入手，再根据地层的实际情况采取必要的钻进技术措施，这样才能收到良好的效果。本井实现了顶角3.09°、井底位移小于40m的规范要求。

（2）钻铤、钻杆、接头长时间使用，入井前最好做探伤检测，防止为事故埋下隐患。随时掌握钻进情况并给与重视，当同一事故经常发生现有措施解决不了，这时就要考虑采用新工具，引进新工艺来解决问题，加快进度。

（3）前期要多方收集区域地质资料，井身结构设计上充分考虑各种因素的存在、各种可能性，不影响后续洗井、抽水工作，降低施工风险。

（4）以后地热井施工，技术套管固井可以采用“穿鞋”、“带帽”的方法能更好地保证固井质量。

（5）加强钻井液的净化管理是实现顺利钻井的关键环节。

（6）未能对目的层进行局部取芯，井深后岩样迟到时间较长，研磨后的岩样能否准确反映地层的真实情况要予以考虑。

（7）海兰1#井的施工技术措施和技术参数是根据本井的施工设备选定的，还不够成熟、不够经济合理，仅供后续地热井施工技术人员参考、借鉴。

表4 固井及止水参数

表5 钻进技术参数

表6 钻井液配方及性能指标

7 结语

延边地区具有良好的人文环境和自然环境、旅游和饮食独具特色。地热是清洁环保的新型可再生能源，发展前景广阔，市场潜力巨大。龙井市政府前瞻性、探索性地开启了该区地热资源勘探开发之路，为整个区域的地热资源勘探开发工作开了好头，奠定了基础。针对海兰1#地热井的施工和实践，我们总结了几点体会：

（1）进一步完善钻井施工机具，适当引进新工艺、新技术，努力提高钻井施工的技术含量，提高效率的同时增加经济效益。

（2）在以后工作中地质，钻井等方面的专业技术人员应多多积累数据，总结经验，完善地质论证和施工工艺，从专业技术层面为区域地热资源勘探开发提供科学依据。

（3）国家大力提倡推广地热能源开发利用，结合我队的实际情况，我们作为专业的技术队伍更应该努力提高项目的施工能力，努力开拓地热勘探开发市场，使之真正成为我队新的经济增长点，提高经济效益的同时创造良好的社会效益，为地区的经济发展贡献力量。

[1]丁同领，高翯.武汉-1超深地热井钻井成井工艺[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2012,39（8）：23-25.

[2]张耀辉.甘肃敦煌城区DR3地热探采结合孔成井工艺[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2014,41（1）：33-36.

[3]于孝民，杨春光，董国明，湛丹.唐山市第一眼蓟县系地热井钻探及成井技术[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2014,41（2）：41-44.

[4]王新纯.钻探施工工艺技术手册[M].北京：石油工业出版社，2005.

[5]赵金洲，张桂林.钻井工程技术手册[M].北京：中国石化出版社，2007.

P634.5

B

1004-5716(2015)11-0074-04

2014-11-24

徐冬梅（1969-），女（汉族），辽宁鞍山人，助理工程师，现从事探矿工程新技术开发工作。