于 磊 王文龙 李永成

(安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，安徽 蚌埠 233000)

气举反循环钻进工艺在地热深井施工中的应用

于 磊 王文龙 李永成

(安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，安徽 蚌埠 233000)

结合工程实例，对气举反循环钻进工艺进行了介绍，描述了该工艺所用的设备与参数选取方法，并对其在地热深井施工中的应用效果进行了分析，总结了施工中出现的问题与解决策略，以更好的满足地热井的施工要求。

地热井，气举反循环钻进工艺，经济效益

地热作为一种新型绿色能源，能够有效地降低常规燃料需求和二氧化碳及氮氧化物等的排放量，从而减少大气污染，符合环保工艺要求。而地热井主要的施工方法为泥浆正循环和气举反循环，本文主要探讨气举反循环钻进工艺。20世纪60年代初期，我国地质、冶金等部门开始分别研制反循环钻机。20世纪70年代～80年代初期，我国已有成功地利用气举反循环钻进工艺进行钻探施工的案例。目前气举反循环钻探技术已在我国获得了一定推广，取得了良好的应用效果，故我们尝试应用该工艺，从而推动该技术的推广与应用[1-3]。

1 工艺应用概况

1.1 工作区地层

施工区域为铜陵地区，工作区域地层主要为殷坑组灰岩、泥质灰岩和孤峰组燧石结核生物碎屑灰岩、白云岩和硅质岩夹硅质页岩；农庄南部及深部为栖霞组生物碎屑灰岩、含燧石条带灰岩及含沥青质灰岩、粉砂岩、粉砂质页岩等。

1.2 井身结构及应用情况

井身结构如表1所示，在地热井钻进施工中，开孔使用泥浆正循环钻进，井深达到115.80 m，已满足气举反循环工艺应用条件，使用气举反循环钻进工艺钻进。气举反循环钻进工艺施工总进尺为1 033.34 m，其中，在φ346 mm井段进尺261.10 m，φ215.9 mm井段进尺732.99 m，φ152.4 mm井段进尺39.25 m。

表1 井身结构表

1.3 气举反循环用设备

根据气举反循环钻进工艺特点、施工所遇地质条件及该地热井井身结构要求等因素，现场使用的主要相关设备器材如下：TSJ2600型水文钻机、27 m AK型钻塔、LG.VF-10/70型空压机、3NB350型泥浆泵、振动筛、除砂器、SG127/60双壁钻具、气水龙头、气水混合器、气举反循环用钻头等。

1.4 钻具组合及钻进参数选择

1)钻具组合。钻孔直径346 mm井段采用气举反循环钻进时，钻具组合为：φ346 mm三牙轮钻头+φ203 mm钻铤+φ178 mm钻铤+φ159 mm钻铤+φ127 mm钻杆+φ89 mm钻杆+φ127 mm双壁钻杆。钻孔直径215.9 mm井段采用的钻具组合为：φ215.9 mm三牙轮钻头+φ159 mm钻铤(φ178 mm钻铤)+φ127 mm钻杆+φ89 mm钻杆+φ127 mm双壁钻杆。钻孔直径152.4 mm井段采用的钻具组合为：φ152 mm三牙轮钻头，上部连接φ121 mm钻铤、φ89 mm钻杆和φ127 mm双壁钻杆。

2)钻进参数选择。现场进行气举反循环施工时，选取的主要钻进参数如表2所示。

表2 钻进参数表

2 气举反循环钻进工艺应用效果分析

气举反循环钻进工艺在地热勘察钻井成功应用后，效果明显，取得了良好的经济效益。与普通牙轮回转钻进相对比，主要成果如下。

2.1 纯钻效率明显提高

岩层以碳酸盐岩石为主，纯钻效率对比见表3。从表3中可知，直径346 mm，215.9 mm，152.4 mm井段，气举反循环平均机械钻速相对于泥浆正循环分别提高了46%，48%，25%。

2.2 能创造更好的经济效益

与普通牙轮回转钻进相比，台月效率提高，缩短了工期，气举反循环钻进工艺进尺1 033.34 m，统计总用时1 175 h；相对于普通牙轮回转钻进工期节省约33%。地层稳定时，可使用清水配合防塌润滑剂钻进，大大节省了泥浆成本。相对于泥浆正循环钻进，使用气举反循环钻进工艺施工，每月节省电力成本约42%。

表3 纯钻效率对比表

2.3 钻孔事故率较小

气举反循环钻进时钻压较小，且井内较干净，岩屑较少，回转扭矩较小，减小了钻进事故发生的概率，不会出现沉砂卡钻。因为不使用泥浆钻进，井内没有泥皮，含砂量亦很小，不会出现压差卡钻。如实际钻进中，由于钻机传动轴打坏，孔内钻具无动力提动，经过6个多小时将钻机修好后，也很轻松的就把孔内钻具提动，保证了施工安全。即使发生钻杆折断，由于井内干净，岩屑较少，用公锥打捞时也较容易。

2.4 提高漏失层钻进效率

在漏失层钻进时，也可以利用地下水作为钻井液，不必进行堵漏作业，从而提高钻进效率和时间利用率。施工时井深40 m左右时漏浆，堵漏效果不理想，影响了钻进效率，提高了钻进成本。而井深200 m左右时，泥浆漏失，使用了气举反循环钻进，实际钻进时很顺利的穿过漏失层，大大提高了钻进效率。

2.5 减少钻井液的漏失，保护储层

由于气举反循环钻进时，环空压耗小，作用与地层的压力小，减少或消除钻井液的漏失，保护含水层。

2.6 所取岩屑部位及时、准确、完整

在钻进过程中，只要岩屑直径不超过钻头中心孔直径便可不经破碎而直接排至地表。由于液流上返速度高，因而岩心先后顺序不存在先后颠倒的状况，混淆小。岩屑在井内停留时间短，能及时准确反映所遇地层情况。

3 气举反循环钻进工艺事故分析

在应用气举反循环钻探工艺时，随着钻井深度逐渐加深，体会到了反循环钻进在深井施工的优点，在施工中也遇到了一系列的问题[4]。

钻探施工中双壁钻杆混台器下方被岩屑堵塞，为防止此类事故发生，一般采取措施如下：减小钻压；钻杆内管内径尽可能是同一尺寸，钻头吸口尺寸应比钻杆内径小15 mm～20 mm；加杆时，先停止回转，待钻井液循环一段时间后，将孔底岩屑排除干净，关气加杆；钻进时突然停气，应及时将钻具提离孔底；下钻时先开气，不允许钻具一下到底，待钻井液循环正常和扫孔到底后正常钻进。出现此类问题解决办法为：上下窜动钻具法、间断停送气法、正循环法解堵，以上方法无效时，需要提钻清除堵塞物。

送气压力降低原因是压缩空气从内管连接处漏失到内腔，导致上返岩屑能力较弱，进尺较慢或者无法正常钻进，一般原因为密封圈磨损、脱落或内管严重磨损导致密封失效。施工中，发现密封不严，须及时提钻更换密封圈。

4 气举反循环钻进工艺应用问题分析与总结

4.1 工艺的适应性

考虑到钻铤加压，气举反循环钻进工艺在深度80 m～100 m左右开始应用。完整基岩地层可采用清水作为冲洗液，使用泥浆可应用于不稳定底层。遇到软硬不均地层，钻进时会出现跳转现象，更换密封圈后很快岩屑无法正常上返，不能正常使用。

4.2 钻具组合的优化选择

深层地热井钻进，钻具重量达到40 t以上，故选用可拆卸式大吨位气盒子，当使用气举反循环时，安装在水龙头上即可使用气举反循环钻进工艺[5]。

使用气举反循环钻进时，上举内通道遵守内径一致性原则。内径变化影响混合液上返速度和上返岩屑能力，现场一开、二开井段施工时，采用直径127 mm的单壁钻杆施工时，上返岩屑颗粒较小，钻进效率降低，原因即为其比其他钻具内径大30 mm左右，不使用时，上返岩屑颗粒正常，钻进正常。

5 结语

安徽省内气举反循环钻进工艺起步较晚，施工经验较少，此次成功应用气举反循环钻进工艺，总结出了地热井施工中该工艺的应用技术要求，同时采用气举反循环钻进相比普通牙轮回转钻进施工，纯钻效率提高25%以上，最高提高近一倍，工期节省近1/3，电力成本节省约42%，钻头的平均进尺提高了至少75%，而且大大节省了泥浆成本，减少了孔内事故的发生，体现了该工艺的先进性、良好的经济性，而随着空压机、双壁钻具等相关设备性能的不断改进，将取得更高的经济效益。

[1] 武汉地质学院.钻探工艺学[M].北京:地质出版社,1981.

[2] 许刘万,刘智荣,赵明杰,等.多工艺空气钻进技术及其新进展[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2009,36(10):8-14.

[3] 熊 亮,张小连,熊菊秋,等.大口径工程井气举反循环钻进效率影响因素初探[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2014,41(5):42-45,49.

[4] 王玉国,肖海龙,谢连生.气举反循环钻进工艺在3512 m深的京热164号井中的应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2009,36(2):9-11.

[5] 崔广心,王德民.钻井法——特殊凿井[M].北京:煤炭工业出版社,1985.

The application of gas lift reverse circulation drilling technology in geothermal deep well construction

YU Lei WANG Wen-long LI Yong-cheng

(FirstHydrologicalandEngineeringGeologicalExplorationInstitute,AnhuiGeologicalProspectingBureau,Bengbu233000,China)

Combining with the engineering example, this paper introduced the gas lift reverse circulation drilling technology, described the process used equipments and parameters selection method, and analyzed the application effect of it in geothermal deep well construction, summarized the problems and solution strategies in construction, in order to better meet the construction requirements of geothermal wells.

geothermal well, gas lift reverse circulation drilling technology, economic benefit

1009-6825(2014)28-0099-02

2014-07-18

于 磊(1986- )，男，助理工程师； 王文龙(1976- )，男，高级工程师； 李永成(1986- )，男，工程师

P634.5

A