李 然 平

(山西省第一水文地质工程地质队，山西 太原 030024)

太原地热资源勘查XNR-2井成井研究

李 然 平

(山西省第一水文地质工程地质队，山西 太原 030024)

以太原西南地热资源勘查项目为例，分析了该项目所在地的地质构造特征、水文地质条件及热储层特征，并对该项目XNR-2井的钻井过程、固井情况及录井工作等进行了论述，得出了一些有价值的结论，以供参考。

地热资源，勘查，钻井，热储层

0 引言

山西省太原市西南部地热资源勘查项目是山西省国土厅批准实施的两权价款项目，由山西省地质调查院申请立项，编写设计，具体实施。

太原西南地热资源勘查项目XNR-2井地处山西省太原市城区南部，行政区划属太原市小店区管辖，具体位置为：太原市南中环街体育路口北张小区附近。地表全部被第四系黄土所覆盖，地势平坦。XNR-2钻孔位于太原市小店区北张村附近，本地热井由山西省地质调查院委托山西省地质工程勘察院组织施工，通过紧张的施工，XNR-2井已经顺利完井竣工。

1 地质部分

1.1 地质构造特征

从大地构造单元看，太原盆地地处山西台背斜中段，东部属太行山断裂隆起带，中部为汾渭地堑新裂谷，西部属吕梁山断裂隆起带。本区构造形迹主要形成于燕山期和喜山期，燕山运动以挤压为主，形成一系列断裂和褶皱。喜山运动以拉张为主，形成了北东向的汾河地堑和张性断裂和节理，并切割了燕山期构造形迹。该区新构造运动活动强烈，构造的形成和活动为地热的形成提供了有利条件。

1.2 水文地质条件

本区域地下水共有四种类型。即松散层孔隙水、碎屑岩类裂隙水、碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙岩溶水和碳酸盐岩类裂隙岩溶水。

1.2.1 松散岩类孔隙水

依地貌单元不同可划分为黄土丘陵区孔隙水、倾斜平原洪积扇孔隙水、冲积平原孔隙水，埋深均在50 m以上。其富水性、成因类型与埋藏条件相关，河谷区为强径流带，山区则次之。中深层孔隙水是市区松散层孔隙水最主要开采层位之一。分布在倾斜平原和冲洪积平原，埋深200 m～400 m左右，由第四系中、下更新统含水层组成。一般厚度大，地下水补给较充沛、富水性较强。20世纪80年代以来，开采量的逐年增加，补排关系失去平衡，地下水位持续下降，局部地区形成许多区域性地下水降落漏斗，一些地区水位降到100 m以下，含水层呈现疏干状态。

1.2.2 碎屑岩类裂隙水

本含水岩组由石炭系、二叠系、三叠系砂岩组成。由于这些层位中页岩、泥岩、砂质泥岩厚度大，含水砂岩一般很薄，地下水赋存条件差，一般含水性较弱。而埋藏在盆地松散层以下的三叠系刘家沟组及二叠系石千峰组地层中，砂岩厚度大，遇裂隙发育部位，富水性较好。

1.2.3 碎屑岩类夹碳酸盐岩裂隙岩溶水

含水岩组为石炭系上统太原组煤系地层的砂岩和海相生物碎屑石灰岩，一般裂隙和岩溶较发育，有的含水层段富水性较强，但由于山区采煤，局部含水层段被疏干；盆地区地热井揭露，富水性中等。

1.2.4 碳酸盐岩类裂隙岩溶水

主要含水岩组为奥陶系中统碳酸盐岩，分布面积广，地层厚度大，划分为上、下马家沟组和峰峰组。上马家沟组含水丰富，岩溶发育，多呈溶孔、溶洞组成峰窝状，为岩溶水的赋存、运移、水循环交替创造了空间条件，加速了岩溶层的溶解、溶滤作用，而断裂构造构成了区域岩溶水深循环通道。

1.3 热储层特征

勘查区热储层为奥陶系中统上马家沟组、下马家沟组碳酸盐类岩溶裂隙型层状热储，地层为中奥陶系灰岩及白云岩。岩性以白云质灰岩、灰岩为主，含有少量泥灰岩，与石炭系本溪组不整合接触；上马家沟组岩性为灰岩、含少量泥灰岩，本组岩溶裂隙发育，为奥陶系主要含水层，也为该区地下热水的主要储热层，本组厚250 m；下马家沟组岩性为白云质灰岩，裂隙较为发育。热储层总厚度约400 m。

地垒之下的奥灰岩溶地下水，深埋于千米之下，导热率达1.7 W/(m·K)～3.3 W/(m·K)，吸收和汇集的热能难以散失，而且既有深部中地壳热源条件，又有热水对流循环的通道密布，是十分理想的热储层。

2 钻井施工部分

2.1 地热井主要成井指标

1)单井成井深度为1 701 m；

2)井口出水量：(降深42.93 m)121.03 m3/h；出水温度37.5 ℃。

2.2 钻进施工

该井为直井，在钻井过程中为保证井身质量，严格按照施工设计进行施工，钻进时，轻压吊打，确保井孔居中，保证表层套管垂直下入，并根据地层岩性特征及时调整钻井参数和泥浆性能，保证顺利测井和技术套管的下入。

2.3 井身结构

井身结构及井管程序表见表1。

2.4 钻井设备

钻井设备表见表2。

2.5 固井情况

φ399.7×9.65 mm泵室管(0 m～232.28 m)，技术管(232.28 m～1 162.07 m)与井壁间的环状部分用水泥进行了永久性封固，水泥凝固48 h对固井质量进行了注水法检测，向套管内注满清水，连续观测3 h，水位下降为零。符合规范规定的观测2 h～4 h，最终2 h水位下降不超过40 mm的标准，该井固井质量优良，止水效果良好。

表1 井身结构及井管程序表

表2 钻井设备一览表

2.6 录井工作

按施工设计，本井232 m～1 162 m，每钻进5 m捞取岩屑样一个，1 162 m～终井每钻进2 m捞取岩屑样一个。全井采集岩屑样455个，所采取的岩屑样均经洗净、晒干、装袋，然后进行了岩石的定名、分层和岩性描述。

施工过程中以小班为单位进行了泥浆温度的观测，同时观测气温，至终井观测60次。井口泥浆温度大致随井深加深逐渐递增，在钻进过程中随时调整泥浆指标和泥浆量，需要不断地调配补充泥浆，各小班所测井口泥浆温度有一定的波动，因此，其对地下热储层温度的估测只起到一定的参考价值。

2.7 洗井

本井洗井钻杆下至1 700 m，用泥浆泵把井内泥浆替出，然后用空压机及泥浆泵联合气举洗井，洗井8 h洗至砂净。上提钻杆至1 500 m，继续洗井，洗井4 h砂净结束。

2.8 试验井情况

取水段：1 162 m～1 701 m；

热储类型：碳酸盐岩类裂隙岩溶水；

取水层厚度：380 m。

2.9 抽放水试验过程

本井进行了3个降次的抽放水试验工作，工作开始前测得静止水位+10.78 m。

在其稳定时间内水量、水位跳动误差均符合规程、规范的要求，抽水试验曲线Q=f(s)，q=f(s)正确，符合规范要求(见图1，图2)。

2.10 热储水文地质参数计算

根据抽水结果，单井完整井稳定流采用裘布依公式与希哈特公式迭代计算获得渗透系数K及影响半径R。

K=0.366Q/M/s×lg(R/r)。

其中，K为渗透系数,m/d;Q为涌水量，m3/d；M为含水层厚度，m；s为抽水水位降深，m；R为影响半径，m；r为抽水井半径，m。

各参数取值及计算结果见表3。

表3 热储水文地质参数计算结果表

3 结论与建议

1)本井在施工过程中严格执行施工设计，科学施工，确保施工质量，取得的资料真实可靠；2)本井达到了设计和合同要求，达到了勘察的主要目的；3)本井水量较大，可转为开采井进行使用；4)建议进行系统的长期动态观测工作，系统的积累资料，为科学、合理地开采提供依据；5)在使用的时候要具备“三表一孔”，即压力表、温度表、流量表和水位检测孔，以便准确及时的记录和掌握井的情况；6)该井水量大、水温高并含有多种微量元素和有益成分，综合利用价值较高。因此应珍惜这一宝贵的地热能源及水利资源，在使用过程中切实充分发挥其效能，做好梯级综合利用规划。还能使这一宝贵的地热资源得到充分利用。不仅可以取得丰厚的经济收益，而且也可以带来巨大的社会效益；7)地下热水资源是一种洁净的无污染绿色新型能源，为一种一朝投入、长期受益的环保型矿产资源，开发利用这一廉价的环保型矿产资源，对自然环境有着明显的现实意义。

Research on Taiyuan geothermal resource survey XNR-2 well completion

Li Ranping

(Shanxi1stHydrogeologicalEngineeringGeologyTeam,Taiyuan030024,China)

Taking southwest Taiyuan geothermal resource survey project as an example, the paper analyzes its geological structure features, hydrogeological conditions and thermal reservoir, discusses the drilling process of the project XNR-2 well, well fixing conditions and well recording conditions, and finally draws some valuable conclusions, with a view to provide some guidance.

geothermal resource, survey, drilling well, thermal reservoir

2014-11-26

李然平(1981- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)04-0091-02

TU412

A