河套盆地西部地區(qū)地熱井鉆探工藝研究與應用

王曉民

（中國煤炭地質總局 第二水文地質隊，河北 邢臺 054000）

1 概 況

近些年，一些地方根據(jù)區(qū)域地理優(yōu)勢，對本區(qū)域所賦存的地熱資源進行開發(fā)利用，取得較好的效果。地熱資源開發(fā)利用顯示了很好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。隨著煤炭、石油等常規(guī)能源的緊缺和社會環(huán)保意識增強，開發(fā)利用地熱資源的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益將會更加凸顯。

內(nèi)蒙古自治區(qū)磴口縣位于河套盆地西部邊緣地區(qū)，該區(qū)域為中新生代斷陷盆地，北依狼山、南鄰鄂爾多斯高原，呈東西向寬帶狀展布，黃河由南西經(jīng)磴口向北東流經(jīng)平原區(qū)，海拔標高在1 030—1 050 m，相對高差最大為10 m，總體地勢北高南低。施工區(qū)熱儲層主要為第四系下部及新近系中上新統(tǒng)含水巖層。根據(jù)臨深3 鉆孔及臨LR1 地熱鉆孔測溫結果，1 200～2 800 m 第四系下部、新近系上新統(tǒng)細砂巖、粉細砂巖含水層，得出該熱儲層單井涌水量在500 ～2 500 m3/d，出水溫度可達57.56～78.65℃。該層在河套盆地分布穩(wěn)定，累計厚度可達400 m 以上，地層滲透率在50～1 200 md，構成工作區(qū)主要的熱儲層。

2 鉆井實際程序

2.1 井深結構

“一開”孔徑444.5 mm，深度為0.00～500.00 m，套管φ339.7 mm×9.65 mm，深度為0.00 ～500.00 m；“二開”孔徑311.1 mm，深度為500.00～2 300.26 m，下入深度為452.00～2 300.26 m，詳見表1 和圖1。

表1 井身結構與管材結構Table 1 Well structure and pipe structure

圖1 井身結構示意Fig.1 Well structure

2.2 施工設備

本井設計2 300.00 m，根據(jù)施工需求采用施工設備主要為TSJ-3000 型鉆機、JJ31-150 型A 型鉆塔、QF-500 型泥漿泵、電動機（泥漿泵） 200 kW×2、電動機（鉆機） 90 kW×2、2NT 型泥漿測試儀、牙輪鉆頭（φ444.5 mm、φ311 mm）、鉆鋌（φ241 mm、φ203 mm、φ178 mm、φ159 mm）、鉆桿（φ114 mm、φ89 mm） 等。

2.3 施工過程

2.3.1 “一開”鉆進過程

6 月27 日開鉆，采用鉆具組合為φ444.5 mm三牙輪鉆頭+φ241 mm、φ203 mm、φ178 mm、φ159 mm 鉆鋌+φ114 mm 鉆桿+108 mm×108 mm四方立軸。

7 月1 日鉆進至井深500.00 m，7 月2 日進行0～500.00 m 地球物理測井；7 月4 日下入φ339.7 mm×9.65 mm J55 石油套管，下入井段為0 ～500.00 m，管外（即0～500.00 m） 用P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥38 t，進行全井段封閉止水，候凝72 h 后；7 月6 日試壓，使用3 MPa 的壓力保持30 min 不降壓， 滿足 《地熱井鉆探規(guī)程》（DZ/T0260-2014） 中的試壓要求，質量合格。2.3.2 “二開”鉆進過程

7 月7 日開鉆，采用鉆具組合為φ311.1 mm復合片鉆頭+φ203 mm、φ178 mm、φ159 mm 鉆鋌+φ114 mm 鉆桿+φ89 mm 鉆桿+108 mm×108 mm 四方立軸。

8 月22 日～23 日一次性下入φ244.5 mm×8.94 mm 組合套、濾管1 848.26 m，下入深度為452.00～2 300.26 m；8 月23 日對孔內(nèi)套管進行“穿鞋”固井止水作業(yè)，候凝72 h；8 月26 日對孔內(nèi)套管進行“戴帽”固井止水作業(yè)；8 月28 日進行二次“戴帽”固井止水作業(yè)，共注入P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥13 t；8 月30 日試壓，使用3 MPa 壓力保持30 min 不降壓，滿足《地熱井鉆探規(guī)程》（DZ/T0260-2014） 中的試壓要求，質量合格。

8 月31 日～9 月25 日采用清水沖孔、三聚磷酸鈉藥液浸泡、空壓機洗井、潛水泵抽水洗井，最終達到水清砂凈。

9 月26 日～10 月16 日進行試降壓試驗（3 個落程）、恢復水位；10 月17 日探孔驗收交孔。

2.4 成井工藝

此次鉆探工作要求進行地熱綜合測井，測井工作分兩次進行。

（1） 使用KH-2 型測井儀進行了0～500.00 m測井，測井項目為井深、井斜、井徑、井溫、視電阻率、自然電位、自然伽瑪?shù)取＠L制綜合測井曲線圖（比例尺1∶500），定量解釋了各地層厚度、埋藏深度。

（2） 使用SKD3000D 型測井儀進行了500～2 300.26 m 測井，測井項目為井深、井斜、井徑、井溫、聲波時差、微電位、微梯度、固井聲幅、自然電位、自然伽瑪、礦化度測井等。定量解釋500～2 300.26 m 各含水層厚度、埋藏深度、地層視電阻率值、泥質含量、有效孔隙度、飽和度、地層水礦化度及滲透率，本井共解釋各類水層82 層。

3 降壓試驗

3.1 試驗類型與設備

試驗類型為單井降壓試驗，降壓試驗設備為250QJ120-200/110KW 熱水潛水泵，下深為192.00 m，含水層起止深度1 421.30～2 150.70 m，利用厚度為330.60 m，管徑為244.5 mm。

3.2 降壓試驗結果

9 月26 日～10 月16 日進行了正式降壓試驗，詳見表2。

表2 降壓試驗成果Table 2 Results of depressurization test

3.3 降壓試驗資料分析

共進行了3 個落程的降壓試驗。第一個點降深4.82 m、出水量2 079.84 m3/d、水溫53℃；第二個點降深9.73 m、出水量2 634.48 m3/d、水溫55℃；第三個點降深14.94 m、出水量3 143.52 m3/d、水溫55℃。據(jù)此結果，選用承壓完整井穩(wěn)定流公式計算水文地質參數(shù)：

式中：K為滲透系數(shù)，m/d；Q為出水量，m3/d；M為含水層厚度，m；S為降深，m；R為影響半徑，m。將數(shù)據(jù)帶入式（1），計算結果見表3，降壓試驗曲線如圖2 所示。

表3 降壓試驗成果計算Table 3 Calculation of depressurization test results

圖2 降壓試驗曲線Fig.2 Depressor test curve

4 結論與建議

完成地熱井一眼，井深2 300.26 m，地熱井單井出水量達130.98 m3/h，水溫55℃，屬溫熱水。本井熱儲層為新近系層狀熱儲層，取水段為1 421.30～2 150.70 m，沉積厚度較厚、溫度較高，礦化度較高，是優(yōu)質的地熱資源用水。各項技術指標滿足相關規(guī)范、規(guī)程要求，工程質量優(yōu)良。

地熱資源為新型環(huán)保能源，具有投資少，見效快的特點。但其屬于消耗型能源，因此，在開發(fā)利用過程中應有計劃、有限制地開采，避免開采量過大造成水位下降過快，以致縮短水井使用壽命；在使用中，應保護好井口，嚴防向井內(nèi)落物和流入泥砂，達到長期使用的目的。