探讨矿区地热井工程施工技术

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摘要：随着钻井技术的不断发展，矿区地热井挖掘深度不断增加，自流水量以及井口温度也在不断增加，对于各种不同的热储层，也出现了不同的施工技术，其中，钻井工艺和成井技术也出现了不同的方式方法。成井技术作为矿区地热井开发和发展的重要手段之一，矿区地热井的开发和开采离不开科学技术的支持，其科学技术的表现方式即为各种成井技术。通过下文，我们将会了解到，成井技术存在着多种方式方法，这些方式方法适用于不同的地层构造或者岩层分布。怎样利用好这些方法使之有效地作用于矿区地热井的开发，快速的发展地热钻井，更多的开采热能，让新能源最大限度地为人类所用，就显得越发重要。那么在矿区地热井的开发中，应该注意哪些问题以及怎样解决呢？我们下文进行简单地分析。

关键词：矿区；地热钻井；工艺；施工技术

地热钻井作为一项非常重要的特殊技术，它用于地热蒸气和地热水的钻井，是勘探和开采地热流体必须采用的手段之一。矿区地热钻井的深度一般在1000米到3000米之间，大多数是在2000米左右，有少量的超过了3000米。随着时间的推移和科学技术的不断发展变化，地热钻井技术也在不断发展着。其中井身结构及套管结构、钻井工艺、完井工艺以及洗井工艺不断发展随着时间的变化逐渐表现出来[1,2]。

1矿区地热钻井及其施工技术探讨

作为开发矿区地热资源地热钻井过程中的井身结构及套管结构，随着时间的变化以及科学技术的推进，从20世纪70年代至今，井身结构经历了153/8”+81/2”、171/2”+121/4”+82/2”、171/2”+121/4”+95/8”、171/2”+95/8”、171/2”+121/4”+95/8”+81/2”等几种不同型号的变化，与其配套的套管结构则经历了相应的103/4”+51/2”、133/8”+103/4”+51/2”、133/8”+103/4”+7”、133/8”+7”、133/8”+103/4”+7”+81/2”等几种型号。不得不说由简入精，井身结构及其配套的套管结构已经越来越成熟完善。地热市场的占领在于将石油钻井中先进成熟的工艺和相关的水文、地热等条件有机结合起来，并且充分引进各种现代的设备，选用优质的钻头和各种机械参数，提高钻井的工作效率，缩短建井周期。再加上引进现代科学的泥浆工艺，在矿区地热钻井过程中，针对不同的地层，采取不同的科学泥浆配方，以达到平衡钻井的目的。从70年代至今，钻井工艺也历经了非常大的变化，其变化更好地适应了现代矿区地热钻井的施工和完成。70年代的矿区地热井的完井工艺主要采用水井式的完井方式，对于水层采用笼式过滤管，入井后采用投填砾料的方式，止水则采用投泥球封隔止水的古老方法。而90年代之后，由于矿区地热井完井工艺的不断发展和完善，采用水井完井方式的同时还结合了石油完井工艺，针对不同的水层采取不同的方法[3]。传统的水井洗井方法就是反复地抽取和吸取。在地热井中则逐步引进了二氧化碳气举、酸化，高能气体压裂，压风机气举洗井以及活塞抽吸、高压喷射冲洗等方法，这些方法对于矿区地热井的施工都产生了良好的影响。

2成井技术的分析

成井过程是矿区地热井施工中最为重要的工序之一，由于不同的地热井所处的大地构造背景和热储层岩性不同，因此需要采用不同的成井方法来实现工程的顺利完成。就目前国内相对比较成熟完善的成井方法而言，先期完成法、后期完成法、裸眼完成法、筛管完成法和射孔完成法这几种成井方法是比较具有代表性的。先期完成法适用于井比较深、上部地层比较复杂的地热井，它是在钻井中采用分别排除的方法的一种钻井工艺，较为安全。先期完成法是在钻达到目的层的顶部时，先下入技术套管来固定井壁，再用小尺寸的钻头钻至井深。下技术套管是为了能够封固住非采水段的井壁，隔绝深浅地层水以及满足下部施工的需要。先期完成法的缺点在上文中也显而易见了，它实施起来较为麻烦，因此造成工期较长，投入相对较大。后期完成法能够根据钻孔的资料自由地选择取水井段，而且其钻井的工期较短，投入相对较小。后期完成法和先期完成法的区别在于，它在钻达到目的层的顶部时，先不下技术套管，而是用原有尺寸的小钻头钻至完钻井深，再根据各项资料的显示进一步下入技套或者其他工具来固定井壁。后期完成法同样具有一些缺点，由其钻井过程可看出，它对钻井的技术要求非常高，而且完井下管和固定井壁的工艺也是相当的复杂。裸眼完成法一般适用于井壁比较稳定的地区，比如火成岩类的裂隙型热储层等。它采用的是不下井管的方法，相较于其他需要下井管的方法而言，裸眼完成法的优点在于其出水口的截面积较大、出水量较大、阻力较小并且不易发生堵塞事故以及投资较少等。但是这种方法却不适用与砂泥浆剖面的地热井，因此不得不说此为一大遗憾。筛管完成法一般适用于砂泥岩剖面等沉积型的地层。它采用的是在取水段下入筛管的完井方法，此种方法若辅以填沙工艺即可起到防塌和防砂的作用，其优点不言而喻，即较为简单且安全。射孔完成法是一种较为特殊的完井方法，它主要是针对水量不足而未取水层段进行取孔以弥补缺点，或者不下滤水管直接在取水段射孔取水。射孔完成法无疑是在施工过程中出现上述两种或者以上的问题时及时采取的一种完井方法。由此我们可以看出完井方法的多样性以及其技术的成熟和完备。

3结语

成井方法的多样也在暗示着地形构造的多样性，只有掌握住每一种成井方法的优缺点，才能够熟练而不失稳重地把不同地形构造的地热井安全有效地完成，以保障地热井开发过程中必要的人身和设施安全。每个地区的地形和地层构造都存在着多多少少的不同，针对矿区特殊的地层构造，采取不同的完井方法是地热钻井的重要原则。矿区热能不断地被发掘并且快速地发展，引发地热井开采的同时，需要不断改进和完善完井技术，从而推进矿区地热井的安全有效开发和使用，造福于其他人，同样也造福于自己。

作者:韩健庄 单位:广东省地质局第四地质大队

参考文献:

[1]沈键，胡燕，天津市滨海地区地热资源分布及开发前景[J]，勘察科学技术，2013,12（6）:38-40.

[2]马忠平等，天津地区地热钻井及成井技术，探矿工程[J]，2013,5（12）:9-23.