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高温油气工程技术在干热岩领域的适用性分析

摘要：干热岩是一种特殊的地热资源，具有分布广泛、清洁环保、热能储量巨大的特点。我国3~10km深度干热岩地热资源总量相当于860×1012t标准煤，国家要求积极开展干热岩发电试验，建立2~3个干热岩勘查开发示范基地，形成相关技术序列、孵化相关企业、积累建设经验、条件成熟推广应用。干热岩地层主要岩性为各种变质岩和结晶岩，与常规油气盆地的地层相比，岩石硬度大、抗压强度高、一般在200MPa以上，地层温度一般在150℃以上；干热岩开发过程中高温、坚硬地层给工程技术的应用提出较高的要求。近年来油气资源开发工程技术的逐渐向超深、高温地层发展，相关工程技术已相对成熟，因此研究探讨高温油气工程技术在干热岩领域的适用性，对于推动干热岩资源的开发具有重要意义。基于此，本篇文章对高温油气工程技术在干热岩领域的适用性进行研究，以供参考。
关键词：高温油气工程技术；干热岩领域；适用性
引言
干热岩是不含或仅含少量流体，温度高于180℃，其热能在当前技术经济条件下可以利用的岩体，干热岩岩体可分为侵入岩、变质岩和沉积岩等3类岩体。在当前经济技术条件下，可从干热岩中开采利用的热能，称为干热岩型地热资源，我国干热岩型地热资源从热源成因可划分为：高热流花岗岩型、沉积盆地型、近代火山型、构造活动带型等四类干热岩型地热资源。未来干热岩型地热资源的开发应用主要取决于钻井和人工储层建造的费用，较低的单井钻井成本和较高的储层热交换速率将大大降低增强型地热系统的开发成本。干热岩钻探虽在国外起步相对较早，但耐高温钻具和钻井技术、高温钻井液技术还不够成熟，亦未形成成熟的钻探技术体系。
1我国干热岩的类型及分布
根据地壳结构和成因机制，我国干热岩地热资源可分为：高放射性产热型、沉积盆地型、近代火山型和强烈构造活动带型4种类型，四种类型干热岩的特征简述见表1。

2干热岩钻井技术难点
（1）钻井环境温度高，钻井井下工具抗高温能力不足。干热岩储层温度在350℃以上才具有工业开发价值，但不论是钻头、钻井液，还是各种井下工具都难以适应这样的高温。而且由于钻井环境的温度较高，钻井液及处理剂容易降解失效，难以发挥正常功能。所以，干热岩钻井过程中高温问题给钻头、钻井液等带来严峻的挑战。（2）干热岩钻井深度大，岩石硬度大，破岩效率较低。干热岩井深一般为3~6km，深钻井需要钻穿多套地层，井身结构设计困难。由于干热岩主要岩性为各种变质岩和结晶岩，硬度较大，可钻性极差，常规钻井技术在高温高压下钻井速度慢，周期长，给施工带来极大的挑战。（3）井壁围岩稳定性差。在钻井过程中，围岩会发生热破裂现象，形成大量裂纹，造成掉块、卡钻等事故，而且因为储层中裂缝和断层的影响，钻井过程中容易发生井壁坍塌。干热岩地热储层都曾遇到井壁坍塌的问题。发生井下钻井事故的主要原因是对储层缺乏清晰的认识，缺少高温井的测井数据和分析，导致钻井方法和预防措施不适用于干热岩储层。（4）水力压裂的裂缝扩展预测困难。在干热岩储层中，高温等复杂环境造成测量和监测数据缺失，导致对预测水力裂缝的形态和延伸方位较困难。除了对储层裂缝系统缺乏认识，导致水力裂缝若沿天然裂缝扩展而无法预测其形态以外，另一个预测困难的重要原因是地应力数据不准确，干热岩储层与浅部地壳的地应力通常相差较大，地应力数据的差异也容易导致水力裂缝扩展预测的错误。
3高温油气工程技术在干热岩领域的适用性
3.1高温螺杆钻具的优化与应用
高温高压探井作业具备一定经验，但在高温高压开发井方面的经验为零。随着莺—琼盆地、西湖凹陷等区域的勘探发现，亟需加快高温高压油气的开发步伐。相对于探井而言，高温高压开发井存在诸多难点与挑战：开发井井深和水平位移大幅提升，井身结构、管柱防腐、随钻/定向等井下工具考验严峻；井斜与裸眼段长度增大，钻井液沉降、ECD控制、井控等风险突出；产量高、生产年限长，冲蚀、腐蚀等井筒完整性问题显著。从不同井段、不同工况下、不同耐温螺杆钻具在GR1孔中的使用情况看，单根平均纯钻进时间和平均钻速基本持平，说明对螺杆钻具橡胶材料的优选和钻具的改进是成功的。从干热岩机械钻速对比曲线，无论是普通螺杆钻具复合钻进还是耐高温螺杆钻具复合钻进的机械钻速，均远远高于单纯的转盘钻进机械钻速，说明复合钻进工艺在干热岩钻井中的应用是成功的。
3.2耐高温钻井液的应用
为确保孔内稳定，在高温段使用了新研制的耐高温聚合物防塌钻井液体系进行施工，具体的配方为：水+4%钠膨润土+2%HPS+0.5%高温增粘剂（GDP）+2%降失水剂（GJA）+4%高温封堵剂（GPA-220）+1%高温保护剂（GHTS）+2%~5%消泡剂+2%~5%包被剂。通过对钻井液的粘度、失水量和防塌护壁等性能进行调整，钻井液在井底温度高达236℃的GR1井内循环性能稳定，具有优良的抗高温流变性，悬浮、携带、降温能力强，高温条件下护壁效果显著，大大降低了孔内事故的发生。
3.3复杂领域钻完井技术
超高温高压、超稠油开发、深水深层等复杂领域是世界范围油气发展的热点方向，同时也是技术难度高峰。未来技术发展应紧扣安全和提效主题，主要发展方向包括工程地质精准识别、超稠油多轮次吞吐低成本钻完井及注采、窄窗口控压钻井及固井技术、深部复杂地层储层保护技术等。
3.4石油测录井技术适用性评价
干热岩领域测录井和油气领域测录井过程相似，但由于井身结构、完井方式、井场环境等方面存在着一些差异，测录井设备趋向体积小、重量轻、配置灵活，将电脑、采集系统、绞车控制器三合一体，使之更集成化，人性化。油气测井中典型的高温五参数吸汽剖面测试技术是根据稠油注汽井监测特点开发的一项高温测试技术，主要用于测量稠油注汽井管柱及油层任意点的蒸汽温度、压力、流量等参数，该技术可以用于干热岩开发测试。
3.5数字化与智能化
中国海油初步建立了E-drilling系统，未来将在以下领域持续加强数字化建设。智能钻井方面：智能钻机、井下实时大容量信道通讯、基于Python大数据的钻井溢流预警、深水应急救援、海上平台关键区域“天眼”监控等。智能完井方面：智能井下控制、自动监测井下数据、数据分析和自动干预系统等。
3.6固完井技术适用性评价
国内方面，中石油研发的抗高温外加剂及水泥浆体系耐温200℃；中石化研发的抗高温水泥浆体系耐温220℃，在南方海相、新疆探区成功应用。总的来看，抗高温水泥浆是实现干热岩井筒完整的重要保证，现用工作液体系中部分重要的处理剂还需进口，要实现干热岩的低成本高效开发，必须要进行水泥浆体系的优化改进。
结束语
总而言之，目前我国干热岩勘探技术仍处于探索实践阶段，应该结合国内外实际情况，优选地质靶区，加快干热岩钻探开发示范工程建设，制定全国干热岩资源勘查和开发的标准和规范，尽快形成适合我干热岩开发需求的配套技术方案，为干热岩研究事业打下坚实的基础。
参考文献
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[5]冯晓燕.沈阳地区利用干热岩资源供暖技术研究[D].沈阳建筑大学,2018.

-全文完-