LQDR-1 地热温泉井钻井施工技术.pdf
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1、第 50卷增刊2023年 9月Vol.50 Sup.Sep.2023:309-315钻探工程Drilling EngineeringLQDR-1地热温泉井钻井施工技术冯红喜1,赖子威2,万振卓2,杨永明1,封优生1,李海兴1,杨炀2,李林庆1,郑秀华2(1.河北伟业地热新能源科技有限公司,河北 邯郸 057650;2.中国地质大学(北京),北京 100083)摘要:地热资源是一种清洁、安全、可靠、稳定的可再生能源。LQDR-1是一口地热温泉井,设计井深 3500 m,实际完钻井深 3201.2 m。热储属于裂隙型,设计靶区范围较小,钻井的针对性、目的性比较强,且地层倾角大、可钻性差。在一开、二
2、开井段,为减少井底水平位移,提高中靶率,LQDR-1井采用了塔式+钟摆钻具组合,通过优化钻具组合及钻井参数,全井保持了较低的井斜和较高的井身质量。在三开、四开井段,采用气举反循环钻井工艺钻进热储地层,一方面可以解决大口径多开次地热井环空携岩能力较差问题,另一方面可避免或减少伤害储层,保持地层最大出水能力,提高单井出水量。关键词:地热资源;地热温泉井;井斜控制;塔式+钟摆钻具组合;气举反循环;沉没比中图分类号:P634;TE242 文献标识码:B 文章编号:2096-9686(2023)S1-0309-07Drilling technology for LQDR-1 geothermal hot
3、 spring wellFENG Hongxi1,LAI Ziwei2,WAN Zhenzhuo2,YANG Yongming1,FENG Yousheng1,LI Haixing1,YANG Yang2,LI Linqing1,ZHENG Xiuhua2(1.Hebei Weiye Geothermal New Energy Technology Co.,Ltd.,Handan Henan 057650,China;2.China University of Geosciences(Beijing),Beijing 100083,China)Abstract:Geothermal energ
4、y is a kind of renewable energy sources which is clean,safe,reliable and stable.LQDR-1 is a geothermal hot spring well with a design depth of 3500m and an actual drilling depth of 3201.2m.The geothermal reservoir is fracturing type,with a small designed target area,strong drilling pertinence and pur
5、pose,large dip angle and poor drillability.In the first and second well section,the LQDR-1 well adopts a drilling assembly of tapered+pendulum type in order to reduce the horizontal displacement at the bottom of the well and improve the hit rate.Through optimizing the drill collar string and drillin
6、g parameters,the entire well maintains a lower wellbore inclination and higher wellbore quality.In the third and fourth well section,the airlifting reverse circulation drilling technology was used to drill into the geothermal reservoir,which can solve the problem of poor cutting carrying capacity in
7、 the annulus of largediameter and multi opening geothermal wells,on the other hand,the damage to the reservoir can be avoided or reduced,the maximum water output capacity of the formation is maintained,and the water output of a single well is increased.Key words:geothermal resources;geothermal hot s
8、pring well;inclination control;tapered+pendulum type assembly;airlifting reverse circulation drilling;submergence ratio0引言地热资源集热、水、矿为一体1,是一种清洁、安全、可靠、稳定和可再生的低碳能源,被公认为优于其他可再生能源,在供暖、发电、洗浴、医疗保健、矿收稿日期:2023-05-31;修回日期:2023-08-26 DOI:10.12143/j.ztgc.2023.S1.048基金项目:雄安新区科技创新专项“雄安新区地热资源高效钻井与开采新型技术应用研究”(编号:20
9、22XAGG0500);国家自然科学基金项目“钻井液在 EGS热储环境下反应及其对热储伤害机制研究”(编号:42172342)第一作者:冯红喜,男,汉族,1972 年生,工程师,探矿工程专业,从事钻探技术开发和管理工作,河北省邯郸市广平县金广源路 91 号,。引用格式:冯红喜,赖子威,万振卓,等.LQDR-1地热温泉井钻井施工技术 J.钻探工程,2023,50(S1):309-315.FENG Hongxi,LAI Ziwei,WAN Zhenzhuo,et al.Drilling technology for LQDR-1 geothermal hot spring well J.Drill
10、ing Engineering,2023,50(S1):309-315.2023年 9月钻探工程泉饮用、种植与养殖等方面应用广泛2。高效开发利用地热资源,对地热井钻探的质量要求尤其是井斜的要求比较高,井底位移及“狗腿度”均不可过大3-4。尤其是裂隙型热储5一般发育在地层的裂缝、裂隙、断层或破碎带中,设计靶区范围较小,钻井的针对性、目的性比较强,井底位移偏移过大就有可能偏离靶区,导致无水或枯水等现象。地热钻井工艺根据循环流体的不同,可分为传统泥浆正循环钻井工艺6、空气潜孔锤钻井工艺7、泡沫钻井工艺8、充气液钻井工艺9及气举反循环钻井工艺。传统泥浆正循环钻井工艺应用时间最早,发展最为成熟,适用性最
11、强10,但由于泥浆密度较大,在地热井钻探过程中很难实现欠平衡钻进,空气潜孔锤、气举反循环等其他钻井工艺或由于工艺特性或通过参数调节,都可实现欠平衡钻进,达到不伤害储层的目的。本文重点介绍 LQDR-1 地热温泉井泥浆正循环钻井工艺井斜控制方法及气举反循环钻进热储关键技术,分析其在地热深井中的应用效果和优势。1LQDR-1井概况LQDR-1地热温泉井位于太行山北部山区的废弃矿山治理区,该地区属于缺水山区,在该井附近没有完井成果较好的地热井,现设计井深 3500 m,实际完井深度 3201.2 m(已达地质目的,按要求完钻),该区断层发育丰富,地热资源类型为裂隙型。1.1地质概况勘查区地层垂向分布
12、依次为奥陶系(O)、寒武系()、中元古界(Pt2)、下元古界(Pt3)。井口海拔257 m。1.2井身结构LQDR-1 井实际完井深度 3201.2 m,采用四开井身结构(见图 1)。一开 444.5 mm 牙轮/PDC钻头钻进至 602 m;下 入 339.7 mm9.65 mm 泵 室 管,所 用 管 材 为API标准 J55无缝石油套管。二开 311.1 mm 牙轮/PDC 钻头钻进至 1900 m;下入 244.5 mm8.94 mm 技术套管,所用管材为 API标准 J55无缝石油套管。三开 215.9 mm 反循环牙轮钻头钻进至 2817 m;下入 177.8 mm8.05 mm
13、技术套管,所用管材为 API标准 J55无缝石油套管及花管。四 开 152.4 mm 反 循 环 牙 轮 钻 头 钻 进 至3201.2 m,裸眼成井。1.3施工难点(1)地层坚硬。本井钻遇地层岩性主要是灰岩、白云质灰岩、角砾状灰岩、灰色层状白云岩、燧石结核燧石条带白云岩、石英砂岩,长石石英砂岩等,下部井段以变质岩为主(大理岩化白云岩),属中硬坚硬岩石,可钻性 610 级,具有强研磨性,可钻性极差,钻效低,难以发挥大功率石油钻机优势,只能通过优选钻井工艺和钻头型号以提高钻效。(2)地层倾角大,极易导致井斜。根据出露地层剖面倾角分析,工区内断层发育,产状不一,地质条 件 异 常 复 杂,常 规
14、钻 具 组 合 控 制 井 斜 难 度较高11-12。(3)下部地层(1900 m 以深)易发生坍塌、掉块、破碎等不利情况,井底沉砂多,采用清水气举反循环钻进13,若操作不当易造成卡钻或堵钻事故。2钻探设备LQDR-1井采用 ZJ40型钻机进行施工,主要设备如下:JJ225/43K 型井架,PZ12V190B 型柴油机 3台,400kw 节能发电机 1 台,3NB-1300 型泥浆泵 2台,SF-10/250 型 空 气 压 缩 机 1 台,振 动 筛 2 台,ZQJ2502/1.50.6 型除砂器 1 台,ZCJ10010 型除泥器 1台,LW450-842NA 型离心机 1台。施工现场见图
15、 2。3泥浆正循环钻进一开、二开井段采用泥浆正循环钻进工艺施工。图 1LQDR-1井井身结构310第 50卷增刊冯红喜等:LQDR-1地热温泉井钻井施工技术3.1钻具组合及钻进参数3.1.1一开井段(0602 m)钻具组合及钻进参数地表地层岩性为石灰岩,仅靠水力冲击开孔难度较大,且若开孔不正对后续的施工会造成一定的困难,因此采用常规泥浆正循环回转开孔。在设备安装阶段校正、固定好,以保证开孔及后续施工的安全;做到井口、天车、转盘三点一线,使用转盘旋转开孔。在开孔阶段(012 m),采用 444.5mm PDC钻头+731730 接头+731410 变径接头+127 mm 钻杆+133 mm133
16、 mm 方钻杆的钻具组合。钻进参数:钻压 510 kN,转速档(55 r/min),泥浆排量 2255 L/s。常规泥浆螺杆复合钻进阶段(12602 m),采用444.5 mm 牙 轮 钻 头+244.5 mm 直 螺 杆+228.6 mm 钻铤1 根+406 mm 扶正器+228.6 mm 钻铤2 根+731410 变径接头+177.8 mm钻 铤 6 根+127.0 mm 钻 杆+133 mm133 mm 方钻杆的钟摆复合钻具组合。钻进参数:钻压200350 kN,转速档(55 r/min+螺杆转速),泥浆排量 55 L/s,泵压 36 MPa。钻压可根据地层倾角及井斜变化趋势进行调整,为
17、有效控制井斜,可采用 150300 kN钻压进行吊打。3.1.2 二 开 井 段(6021900 m)钻 具 组 合 及 钻 进参数由于该井地层倾角大、可钻性差,二开井段钻进时选用 2种大钟摆钻具组合:(1)同一开井段选用的钻具组合相类似,此钻具组合适合 PDC 钻头钻进,在软硬胶结不均质性强地层应用效果良好。311.2 mm PDC 钻头+244.5 mm 直螺杆+228.6 mm 钻铤1 根+308 mm 扶正器+228.6 mm 钻铤2 根+731410 变径接头+177.8 mm 钻铤6 根+127.0 mm 钻杆+133 mm133 mm 方钻杆。钻进参数:钻压 100150 kN,
18、转速档(55 r/min+螺 杆 转 速),泥 浆 排 量 55 L/s,泵 压 615 MPa。钻压可根据地层倾角及井斜变化趋势进行调整,采用 80100 kN 钻压进行吊打,井斜控制效果良好。(2)适用于采用牙轮钻头钻进极硬变质岩地层的钻具组合。311.2 mm 牙轮钻头+228.6 mm钻铤2根+308 mm 扶正器+228.6 mm 钻铤1 根+731410 变 径 接 头+177.8 mm 钻 铤 6根+127.0 mm 钻杆+133 mm133 mm 方钻杆。钻进参数:钻压 100150 kN,转速档(55 r/min),泥浆排量 55 L/s,泵压 912 MPa。钻压可根据地层
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