地熱鉆探技術(shù)研究與應用

1、地熱鉆探技術(shù)研究與應用摘要】當前，地熱資源作為新型綠色能源步入國家能源格局的序列，得到了高層和行業(yè)前所未有的重視，地熱市場具備可持續(xù)開展的經(jīng)濟社會環(huán)境。近年國家及地方各級政府相繼出臺了一系列文件，提倡鼓勵開發(fā)地熱能等清潔能源，以實現(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)境保護等目的，地熱能產(chǎn)業(yè)迎來巨大開展機遇。本文在此根底上就地熱鉆探技術(shù)應用的相關(guān)內(nèi)容進行了簡要的分析。【關(guān)鍵詞】地熱鉆探技術(shù);研究;應用1地熱鉆井主要問題分析國內(nèi)地熱鉆井技術(shù)是在水文水井鉆探工藝根底上開展起來，無論是設(shè)備還是工藝均處于一個落后狀態(tài)，根本以三牙輪正循環(huán)泥漿鉆進工藝為主。就目前實際鉆井效率情況看：砂土松散地層510m/h之間;較軟基巖地層12

2、m/h之間;堅硬地層0.10.8m/h之間。因此可知：地熱鉆井的主要問題是鉆效低。由于鉆井效率低，最終導致鉆井本錢高、泥漿對地層污染程度高、洗井困難以及誘發(fā)井壁失穩(wěn)、坍塌、埋鉆等事故。造成鉆井效率低的主要因素諸多，如設(shè)備能力、鉆頭適宜性、鉆井液性能、鉆進壓力、人員素質(zhì)，以及鉆井液的上返速度問題。目前國內(nèi)多數(shù)地熱井施工單位所使用的泥漿泵型號為TBW1200/7和QZ3NB-350、QZ3NB-800型泥漿泵。當井深大于500m時TBW1200/7型泥漿泵的排量顯然滿足不了正常的上返速度、井底巖屑重復破碎和鉆頭損耗嚴重，其鉆井效率急劇下降。為解決這一問題，QZ3NB-800型泥漿泵驅(qū)動功率較大，在

3、城市中使用受到噪音和變壓器等限制。2地熱鉆探技術(shù)的應用要點2.1氣舉反循環(huán)鉆進目前我國地熱鉆井深度一般在一千米至四千米之間。在巖溶、裂隙型熱儲地層，構(gòu)造較為發(fā)育，破碎、漏失情況普遍，鉆井難度較大。鉆遇漏失地層時，通常對策為堵漏或者頂漏鉆進。其中堵漏鉆進，耗時耗力耗物，且在主要取水目的層，會堵塞含水通道，造成出水量減小;而頂漏鉆進，在某些比較破碎的地層，難以建立有效的循環(huán)，造成巖屑重復破碎、堆積等，容易造成埋鉆，卡鉆等事故。氣舉反循環(huán)的工作原理是將壓縮空氣通過氣水龍頭等供氣管路送至孔內(nèi)的氣水混合器，同時將壓縮空氣與鉆具內(nèi)的鉆井液混合，形成比重小的多態(tài)混合液?；旌弦涸阢@具內(nèi)外液面壓力差的作用下，沿

4、鉆具內(nèi)腔返出至地表，鉆井液去除固相顆粒后重新返流入井內(nèi)環(huán)狀間隙，形成反循環(huán)。氣舉反循環(huán)鉆進工藝的適用范圍1氣舉反循環(huán)工藝使用范圍廣，可應用于大口徑工程地質(zhì)鉆探、地質(zhì)礦產(chǎn)鉆探、地熱和水文水井鉆探等各類型鉆探工程。2需能在鉆具內(nèi)外腔的壓力差作用下建立循環(huán)，到達適宜的漂浮系數(shù)。3不宜在水敏性強的粘土、泥巖等地層使用。水敏性強粘土、泥巖等地層，鉆進時產(chǎn)生的泥質(zhì)巖屑在壓差作用下，會吸附積累于鉆桿內(nèi)壁，假設(shè)不能及時排除，很容易堵塞過水通道。4不宜在特別嚴重漏失或破碎孔段鉆進。在地層漏失特別嚴重情況，會加大鉆井液補充本錢，且?guī)r屑無法按正常循環(huán)通道返出，極易產(chǎn)生事故;在嚴重破碎等不穩(wěn)定孔段，由于缺少鉆井液的護

5、壁平衡作用，易坍塌，造成卡鉆或埋鉆等事故。2.2鉆進液回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)在運用鉆進液回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)是首先應對鉆壓、鉆的轉(zhuǎn)速及泵量進行控制，同時在進行具體施工時還應保證可以符合以下操作要求：第一，在進行深部鉆進加壓時可選擇使用鉆鋌加壓的方式，應保證鉆鋌的總重量是鉆壓值的1.3倍。第二，在選擇鉆頭型號時，應保證可以滿足所需要鉆進地層及鉆進孔徑的實際要求。在正式鉆進前應先對鉆頭的磨損狀況及鉆頭水眼的通暢性進行檢查，嚴禁使用沒有到達施工要求的鉆頭。如果在鉆進時使用的是新鉆頭可以先磨合鉆進0.5米，再根據(jù)實際情況對鉆壓進行增加。第三，單根鉆桿鉆進前可以先開鉆并啟動回轉(zhuǎn)器，再將鉆具放到井下，并根據(jù)鉆進情況增加鉆壓

6、。在下鉆時相關(guān)的技術(shù)人員應保證穩(wěn)定性，當遇到阻礙時不得用猛力。第四，在鉆進時，相關(guān)的技術(shù)人員應保證鉆孔內(nèi)部的清潔性和孔壁的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)卡鉆和埋鉆情況。第五，鉆進時如果遇到泥巖段并出現(xiàn)鉆進速度下降的情況時，可以將鉆壓進行提升同時減慢鉆進速度;如果遇到硬夾巖層，會出現(xiàn)憋鉆情況，這時同樣將鉆壓降低并減慢鉆速，當鉆穿硬夾巖層后再繼續(xù)應用正常參數(shù)進行鉆進;當鉆進時巖層出現(xiàn)卵礫石或破碎地帶時，應及時的對鉆壓進行調(diào)整，并適當?shù)臏p慢鉆進速度，防止鉆頭在井底出現(xiàn)震動、憋車及跳動情況。2.3氣動潛孔錘鉆技術(shù)使用氣動潛孔錘鉆進技術(shù)過程中，需要充分保證以下幾個施工條件：首先使用氣動潛孔錘鉆進過程中，需要對所連接的

7、鉆桿進行穩(wěn)定性檢測，保證鉆桿內(nèi)部的通暢性，在進行鉆孔施工之前，需要在地外表進行氣動潛孔錘的啟動實驗，充分保證內(nèi)部的沖擊器和卡套屬于正常的工作狀態(tài)，然后從前方來進行鉆探操作。其次，在每一次氣動潛孔錘的鉆進工作當中不能直接深入到井底，可以先將鉆頭先鉆進0.5米左右的距離，然后通過打通之后再進行后續(xù)的鉆進操作。鉆頭在鉆進過程中遇到巖石層需要立即啟動沖擊器，如果沖擊不完全可以將鉆具進行上下擺動，保證正常沖擊的條件下再進行鉆井參數(shù)的調(diào)整，如果運用氣動潛孔錘鉆進技術(shù)過程中，如果產(chǎn)生憋泵或者是設(shè)備停止工作的問題，可以將鉆孔設(shè)備上下進行調(diào)整，同時對鉆井工作系數(shù)進行測定。最后，在啟動測孔錘鉆進時，還需要充分注意

8、該區(qū)地質(zhì)的氣壓變化情況，經(jīng)常形成的氣壓突然明顯降低的問題，主要是因為鉆桿和鉆頭產(chǎn)生了折斷或者是鉆桿接頭局部產(chǎn)生了漏氣問題，需要對設(shè)備進行及時的修復。3地熱鉆井技術(shù)的應用開展1引進和推廣石油鉆井裝備和工藝。目前，我國石油鉆井深度已達7000余米以上，其設(shè)備能力、鉆進工藝和鉆進效率在整個鉆井工程領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位。所以，引進和推廣石油鉆井成熟技術(shù)將會對地熱鉆井技術(shù)的開展起到積極推動作用。但是石油設(shè)備以及配套裝備價格高昂，從而限制了石油鉆井技術(shù)的推廣應用，應將其與地熱鉆探特點相結(jié)合并推廣應用。2綠色鉆探，智能化鉆探。智能及自動化可降低鉆探過程“人為性事故等不利因素，減少降低勞動力數(shù)量和強度，并對提

9、高鉆井的精準度和保障井內(nèi)平安都有重要作用，是未來開展方向。綠色鉆探無論是在鉆井還是在其前后階段，都強調(diào)環(huán)保清潔、節(jié)能高效等思想，將對自然的損害和破壞減少到最低程度，在當前我國社會各界普遍的“青山綠水環(huán)保要求大背景下，綠色鉆探技術(shù)無疑是鉆探工程開展繞不開的必經(jīng)之路。3多工藝復合鉆井技術(shù)。針對同一口井鉆遇不同地層分別采用正循環(huán)泥漿鉆進、空氣潛孔錘鉆進、氣舉反循環(huán)鉆進、井底螺桿馬達驅(qū)動鉆進等工藝，或者采用兩種、三種以上工藝組合。優(yōu)點是：回避了鉆井裝備缺乏問題，重點解決鉆進工藝問題。4地熱鉆井逐步向高深度、高溫度、高壓力方向開展。當前我國中低溫地熱資源開發(fā)技術(shù)已根本成熟，而對于干熱巖等高溫資源如何開采，目前還沒有統(tǒng)一的認知，三千至六千余米的深度，幾百攝氏度的高溫以及巨大的地層壓力，對地熱鉆井技術(shù)是個挑戰(zhàn)，例如如何提高鉆井液的耐高溫性能，保證螺桿、液動錘、測井儀器等井下器具在高溫高壓條件下正常工作，到達高效碎巖攜巖等目的。故而對抗高溫鉆井液技術(shù)、抗高溫隨鉆測控技術(shù)、高溫固完井技術(shù)和高效破巖輔助工具的耐高溫無故障工作研究是未來重要方向。4結(jié)束語地熱資源勘查工作屬于野外勘探工作，所以風險性較大，并