河南省南乐县域地热井成井技术探讨.pdf

2 0 2 3年6月地质装备河南省南乐县域地热井成井技术探讨靳廷朝1,2,王松珍1,2(1.河南省地质局地质灾害防治中心,郑州 4 5 0 0 4 5;2.河南省自然资源科技创新中心(豫北地热能清洁能源研究),郑州 4 5 0 0 4 5)摘 要:针对在第四纪、第三纪地层取水的地热井成井技术,改良了常用的成井技术,通过完全孔底换浆循环,避免循环短路造成泥浆置换不彻底的弊端,从而消除了泥皮堵塞含水层和滤水管的问题;成井后单井出水量稳定在6 0 t/h,水温达到5 5,均高于同地区其他地热井的水量5 0 t/h、水温5 0;实践证明,改良技术显著改善了洗井质量。关键词:地热井;松散地层;冲孔换浆;循环短路;堵塞水层中图分类号:P 6 3 4 文献标识码:B 文章编号:1 0 0 9 2 8 2 X(2 0 2 3)0 3 0 0 3 3 0 4D i s c u s s i o n o n G e o t h e r m a l W e l l F o r m a t i o n T e c h n o l o g y i n N a n l e C o u n t y o f H e n a n P r o v i n c eJ I N T i n g c h a o WA N G S o n g z h e n1 T h e P r e v e n t i o n a n d C o n t r o l C e n t e r f o r t h e G e o l o g i c a l D i s a s t e r o f H e n a n G e o l o g i c a l B u r e a u Z h e n g z h o u H e n a n 4 5 0 0 4 5 C h i n a2 T h e C e n t e r o f t e c h n o l o g i c a l i n n o v a t i o n f o r N a t u r a l r e s o u r c e s i n H e n a n P r o v i n c e T h e R e s e a r c h o n c l e a n e n e r g y o f g e o t h e r m a l e n e r g y i n N o r t h e r n H e n a n Z h e n g z h o u H e n a n 4 5 0 0 4 5 C h i n aA b s t r a c t I n r e s p o n s e t o t h e g e o t h e r m a l w e l l f o r m a t i o n t e c h n o l o g y f o r w a t e r e x t r a c t i o n i n t h e Q u a t e r n a r y a n d T e r t i a r y s t r a t a t h e c o mm o n l y u s e d w e l l-f o r m i n g t e c h n o l o g y h a s b e e n i m p r o v e d a n d t h e d r a w b a c k s o f i n c o m p l e t e m u d r e p l a c e m e n t c a u s e d b y c i r c u l a t i o n s h o r t c i r c u i t h a s b e e n a v o i d e d t h r o u g h c o m p l e t e h o l e b o t t o m r e g r o u t i n g c y c l e t h e r e b y e l i m i n a t i n g t h e p r o b l e m o f m u d s k i n b l o c k i n g a q u i f e r s a n d f i l t e r p i p e s A f t e r w e l l f o r m a t i o n t h e w a t e r o u t p u t o f a s i n g l e w e l l w a s s t a b l e a t 6 0 t h a n d t h e w a t e r t e m p e r a t u r e r e a c h e d 5 5 b o t h o f w h i c h w e r e h i g h e r t h a n t h a t o f o t h e r g e o t h e r m a l w e l l s i n t h e s a m e r e g i o n b y 5 0 t h a n d 5 0 r e s p e c t i v e l y P r a c t i c e h a s p r o v e d t h a t t h e i m p r o v e d t e c h n o l o g y h a s s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e d t h e q u a l i t y o f w e l l w a s h i n g K e y w o r d s g e o t h e r m a l w e l l l o o s e f o r m a t i o n p u n c h i n g a n d s l u r r y r e p l a c e m e n t c i r c u l a t i o n s h o r t c i r c u i t b l o c k i n g w a t e r l a y e r 收稿日期:2 0 2 2 0 8 1 6 作者简介:靳廷朝(1 9 8 0-),男,地质工程专业,硕士,高级工程师,长期从事地质钻探及研究工作,E-m a i l:2 7 0 4 4 9 3 3 2q q.c o m。1 概况河南省南乐县域拥有较厚的第四纪和第三纪沉积层,厚度约9 0 02 0 0 0 m,地下水储藏丰富,地热条件较好,当地地热资源主要应用于洗浴用水和供暖用水。2 0 2 0年我院在该县新建小区内承接4口中深层地热井,深度1 5 0 0 m,用于小区的地热供暖。设计要求有两口抽水井,两口回灌井;单井出水量5 0 t/h,井口出水温度5 0。井身结构设计:03 0 0 m钻孔直径4 4 5 mm,3 0 01 5 0 0 m钻孔直径3 1 1 mm。一次管串式下管成孔,03 0 0 m套管直径2 7 3 mm,3 0 01 5 0 0 m套管直径1 7 8 mm,为实管与梯形丝滤水管组合。2 工程地质条件2.1 区域地层工区位于南乐县城关镇北街村附近,测区附近出露、隐伏的地层主要寒武系()、奥陶系(O)、石炭系(C)、二叠系(P)、上第三系(N)、第四系(Q)组成,现对测区及附近具有地层由老至新分述如下:(1)寒武系()分为中统(2)、上统(3)。(2)奥陶系(O)埋藏于测区深部,分为下马家沟组、上马家沟组。下马家沟组(O2x)下部为黄色薄层33靳廷朝等:河南省南乐县域地热井成井技术探讨第2 4卷 第3期状泥灰岩、灰质白云岩、紫红色粉砂质白云岩;上部为灰黑色厚层状灰岩、角砾状灰岩,部分白云质灰岩、灰质白云岩。上马家沟组(O2s)上部深灰色中、厚层状灰岩、豹皮状灰岩及泥质条带灰岩;下部深灰色中、厚层状角砾状灰岩与角砾状泥灰岩;上部中厚层状纯灰岩,溶蚀裂隙发育;下部角砾状灰岩小溶孔发育。(3)石炭系(C)由一套海陆交互相沉积组成,分为中统本溪组和上统太原组,厚约7 0 9 0 m。中统本溪组(C2b)为浅海相沉积,下部为紫红、灰白、灰黄等杂色铝土页岩,底部夹透镜状或鸡窝状赤铁矿层,上部为灰色薄至厚层状铝土矿层,本组厚度因受基底古地形的影响而变化较大,一般2 1 6 m,其顶界以薄层状铝土矿或铝土页岩与太原组底部煤层(线),即A1煤或灰岩分界。上统太原组(C3t)为一套海陆交互相的含煤建造,下部为灰色厚层状灰岩夹2 8层煤线(层),中部为灰、灰黄色砂质页岩、泥质页岩,砂岩夹灰岩,其中尚有3 7层煤线(层);上部为灰、深灰色厚层状灰岩,含燧石团块或条带灰岩,夹砂质页岩及煤线1 4层;顶界以最上部的一层灰岩或泥质灰岩与二叠系山西组分界,厚度5 1 7 1 m。(4)二叠系(P)埋藏于测区深部,下部为紫红、灰白色中厚层状细至中粒石英砂岩夹灰黄色细粒长石石英砂岩夹紫红色粉砂岩、泥质页岩及透镜状砾岩;上部为紫红色中厚层状细至中粒石英砂岩。本组为陆相碎屑建造,并以紫红色为特征,反映出其气候条件是处于炎热的强氧化环境,生物遗迹甚少,目前尚未发现化石。(5)上第三系(N)分布于测区下部,属内陆洪积相与湖相沉积,岩性变化较大。主要岩性下部为杂色钙质或泥砂质胶结砾岩;中部为褐色、褐红色砂质泥岩与砂、粉砂质泥岩互层,夹泥质粉砂岩及透镜状砾岩;上部为褐黄、灰白色砂质泥灰岩与砂质泥岩互层夹砂砾岩。2.2 水文地质条件地下水的赋存和分布是以岩性为基础,地质构造起控制作用,气候和地貌条件则是地下水形成的重要自然背景。本区地热源主要来自地球深部的热能,传输方式主要是岩石的热传导,岩体的热量再传输给循环水,形成地热水,其次为断裂导通地下热能,通过地下热水将热量向上传输。区域地下水主要赋存于上部第四系、上第三系松散地层的孔隙水及深部奥陶系、寒武系石灰岩、泥灰岩岩溶、裂隙含水岩组,地热水补给来源主要是大气降水入渗,经深循环后侧向径流补给本区,以人工开采,侧向径流为主要排泄方式。3 钻井技术参数钻井采用T S J 2 0 0 0型钻机施工,选用的钻进参数1-2如表1所示,钻具级配见表2。表1 钻进参数T a b l e 1 D r i l l i n g p a r a m e t e r s钻压/k N5 0 1 0 0转速/(rm i n-1)4 3,6 3泵量/(Lm i n-1)1 0 0 0泵压/M P a 2泥浆黏度/s2 5 4 0泥浆密度/(g c m-3)1.0 5 1.1 5泥浆含砂量 9 7%滤失量/(m L3 0 m i n-1)pw,泥浆从底部循环返出地面;反之,则泥浆从上部滤水管处短路返出地面。6.2 改良洗井技术6要达到换浆时轻质泥浆从底部循环,就要加大轻质泥浆从管内上返的阻力,使pn尽量大。封闭井口管环状间隙增加背压;尽量减小钻杆与井管的环状间隙,增大泥浆从环状间隙上返的阻力。在相同条件下增大泥浆泵的流量来增加泥浆上返的阻力,迫使泥浆从井管底部直接循环,从而达到良好的换浆洗井效果。基于以上论据,根据井管内径选择洗井钻具的最大直径,使得环装间隙在5 1 0 mm,将达到良好的换浆洗井效果。在下部1 0根钻杆接头下方包裹帆布,使得轻质泥浆从井底部循环返出地面,充分冲刷取水层井壁,完全打开含水层通道,最大程度地汲取地层水。7 结语采用改良的成井技术,4眼井的水温、水量明显高于周边小区的同深度同层地热井,单位涌水量显著增大。最终新建4眼井的情况如下:(1)4眼井的水温、水量及单位涌水量基本相同;(2)单井出水量稳定在6 0 t/h,出水温度达到5 5,水温水量同比均高于其他地热井的出水量5 0 t/h、水温5 0;(3)单井静水位为1 0 9 m,试验水位降深值为8 6 m,流量1 6.6 7 L/s,单位涌水量0.1 9 3 8 L/(sm),53靳廷朝等:河南省南乐县域地热井成井技术探讨第2 4卷 第3期单位涌水量同比大于其他地热井的涌水量。参考文献(R e f e r e n c e s):1 靳廷朝.濮阳3 2 8 6 m岩盐勘探深井高密度钻井液工艺J.探矿工程(岩土钻掘工程),2 0 1 5,4 2(3):2 9 3 2.J I N T i n g c h a o.H i g h-d e n s i t y d r i l l i n g f l u i d t e c h n o l o g y i n 3 2 8 6 m d e e p e x p l o r a t i o n w e l l o f P u y a n gJ.E x p l o r a t i o n E n g i n e e r i n g(R o c k&S o i l D r i l l i n g a n d T u n n e l i n g),2 0 1 5,4 2(3):2 9 3 2.2 王扶志,张志强,宋小军.地质工程钻探工艺和技术M.长沙:中南大学出版社,2 0 0 8.WA N G F u z h i,Z HA N G Z h i q i a n g,S O N G X i a o j u n.G e o l o g i c a l E n g i n e e r i n g D r i l l i n g t e c h n o l o g y a n d T e c h-n o l o g y M.C h a n g s h a:C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y P r e s s,2 0 0 8.3 毛雅杰,陈全明.湘河大泉钒矿复杂地层钻进技术J.探矿工程(岩土钻掘工程),2 0 1 0,3 7(3):2 1 2 3.MA O Y a j i e,C H E N Q u a n m i n g.D r i l l i n g t e c h n o l o g y i n c o m p l e x f o r m a t i o n o f X i a n g h e d a q u a n v a n a d i u m d e p o s i t J.E x p l o r a t i o n E n g i n e e r i n g(R o c k a n d S o i l D r i l l i n g a n d T u n n e l i n g),2 0 1 0,3 7(3):2 1 2 3.4 杜文斌,王正浩.柴达木盆地钾盐矿复杂地层钻井液技术J.能源技术与管理,2 0 1 6,4 1(1):1 2 9 1 3 1.D U W e n b i n,W A N G Z h e n g h a o.D r i l l i n g f l u i d t e c h n o l o g y o f p o t a s s i u m s a l t d e p o s i t i n Q a i d a m B a s i n J.E n e r g y T e c h n o l o g y a n d M a n a g e m e n t,2 0 1 6,4 1(1):1 2 9 1 3 1.5 李之军,陈礼仪,贾军,等.汶川地震断裂带科学钻探一号孔(W F S D-1)断层泥孔段泥浆体系的研究与应用J.探矿工程(岩土钻掘工程),2 0 0 9,3 6(1 2):1 3 1 5,1 9.L I Z h i j u n,C H E N L i y i,J I A J u n,e t a l.R e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f d r i l l i n g f l u i d s y s t e m f o r f a u l t g o u g e s e c t i o n o f t h e h o l e W F S D-1 o f W e n c h u a n e a r t h q u a k e f a u l t s c i e n t i f i c d r i l l i n g p r o j e c tJ.E x p l o r a t i o n E n g i n e e r i n g(R o c k a n d S o i l D r i l l i n g a n d T u n n e l i n g),2 0 0 9,3 6(1 2):1 3 1 5,1 9.6 靳红兵.深部岩盐取心钻探技术J.探矿工程(岩土钻掘工程),2 0 1 1,3 8(1 0):1 0 1 2.J I N H o n g b i n g.C o r i n g d r i l l i n g t e c h n o l o g y f o r d e e p r o c k s a l t J.E x p l o r a t i o n E n g i n e e r i n g(R o c k a n d S o i l D r i l l i n g E n g i n e e r i n g),2 0 1 1,3 8(1 0):1 0 1 2.7 张晓西.深部矿产资源勘探钻进关键技术问题分析C.海口:全国深部钻探技术培训班,2 0 0 8.Z HA N G X i a o x i.A n a l y s i s o f k e y t e c h n i c a l p r o b l e m s o f d e e p m i n e r a l r e s o u r c e s e x p l o r a t i o n d r i l l i n gC.H a i k o u:N a t i o n a l T r a i n i n g C o u r s e o n D e e p D r i l l i n g T e c h n o l o g y,2 0 0 8.63