大连马栏地区地热井钻井技术

 一、项目区交通位置及自然地理简介

 

  沙河口区位于大连市区西部，东以不老街为界与西岗区相连，北至南松路与甘井子区毗邻，西至由家村铁路线与高新技术园区相望，南临黄海。经纬跨度均为5′。总面积49.83平方千米（其中山林面积6.4平方千米），海岸线长8千米。总人口61万人（2003年）。马栏河流经城区西部，向南注入黄海，为季节性河流。马栏河曾是大连有名的臭水河，也是流经大连市内最大的河流，河长19.3公里，流域面积71.5平方米。沙河口区气候宜人，属暖温带季风气候，春有季风，夏无酷暑，秋多晴日，冬少严寒，夏日最高气温不过零上35℃，冬日最低气温不过零下21℃，全年平均气温在10℃左右，年平均降水量为550毫米—950毫米。

 

                                                                                                                                                                      图一A为马栏河

 

  二、地质概况

 

  钻探揭露桥头组地层上部为灰色石英岩与深灰色板岩互层，中部为深灰色板岩，绿灰、深灰色板岩夹灰褐色灰岩，下部为大套灰白色石英岩夹薄层灰褐、深灰色板岩、千枚岩，底界深1400m；长岭组地层上部为灰绿、灰褐、褐黑色板岩，砂质板岩，灰绿色千枚岩，灰、灰白色变余石英岩、中砂岩，灰质粉砂、细沙岩呈不等互层，夹一层灰绿色辉绿岩，下部为灰、灰白色变余石英岩与变余互层。长岭组为本井较好的热储层段。该井所在地层为一倒转背斜地层，地层呈西南走向225°，倾向东南，倾角为45°。地层倾角大，软硬互层，岩层破碎，板岩硬度6～7级，石英岩、石英砂岩硬度8～10级，施工过程中容易出现垮塌、井眼方位、轨迹变化复杂等现象，造成施工困难。

 

  三、钻井设计及设备选择

 

  （1）井身结构

 

  井身结构如图二所示，该孔采用三开结构，一开0～30m，井径为445mm；二开30～500m，井径311mm；三开500～3500m，井径215.9mm。0～30m下入Φ377mm护壁管；0～500m下入Φ273mm套管作为出水管及泵室管；500～3500m下入Φ139.7mm套管作为出水管及滤水管。

 

                                                图 二井身结构

 

  （2）主要施工设备

 

  钻井施工采用的设备主要有ZJ－45钻机1台，300GF－3X发电机1台，PZ12V－190柴油机3台，青州NBB－1300钻井泵2台，及密闭循环系统、钻井液净化系统、传动系统等配套系统。

 

  （3）钻井工艺

 

  1)钻井方法。首先采用3AΦ445mm钻头从地表钻至30m深下入Φ377mm的螺旋钢管；二开采用3AΦ311mm钻头，钻至深500m，下入Φ273mm石油套管作为泵室管，用水泥固井至水泥浆返出地面；三开采用3AΦ215.9mm钻头，钻至深3326.18m，下入Φ139.7mm的石油套管作为出水管及滤水管。

 

  2)钻具组合。进入二开后，由于钻具搭配不当，在1500m处，钻孔偏斜大，经重新组合钻具，采用塔式组合钻具，钻具组合为3AΦ215.9mm钻头+Φ177.8mm钻挺7根+Φ165mm钻挺8根+Φ127mm钻杆，此组合的优点在于钻进时重心较低，能起到很好的防斜作用。钻进参数为:钻压50～80KN,转速70～117r/min，排量40L/s。

 

  3)泥浆。该井由于地层岩性、倾角变化大，使井眼方位、轨迹变化复杂，钻具的重量在上提时增加了附加拉力，达到钻具重量的1倍，上提困难；在原有泥浆(双聚泥浆:膨润土、纯碱、HPAN、HPAM)的基础上，经过几次处理，加入石墨及液体石蜡等润滑剂后情况得到了明显的改善，最终使钻孔顺利完成。

 

  4)钻头选择。在板岩地层中选择了HJ517牙轮钻头，钻进效果好；下部地层主要以石英岩、变余石英岩、石英砂岩为主，硬度大，研磨性强，经过HJ517、637G、717G等几种钻头的对比，选用了717G钻头，缩短了施工工期，降低了钻井成本。（4）特殊情况处理

 

  在钻进过程中共发生2次孔漏现象。第一次是在钻进至2570m时，发现泥浆消耗异常。在反复往孔内注入泥浆，损失泥浆25m3后，静止测得水位为40m，说明漏失点有可能在上部。于是配锯沫泥浆进行堵漏，首先用泥浆泵将锯沫泥浆送至井底，但在运送过程中，因锯沫含量高、粘度大，锯末泥浆没到达井底泥浆泵就失去了推动能力，方案失败。于是决定将锯末泥浆从井口注入，静止堵漏，直至最后漏失泥浆仅0．5m3为止，下钻返浆正常。第二次漏失在钻进至3212m时，采用第一次堵漏的方法进行堵漏，取得了很好的效果。

 

  四、钻井成果及意义

 

  该地热井的施工，在地层条件复杂、设计孔深较深，钻孔方位、轨迹及井斜变化较大的情况下，经改进施工工艺，最终圆满完成施工任务。地热井出水量38m3/h，水温46℃。取得了在复杂地层中施工地热井的经验:

 

  (1)采用塔式组合，在基岩倾斜地层中施工大孔径地热井，能有效预防井斜；

 

  (2)在钻井参数一定的条件下，合理选择钻头型号，能大大提高效率，降低钻井成本；

 

  (3)由于地层岩性、倾角变化大，引起井眼方位、轨迹变化复杂，通过增加钻具上提时的附加拉力，并在泥浆中加入石墨及液体石蜡等润滑剂，使情况得以改善；

 

  (4)在发生孔漏时，配备锯沫泥浆进行堵漏，由于锯沫泥浆粘度大，易使泵失去推力，故在堵漏时采用孔口注浆、静止堵漏的方法，取得了良好效果。