美国盖塞斯地热钻井

  1、地理位置及简介

 

  盖塞斯（Geysers）地热电站是环太平洋地热带上的干蒸汽地热田。位于美国旧金山市以北约120千米处。地热田面积185平方千米。1955年开始开发，1960年安装第一台1.1万千瓦的地热发电机组。至1991年，共打生产钻井130多眼，安装发电机组29个，总装机容量209万千瓦。钻井深度1600～3000米，热储温度250℃左右，平均蒸汽流量91吨／小时，井口压力960千帕，闭井压力3.4兆帕。

 

  图1盖塞斯地热田地理位置（图中红色A起泡）

 

  2、地质背景

 

  盖塞斯地热田（Geysers geothermal field）位于美国加利福尼亚海岸山脉地质构造区，距旧金山西北约120千米、克利尔湖盆地以南和圣赫勒纳山（新近纪火山活动区）西北9千米处。盖塞斯地热田位处东太平洋洋中脊板缘高温地热带上，水热活动强烈，虽仅在局部地区出现热泉、喷气孔及水热蚀变现象，在大部地区仅见有少数流量很小的温泉，但在地热田深部，蕴藏着丰富的干蒸气资源。

 

  本地热田共由四组岩石组成：第一组为上侏罗纪的蛇绿岩，包括超基性岩类（已部分或全部蛇纹石化）、基性辉长岩、辉绿岩、玄武岩和碎屑岩；第二组为上侏罗纪至下白垩纪的泥岩、粉砂岩与细粒玄武岩质砂岩；第三组为上侏罗纪至白垩纪的变质蛇纹岩、蓝闪片岩、角闪岩、榴辉岩、燧石、玄武岩流与碎屑岩以及硬砂岩、页岩和砾岩；第四组为晚第三纪（距今大约500—2000万年）非海相砾岩和上新世（距今180—500万年）至第四纪（距今0—180万年）的火山岩类。这类第四纪火山岩和侵入岩体分布在地热田的东北侧，面积超过600Km2。位于地下深处（8km以下）的岩浆房构成本地热田的热源，并造成附近1500km2以内地区的地温异常。

 

  图2 盖塞斯地区地质剖面图

 

  3、钻井设计与施工

 

  盖塞斯地区的地热钻井面临着几个问题，包括地形的陡峻为运送和架设钻井设备带来很大的困难，地面不够稳定，建电站需要修路，需要建地基和冷却塔，钻井也需要足够大的地方架设钻井设备，无论是山体滑坡还是地热活动，都给这些工作带来很大的困难。

 

  由于形成的电站取得它的生产能力源于坚硬岩中的密集细小的裂缝群，在储层中打钻，必须由空气作为钻井流体来进行引导，以防止裂缝堵塞。这样增加了对诸如钻杆、套管、防喷器及其他地面设备的腐蚀力度，但是岩石碎屑从井底到地表的运送速度大大增加了。泥浆也可以做为储层上方浅部的钻井流体，但如果这样的话就会产生一个潜在的严重问题。

 

  如果钻井在相对较浅的区域穿过一个有渗透能力的区域，将会发生循环液总量的损失，为了能继续钻井，就不得不使用LOC材料或水泥塞设备。但是LOC材料的使用仅是一个短期的备用解决方法，时间长了就失效了。所以，当这种情况发生，LOC材料的使用可以短暂解决问题，但是会危及到该井的使用寿命。

 

  如图3的井身结构，右边的井是倾斜的，盖塞斯地区的很多井为了节省地面面积采用了单井口。右边的井在地下分叉使得井可以从储层中获得更多的蒸汽传送到地面单井口。

 

  图3 盖塞斯地区特别的斜井和分叉井

 

  4、钻井成果与意义

 

  盖瑟斯是继意大利拉德瑞罗、新西兰怀拉基之后，全球第三个开发的大规模热田，1960年开始进行商业运营。在石油危机之后石油危机价格暴涨的背景下，石油公司等陆续参与进来。之后又因加利福尼亚州采取了可再生能源优惠政策和废气管制措施，开发日益加速，鼎盛时期的输出达到了200万千瓦。

 

  不过由于乱开发导致的后果，目前开始以每年25%的速度锐减。并且已经成为一个反面教材；虽然岩浆温度不会下降，但如果过度开采热水，便无法进行持续利用。之后通过将生活污水的处理水注入地下等，开始进行回灌。以减缓衰减率。