厦门园博园地热钻井

  1、项目区交通位置及自然地理简介

 

  厦门市位于台湾海峡西岸中部、闽南金三角的中心，以滨海平原、台地和丘陵为主。厦门地势由西北向东南倾斜，地势地貌构成类型多样，从西北往东南，依次分布着高丘、低丘、阶地、海积平原和滩涂，南面是厦门岛和鼓浪屿。厦门属温带亚热带气候，温和多雨，年平均气温在21℃左右，全市多年平均降雨量1143.5毫米。厦门园博园地热钻井工程位于集美区杏林湾内温泉岛上（图1），是园博园主要开发旅游项目之一。

 

  图1 厦门园博园地热钻井工程位置（图中红色气泡A）

 

  2、项目区地质概况

 

  福建省大地构造位置处于欧亚大陆板块东南缘，东临太平洋板块，为全球构造-岩浆活动最活跃的地区之一。厦门市位于平潭-东山构造-杂岩带（图2），位于福建东南沿海北东向重力梯度带上，推测宽度大于60km，该带中发育有活动较强烈、规模较大的北东向断裂，少量的北北东、北东东向断裂；北东向断裂主要形成于晚侏罗世末期，表现为向东南逆冲的左旋逆断层，卷入其活动的晚侏罗世火山岩及燕山早期花岗岩都普遍片理化，片理化带宽几百米至几公里。沿断裂两侧岩石强烈糜棱岩化，形成宽几米-百余米的糜棱岩带，并伴有长英质脉体的贯入及形态复杂的褶皱，因而以往将这种韧性剪切造成的岩石称为混合岩。项目区主要出露中生代的中-酸性的火山岩即侵入岩。

 

  项目区原为浅海湾滩涂地貌单元，后经大面积人工回填，第四系地层较薄，基底为燕山晚期二长花岗岩，岩石破碎，节理裂隙较发育，局部为脉岩侵入。地下水类型主要为第四系松层类孔隙水和基岩构造脉状裂隙水。地下热水赋存于花岗岩岩体构造破碎带中，钻井设计只取用基岩构造裂隙水，第四系地层地下水需隔离。

 

  图2 福建省构造（断裂）带及构造单元划分

 

  3、钻井设计及设备选择

 

  该地热钻井为闽南地区第一口大直径地热深井，设计井深500m，开孔口径500mm，成井口径350mm（内径），裸眼口径311→244→194→152mm，终孔口径152mm，钻井结构如图3 所示。

 

  钻井设备主要有SPS-2000 型水文水井钻机及四脚钻塔，BW－1200 型泥浆泵，FW－5/40A型空压机，200kw发电机组，相应口径硬质合金及牙轮钻头，饱219、168、146、１21mm钻铤，单双壁钻杆等。

 

  0～46.50m段为φ500mm口径，采用优质泥浆护壁常规钻探工艺施工。其中0～25.98m采用双腰带硬质合金钻头，25.98～46.50m采用牙轮钻头，该段进尺平稳，由于地层逐渐变硬，钻具配重不足，下部段钻效较低。64.29～334.52m段微风化花岗岩采用清水正循环牙轮钻进工艺施工。该段岩石硬度高，可钻性7～9级，局部10级，研磨性一般～较强。钻进特点是：冲洗液漏失严重，岩石破碎，孔内掉块、探头石频繁发生，64.29～75.5m段可实现冲洗液循环，75.57m以深段全孔漏失，75～86m段岩石极为破碎、坍塌掉块严重，进尺极不稳定，辅助时间长，钻效低，孔内安全隐患大。自334畅52m 始至终孔采用气举反循环工艺施工，将孔内钻渣自钻杆内径吸出地表，保持孔底干净。沉没比控制在0.60～0.75之间，混合器埋深为55.00～90.6，压力0.45～1.00MPa。钻进特点为：无需补水即可实现反循环，孔内干净、钻效一般、钻速较平稳、辅助时间偏长。

 

  该井采用后成井法成井，终孔全孔测井后起拔出井内双层套管，于孔深47m处架桥，下入经业主审批的DN350玻璃钢管（主要性能指标：耐压1.6MPa，耐温130～150℃），再下入固井活塞，利用泥浆泵将配制好的纯水泥浆液沿钻杆输送至井管底至外环间隙自下而上灌注固井，直至孔口返出水泥浆液。下管前先将井管排列编号，按顺序下入；固井前及灌浆完毕时进行井管中心位置复核，确保与钻井中心偏差控制在1cm以内；水灰比控制在0.45～0.50之间，固井完毕候凝72h后再透孔洗井。

 

  在前期的地质勘查和地球物理工作成果的基础上，后期综合考虑地热资源成矿规律和对温泉开发位置的要求，最终在项目区确认具体钻井位置，并设计1口探采合一地热钻井，该钻井于2012年8月开工（图3）。主要选用钻井设备有ZJ2000钻机、45MA型塔、兰石1000泥浆泵、12V190柴油机、400KW电机、φ114钻杆  2000米、φ127钻链  170米、φ73油管  1300米、各类钻头若干、φ153取心钻具1套、BSW-1型数字温度计1台、80吨深井潜水泵1台等。对于钻井工艺的要求，岩样和岩心采取、孔斜测量、孔深校正、测温、简易水文观测等技术环节，都有严格规范要求并且由专门的技术人员操作完成。
                                                   

 

  图3 钻井结构设计图图4 施工现场

 

  4、钻井成果及意义

 

  本次钻井工作，不仅顺利完成了投资方委托的任务，出水水温计水量都达到了预定要求；具有成井质量高、温度高、水量大、降深小、水位浅、水质好、开发价值高等特点，被评定为优良工程，为福建省最大单井日出水量水文机井，名列全国十大高产地热机井之一，同时它的成功钻施对闽南地区花岗岩地层大直径深井钻探具有积极的指导意义。