吉林白山地区某地热井洗井方法的探讨

  0 前言

 

  地热井成井之后，需要替换和清洗井孔的泥浆、沉淀物以及井壁泥皮和含水层孔隙内的堵塞物等，达到水清砂净的效果。

 

  洗井的方法有：活塞洗井、泵吸洗井、气举洗井、反循环洗井、二氧化碳洗井、酸洗井等方法。地热井洗井方法的确定要根据地热井的井身结构、钻遇地层岩性、物探测井结果、钻进过程冲洗液漏失情况及凿井使用泥浆的成分等综合因素进行选择，某种洗井方法可以单独使用，也可以将几种方法联合使用。洗井是抽水试验前的必须阶段也是影响地热井出水量及出水温度的最后一个施工程序，因此洗井方法应用的是否得当、洗井过程控制的好坏直接关系到地热井的出水量及出水温度。

 

  1 工程概况

 

  吉林白山某地热井处于浑江上游凹褶断束（Ⅳ级构造单元）的中部，地质条件复杂，为地热资源开发空白区，虽然在该构造单元内做过少量的地热资源勘查工作，但到该井钻凿成功前还没有钻凿成功地热深井，在没有可以借鉴的地热地质资料，对该地区深部地热地质条件认识吉林白山地区某地热井洗井方法的探讨

 

  

  钻机选用张家口探矿机械厂出产的RPS3000型水源钻机，开钻孔径为Φ311mm，钻深至402.76m，下入直径为Φ244.5mm的表层套管至402m，套管规格为壁厚10.03mm无缝钢管，使用标号PO42.5水泥配制比重为1.75的水泥浆全井段固井，水泥浆用量为13m3，候凝时间72小时；二开孔径为Φ215.9mm，钻深至1424.26m，测井后进入冬歇期。吉林白山地区冬季平均气温零下15℃，考虑到钻井施工的安全，冬季停止施工，将井内注入比重为1.5的膨润土泥浆，冬歇期间值班人员根据孔内液面下降情况，向孔内补充比重不小于1.1的膨润土泥浆。5个月后继续以Φ215.9mm的孔径钻进至1980.88m，根据地层岩性判断已经揭穿取水目的层，因此宣告凿井终孔。因为在地热空白区施工，根据地层情况及凿井风险，凿井施工未按设计的三开成井，而采用二开成井，在此不再详细论述井身结构问题。在483m至930m井段下入直径为Φ177.8mm壁厚9.19mm的无缝钢管，上部与Φ245mm套管重叠29m，采用穿鞋戴帽的固井方法，套管下部使用标号PO42.5号水泥制成比重为1.75的水泥浆，水泥浆使用量为1.8m3，套管上部固井水泥浆比重为1.70，水泥浆使用量为2m3。

 

  2 钻遇地层

 

  本地热井由老到新主要钻遇地层如下：

 

  （1）元古界

 

  A、青白口系南芬组（Qnn）：岩性：岩性为黄绿、紫色页岩互层，钻遇深度为1921～1980.88m(终孔)，未揭穿，揭示厚度为59.88m。

 

  B、震旦系（Z）

 

  a、桥头组（Z1q）：岩性主要为：上部灰白色含铁锈斑点及海绿石薄层石英砂岩和黄绿、紫色粉砂岩；中部褐白、褐紫色薄层状长石石英砂岩夹砂质页岩；下部黄绿色页岩和灰绿色板状粉砂岩；钻遇深度为1774～1921m，揭示厚度为147m，与下伏地层整合接触。

 

  b、万隆组（Z1w）：岩性主要为灰色灰岩夹杂页岩；钻遇深度为987～1774m，揭示厚度为787m，与下伏地层整合接触。

 

  c、八道江组（Z1b）：岩性主要为灰色灰岩；钻遇深度为690.5～987m，揭示厚度为296.5m，与下伏地层整合接触。

 

  （2）中生界

 

  A、侏罗－白垩系（J－K）：岩性主要为黄绿色粉砂岩、紫色粉砂岩、砂岩，夹泥岩；钻遇深度为10～690.5m，揭示厚度为680.5m，与下伏地层平行不整合接触。

 

  （3）新生界

 

  第四系（Q）：岩性以砂、砂砾石、粘土为主；钻遇深度为0-10m，揭示厚度为10m，与下伏地层平行不整合接触。

 

  3 洗井方法的应用

 

  凿井结束后，考虑到对吉林白山地区地层深部取水没有足够的把握，在咨询当地专业技术人员后，结合测井资料和井身结构特点，特别是取水目的层的岩性特点，充分考虑到该井停歇时间较长，泥皮较厚的特点，制定了洗井方案，由于洗井过程千变万化，每进行一步，都必须参照上一步的结论优化来下一步的方案，经过60多天的艰苦努力，最终使该井达到了最佳出水量和出水温度要求。

 

  3.2 洗井方法的应用过程

 

  第一次洗井：凿井完成后将钻具下入1950m处，使用QZ3NB-350泥浆泵将约200m3清水将泥浆替出，待到孔口返出清水后，将钻具下方封堵，并将最下部5m处打成5mm左右的射水眼，利用喷射水流的冲击作用将裸眼段孔壁全部清洗一遍。继续使用QZ3NB-350泥浆泵将1%的焦磷酸钠（化学式Na4P2O7）15m3打入1000～1100m,1200～1300m,1500～1600m三处，每处5m3，浸泡24小时后，将钻具下至800m处，使用SF-7.5/150型空气压缩机进行气举，孔内返出大量岩屑和膨润土泥浆，根据孔内水柱喷出时间和喷出量估算出水量不足2m3/h，水温在30℃以下。

 

  第二次洗井：使用QZ3NB-350泥浆泵将3m3浓度为10%的盐酸（化学式为HCl）注入1000～1100m，1200～1300m,1500～1600m三处，每处1m3，浸泡12小时后，将钻具下至800m处，使用SF-7.5/150型空气压缩机进行气举，此时孔内只有极少量岩屑和浑水返出，喷出水柱高于第一次洗井时喷出的水柱，喷出水质pH值7~8之间为弱碱性，说明盐酸已经与地层岩石发生化学发应，根据孔内水柱喷出时间和喷出量估算出水量不足3m3/h，水温仍在30℃以下。

 

  第三次洗井：使用QZ3NB-350泥浆泵将9m3浓度10%的盐酸（化学式为HCl）注入1000～1100m，1200～1300m，1500～1600m三处，每处3m3，浸泡12小时后，将钻具下至1800m处，使用QZ3NB-350泥浆泵将清水注入井内，有水柱喷出，并且带有刺鼻的酸味，喷出部分水质pH值4至5之间为酸性，判断此次只有部分盐酸与地层岩石发生化学反应，因为不是空压机气举，未估算水量，水温仍在30℃以下，判断仍然没有下泵进行抽水的必要。

 

  第四次洗井：使用QZ3NB-350泥浆泵将7m3浓度31.5%的盐酸（化学式为HCl）注入1000～1100m，1200～1300m，1500～1600m三处，每处2.3m3，浸泡12小时后，将钻具下至800m处，使用SF-7.5/150型空气压缩机进行气举，水柱喷的又高又急，时常伴有刺鼻的酸味，喷出部分水质pH值达到了1为强酸性，下入型号200QJR15-400/18热水潜水泵至370m进行试抽水，水量不足4m3/ h，水温30℃，水位360m，能够稳定24小时。

 

  第五次洗井：使用QZ3NB-350泥浆泵将15m3浓度31.5%的盐酸（化学式为HCl）注入1000～1100m，1200～1300m，1500～1600m三处，每处5m3，将钻具提至800m处后，将井口与钻具焊接封严，使用QZ3NB-350泥浆泵压入清水60m3，泵压不足3MPa，浸泡12小时后，将钻具下至1800m处，使用QZ3NB-350泥浆泵将清水注入井内，有水柱喷出，喷出部分水色为深灰色，虽有刺鼻的酸味，但比起上两次都有明显的减轻，喷出部分水质pH值5～6之间，判断在注水的压力下，部分盐酸被压入地层与井孔稍远处的地层岩石发生化学反应。下入型号200QJR15-400/18热水潜水泵至370m进行试抽水，水量7.2m3/h，水温32℃，能够稳定24小时。

 

  第六次洗井：使用QZ3NB-350泥浆泵将21m3浓度31.5%的盐酸（化学式为HCl）注入1000m～1100m,1200m～1300m,1500m～1600m三处，每处7m3，将钻具提至800m处后，将井口与钻具焊接封严，使用QZ3NB-350泥浆泵压入清水150m3，泵压不足3MPa，浸泡12小时后，将钻具下至1800m处，使用QZ3NB-350泥浆泵将清水处注入井内，有水柱喷出，喷出部 分水色为深灰色，仍有淡淡的酸味，喷出部分水质pH值5～6之间，判断加大注水压力，部分盐酸被继续压入地层与井孔稍远处的地层岩石发生化学反应。下入型号200QJR15-400/18热水潜水泵至370m进行试抽水，水量8.1m3/h，水温33℃，能够稳定24小时。

 

  第七次洗井：根据第六次洗井后的抽水试验结果分析，如果增大水位降深，理论上可以得到更大的出水量。因地热井400m以下井孔内径不足160mm，选用型号QYDB149-300潜油电泵进行抽水洗井，下入井内650m处，水量9.5m3/h，水温35℃，可以连续抽水24小时，由于降深较大，未测到水位。

 

  3.3 结论分析

 

  （1）根据地热前期勘查报告、实钻岩性资料和测井曲线分析该地热井取水层岩性主要为灰色灰岩夹杂页岩，裂隙构造不发育，赋水性和径流条件较差，在一般情况下含水量很小，只有在有断裂或断裂带影响的条件下，才能够获得一定的水量。地层1000～1600m有含水层3层，累计厚度180m，而有效含水段厚度只有24m左右。根据测温资料，该井地温梯度不足2℃/100m，井底1980m处温度47℃，含水段1000～1600m测温值为34℃～42℃，该井设计出水量200±20m3/d，出水温度30±3℃的判断还是较为准确的。经过六次洗井后出水量达到了8.1m3/h（195m3/d），出水温度33℃，已经达到设计指标，并满足合同要求，且第六次洗井与第五次洗井的出水指标相比较没有明显的提升，因此判断第六次洗井的效果基本是该井出水的最佳结果。

 

  （2）因甲方不满足地热井的现有指标，要求采用其他方法对地热井进行增产。分析在保持现有降深的情况下即使采用活塞洗井和二氧化碳洗井也不会取得更好的效果，况且在Φ178mm套管内使用活塞洗井，选用钻具提升行程比较短，对深部地层的影响非常小，选用钢丝绳提升，安全隐患较大，当地又是煤炭产区，对危化品管理非常严格，二氧化碳的使用被严格控制，因此选择潜油电泵抽水洗井，也可认为这是一次抽水试验，在增大水位降深的情况下得到了更佳的出水量和出水温度，但增加了很大的工程成本和后期维护费用，这种方法不经常使用，通常情况下也不建议使用。

 

  （3）根据几次洗井方法的比较和结果分析，盐酸加压水的方法比单纯的盐酸洗井效果要好，压水量的增加对洗井结果也有一定的影响，盐酸的浓度对洗井的结果影响不大。

 

  4 结束语

 

  本地热井应用了气举洗井、酸洗井、压水洗井和泵吸洗井等方法，洗井工作的成功，给当地地热井洗井方法的应用提供了借鉴和参考，该地热井的成功，积极的影响该地区深部地热开发，也将影响到长白山地区整个地热资源的开发利用。