张掖市某地热资源勘查井钻探施工技术研究

1 工程概况

1.1 工作目的

通过地热地质钻探、地球物理测井、下管和止水固井、洗井和抽水试验等工作手段，进一步查明园区地下热水的分布、埋藏及赋存条件，对其热储特征进行评价，为区内地热水资源评价和开采利用提供依据。

1.2 热储层

新近系白杨河组地层岩性以砂岩为主，是地热田的主要热储层；白垩系新民堡组地层有砂岩发育，具备一定的地热流体储集条件，是地热田的次要热储层。

2 钻井施工情况

2.1 井身结构

护壁井段：井径Ф600mm，井段深度0～58.04m,下入Ф426.0×6.00mm护壁管（泵室段）；

一开井段：井径Ф346.1mm，井段深度0～400.54m,下入Ф273.1×8.89mmJ55钢级石油套管（泵室段）；

二开井段：井径Ф241.3mm，井段深度400.54～2174.03m，下入Ф177.8×8.05mm J55钢级的石油套管。1717.37～井底对应含水层位置全部下入滤水管，滤水管同实管交替入井，366.66～1717.37m全部下入实管，与Ф273.0×8.89mm泵室管重叠33.88m。

井身结构如图1所示。

2.2 钻井设备

根据本项目钻探施工具体工作任务及钻机提升能力要求，本次施工选用TSJ3000/445型钻机，其配套主要设备情况见表1。

2.3 钻遇地层

本井所在工作区张掖盆地由晚更新世和全新世的陆相碎屑堆积物组成，盆地边缘出露新近系和白垩系。该井实际钻遇地层自上而下依次为第四系、新近系疏勒河组、新近系白杨河组、白垩系新民堡组。实际钻遇地层见表2。

2.4 钻井工艺及施工情况

2.4.1 护壁井段

第四系岩性大部分为卵砾石、砂砾石、含泥砾石等，钻进过程中钻井液消耗较大，地层中含水层对钻井液破坏较大，钻进中砾石岩屑颗粒较大，钻井液携岩能力差，在施工钻进过程中井内发生坍塌、漏失等事故，采用ϕ600mm冲击钻锥、膨润土钻井液开孔，钻进至井深58.04m后下入Ф426.0mm×6.0mm护壁管。

钻具组合：ϕ600mm冲击钻头+ϕ241mm钻铤+ϕ89mm钻杆+方钻杆

钻井液参数：粘度42s、密度1.22g/cm3、失水量10mL/30min、pH值9、泥饼厚度1mm、含砂量3%。

2.4.2 一开井段

一开井段采用Ф346.1mm牙轮钻头，不分散聚合物钻井液钻进，自58.04m钻至井深400.54m，随后下入Ф273.1mm×8.89mmJ55钢级石油套管。

钻具组合：ϕ346.1mm钻头+ϕ241mm钻铤+ϕ203mm钻铤+ϕ178mm钻铤+ϕ89mm钻杆+方钻杆。

钻进参数：钻压30～40N，转速60r/min，泵压1～3MPa。

钻井液参数：粘度32～47s、密度1.17～1.23g/cm3、失水量9～12mL/30min、pH值9～10、泥饼厚度0.5～1mm、含砂量1～3%。

2.4.3 二开井段

二开井段采用Ф241.3mm牙轮钻头自400.54m钻进至井深2174.03m，下入Ф177.8×8.05mm技术套管及滤水管。

钻具组合：ϕ241.3mm钻头+ϕ178mm钻铤+ϕ159mm钻挺+ϕ89mm钻杆+方钻杆

钻进参数：钻压20～80kN，转速60～96r/min，泵压4～11MPa。

钻井液参数：粘度22～29s、密度1.15～1.18g/cm3、失水量7mL/30min、pH值9～10、泥饼厚度0.5mm、含砂量2～3%。

3 抽水试验结果

3.1 抽水试验

本井抽水试验共进行了三个降次的稳定流放水，本井三个降次的稳定出水量分别为79.835L/s、53.032L/s、26.639L/s，井口出水水温依次为76℃、75℃、74.5℃，井口压力依次为0MPa、0.50MPa、0.98MPa。

按承压完整井考虑，依据抽水试验成果，该地热井的渗透系数K、影响半径R可依据裘布衣公式求得：

式中：K—渗透系数，m/d;

Q—涌水量，m3/d;

R—影响半径，m;

r0—抽水段孔径，m;

M—含水层厚度，m;

S—水位降深，m。

参数选取：涌水量采用抽水试验成果表中最大降深出水量6897.84m3/d，含水层厚度采用利用含水层累计厚度186.82m，水位降深采用抽水试验成果表中最大降深146.00m,计算得到渗透系数K=0.357m/d，影响半径R=872.34m。

4 地球物理测井

依据设计要求，经甲方确认孔深及地层层位无误后，进行了地球物理测井，测井选取的主要参数有：视电阻率、井斜、井径、井温、自然伽玛、自然电位、声波等。

本井第四系、新近系、白垩系储层是孔隙型含水层。其曲线特征为较高电阻率、低自然伽马、自然电位有负异常。砂岩孔隙型含水层的导电性、电化学活动性、放射性等均有差异。砂岩的电阻率随粒度的增大而增大，自然伽马强度随粒度增大而减少。当砂岩含水时，自然电位一般具有较大的负异常。砂岩粒度越大、富水性越强。但砂岩被泥质充填或钙质胶结时，自然电位异常变小，富水性变弱。

5 取得工作成果

5.1 成井质量较高

本井泵室段井斜为0.29°、终井井斜为2.42°，各项成井指标均满足设计要求，成井质量优。

5.2 地球物理测井成果

通过地球物理测井，查明了钻孔内的热储层及含水层埋藏深度及厚度，对所测地层进行了岩性解释，为本井提供了施工钻孔的井斜及井温资料。

5.3 查明了本区热储层特征

依据测井含水层解释结果及岩屑、岩芯的岩性分析，本井新近系白杨河组含水层共11层，厚度为158.40m；白垩系含水层共4层，厚度为28.42m。本井主要开采的热储层为新近系白杨河组地层下部的砂岩，开采层位为1717.37m以下含水砂岩，岩性为浅灰白、浅灰黄色中、粗砂岩。抽水试验结果为自流涌水量287.41m3/h(6897.84m3/d）、出水温度76℃。

6 结论

通过本次钻探施工、地质录井、地球物理测井等相关工作，初步查明了本区的地层层序及主要岩性特征。

新近系白杨河组热储岩性为中、粗砂岩，通过抽水试验分析,获取了该地层地热-水文地质参数,基本查明了本井的热储特征，为园区内地热水资源评价和开采利用提供了可靠地质依据。