美国一次地热井井喷的控制过程概述

  地热井与油气井不同,地热井的钻井液必须循环冷却,以防汽化。注水泥的方法也是特殊的。地热井发生井喷,压井技术也与油井的控制技术也不同。如果井喷发生在浅水层,解决的难度更大。

 

  1955年z月,在美国内华达州的FallonJ夕付近,Ormat公司14一6号井发生了井喷。此井与其它生产井一样,使用相同的钻井方案施工。由于意外事故引起了循环液漏失,最后发生井喷。

 

  Ormat能源系统公司立即请休斯顿的Neal八dams消防队承担压井作业。控制作业要求地表和地下控制相互结合。重要的是时间,这口钻井要喷出温度350“F、每分钟出水量5000加仑(18。gm”)的地下热水。

 

  井喷过程14一6号钻井共钻进887英尺,在钻到大为882英尺时,发生泥浆漏失,约250桶。随后加注泥浆处理。漏失被止住,又继续钻进约4英尺,遇硬岩后停止钻进,认为这是热储层的顶部。

 

  为解决井漏问题拟定了一项方案。在热储层顶板的顶点注砂塞,然后在下套管之前在裸眼中注水泥塞。

 

  正当拉起钻杆准备点注砂塞和水泥时,发生井喷,此时,孔内下了1根钻挺立根,井架上悬挂着1根钻挺立根(2节钻挺和1节钻杆)。

 

  井架工发现蒸汽上升到井口,自管线流出的液流中含有粘土块。关闭环心防喷器,液流开始流到钻机周围。1.5小时以后,产生了一个喷井口,淹没了钻机。

 

  流体喷出量估计5000加仑/min,产生了蘑菇状蒸汽云,蒸汽云高出井口2000英尺左右。

 

  在水流进入排水沟的情况下,热水和蒸汽造成一个巨大的喷井口,其喷口尺寸为105英尺x115英尺。喷井口平均深度为100英尺。

 

  井喷的控制方案选择压井方法时需要特殊考虑。通常可用冷水抑制井喷,但冷水在井底受热变成蒸汽时,又将发生井喷。故钻井液需循环冷却,以抑制井喷。

 

  由于地下水的压力引起井底压力变化,所以该井比其他地热井复杂。既需要冷水,又需要重泥浆。另外还要考虑在热储层顶部、砂质岩的裂隙、断裂间循环液的漏失问题。裂隙、断裂将使泥浆或水泥漏失。压井之后,热储层压力开始逐渐上升,将井内的部分泥浆或水泥柱推出井外。因此,还需要顶部压井。其时间应在井底压井的同时或紧接井底压井之后。顶部压井也不容易,因为井架底座和防喷器已经沉入100英尺的喷井井口中。总方案如下:

 

  ·钻一口解救井,与喷发井在井底相交;·如果要控制钻井,应以大泵量泵送冷水或泥浆;·向喷发井的底部注水泥;·在井喷被处理之后,应清理喷井口;·切害q掉或爆炸掉井架底座和其它没备,以让出装置防喷器的通路;·利用留在喷发井内的钻具向井底泵送钻井液;·根据井底注水泥情况,把小直径钻杆柱尽可能深地下到井底水泥塞的顶部,并注水泥至地表,·爆炸切断和打捞防喷器;。

 

  回填解救井。

 

  解救井方案解救井是控制井喷的特殊方法。这是一项复杂的作业,包括钻井、定向、专门的井喷压井方法和大的压井泵送系统。

 

  解救井的目的是把压井液泵送到喷发井的井底。由于下列因素,故比较复杂:

 

  ·喷发井的地表位置没有明确的标志,也没有其它井场位置作参考;·由于喷井口充满了沸水,不可能准确地定出井喷喷口的位置,·对‘钻井井底的位置不能进行测量。

 

  然而,井喷又有下列有利条件:

 

  ·井底位置浅,所以难于测量的锥形漏斗小;·原17’/2英寸(444.5mm)的井径,由于井喷冲蚀而变大;·如果井喷已看不到,解救井就紧靠钻井,以便与高渗透性热储层的顶部或高传导性断层相交。

 

  解救井的设计与施工,钻机应尽可能接近喷发井,使钻进的角度和水平移距减到最小限度。要求弯曲度为6一7。/100英尺。该消防队在前一年曾用13。/100英尺的弯曲度施工一个解救井,控制了一次井喷。尽管大弯曲度不是很理想的,但对浅井是容易控制的。

 

  解救井比典型的地热井多用一套附加套管柱。它是为解决浅部井喷时可能发生地下污染而配备的,这在其它作业中曾经用过。

 

  主要靶区是热储层以上10英尺的井喷井身。即使解救井不与喷发井相交,解救井将在喷发井以西15英尺、以东6英尺共21英尺误差的范围内与热储层或断层相交。

 

  为了热水的流散,从最坏的情况出发,按100桶/min的流量,设计建造了一个容积为7000桶(lii2.9m8)的贮水池。此外,配制了1200桶、密度为11磅/加仑(1318kg/m3)的压井泥浆,并且_用密度为30磅/桶(85.6kg/m“)堵漏材料配制了300桶的高粘度泥浆,必要时泵入裂隙。万一有井漏,现场备有压注柴油—水泥和硅酸钠球的堵漏材料。压井液通过防喷器泵入钻孔的环状空间。在压井泵送系统与防喷器四通的2个出口连接,作为主要的流动通道,与钻杆柱连接,以便沿钻杆泵入压井液。对该系统作了最大流量为100桶/min的试验。

 

  压井作业该井是按无异常的情况下钻进设计的。95/:英寸套管下到800英尺深并注水泥。在钻出马5/。英寸套管之前,对压井系统作了流量试验,对防喷器也进行了试压。全系统功能达到·13·设计要求。

 

  套管内的水泥被钻到离套管鞋5英尺。然后,进行自导定向测量,测定确实的井位,以决定达到靶区的解救井轨迹是否可被压井作业所允许。设计表明解救井应当在3英尺半径范围内击中靶区。

 

  钻进的终孔段与靶区相交。大约在925英尺发生井漏,按照设计方案继续钻到937英尺,漏失速度在允许的范围内。

 

  关闭防喷器—首先关闭环心,然后关闭并锁紧闸板。卸去主动钻杆,接.上泵送接头,使泵送系统的2英寸管线与钻杆连接。

 

  通过3英寸压井管线开始向环状空间泵送压井循环介质。流量从5桶/min提高到25桶/min,共泵送925桶,井喷很快停止,喷井口液面慢慢下降。

 

  假定压井系统所泵送的压井用水在喷发井内不再明显上升时,则可认为压井用水沿断层进入热储层,使井的周围地层压力上升。

 

  压井结束之后,立即注水泥。由于钻井被抑制,不要期望热储层涌出热流而中断注水泥。水泥配制如下:

 

  成分数量(桶)水510男氯化钙40水5防护液40水6水泥〔G级+触变填加剂(Thixo￡111)〕142置换水56最后加注水泥到862英尺的深度。当考虑到排出液(气)体的数量和井眼冲蚀时,顶部的水泥应具有一定的深度。

 

  在设备搬到喷井口位置后,对钻井观察36小时,如无问题,表明井喷已被压死。

 

  喷井口评价和注水泥压井作业的第二阶段是从地表注水泥。包括抽出喷井口的水和研究水泥注入地层的方法。

 

  用2500加仑/min(9.5m“/min)的潜水泵排除喷井口的水。由于液面下降,喷井口的陡壁坍塌,对人员在喷井口边工作或行走时造成危险。为了安全,将喷井口边围起来,经过几天坍塌井口周围稳固下来。喷井口直径增加了约30英尺。

 

  井架底座以35。角度下沉在喷井口中,转盘在最底下。钻挺在夹持器中。钻挺上部母扣已成卵形。喷井口处的许多设备,被土壤覆盖在井架底座之下。

 

  从喷井口采集了水样,水温不高(80一gooF),所以,是来自地下水,不是来自热储层。

 

  喷井口作业的主要目的是尽可能深安置良好的水泥塞。

 

  在离原井位3~5英尺处施工一个钻孔,钻头直径6’/:英寸,钻孔钻至300英尺,此深度应封孔止水,这涉及了当地居民区的用水问题。在此深度注入水泥。

 

  深度超过250英尺钻井液开始汽化,该地区浅部地层温度比预想的要高得多。

 

  (下转第7页)34。(图1)、勘探砂砾犷床抓斗装置KFo一12(图2)。研制了yPB一3A3钻机用的钻探与气动取心的整套技术装备等。使用这些装备缩短了勘探周期及保证了高效率。

 

  yFB一50M,yPB一2.5A,yPB一3AM,yPB一ZA一ZrK等钻机在使用时,配备有遮挡雨雪的外罩。目前使用yyC一1型移动式冲击钻机,靠它的冲击器冲击地表产生弹性扳动以代替用爆破法产生弹性波。

 

  在春秋季节勘探疏松性建材,大量采用水力取心的高效钻机KrK一100。在冬季对此钻机进行了钻进试验和用空气及泡沫洗井试验。1988年上半年使用泡沫剂钻进了1000多米。应用CBK一255/340振动钻具并配合KrO一12抓斗装置勘探砂砾矿床是很有前景的。它们的可靠性和高效率已为实践所证实。CBK255/34。钻具在勃良斯克州和莫斯科州的磷灰岩矿床施工了28个孔,总进尺283.4m。计时观测表明回次平均钻速为3.7一3.,gm/h。比西马科夫取土器钻速高。.3倍。钻具结构能保证快速取心。岩心采取率为90%~100%。

 

  联合体研制的抓斗(与yPB一3A3型钻机配套)在砾石含量为35%~45%、巨砾含量为20%一35%的地层中能施工深12m,支护外径为1120~102omm的浅井。在莫斯科州和加里宁州勘探砂砾矿床时,取出的巨砾尺寸为300~40omm,个别的达到600一650mm。取出的样品在数量上和质量上都完全满足地质要求。目前,根据苏联地质部的安排,中央地质联合体已着手研制yPB一2.5A自行式钻机用的施工孔径为600~900mm的抓斗装置。孔径小,能量消耗下降,钻速提高、劳动条件获得改善。

 

  今后,提高浅井掘进和大口径钻孔钻进的效率,必须使施工现场准备、井壁支护、起下钻作业、取样、清除孔口岩石等操作工序实行机械化。技术装备的完善,施工质量和工艺水平的提高显然在一定条件下为过渡到程序工艺和普遍使用计算机为数据处理和最佳方案的选择创造了前景。