張建中

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院,河南商丘 476000)

地?zé)峋删斫Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

張建中

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院,河南商丘 476000)

隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展,城市化程度加強(qiáng),人民生活質(zhì)量提高,地?zé)嶙鳛橐环N環(huán)保、高效、可持續(xù)利用的能源,市場對它的需求非常強(qiáng)烈。尤其是在我國北方寒冷地區(qū),急需開發(fā)大規(guī)模的中、低溫地?zé)醽斫鉀Q城鎮(zhèn)供熱的問題,而西北高原也急需開發(fā)熱礦水來提高人民生活水平,改善人民生活條件。目前,我國的高溫地?zé)豳Y源發(fā)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具有了一定的基礎(chǔ),但是,還有許多問題依然存在。雖然地?zé)嶙鳛橐环N新型環(huán)保的替代能源,而且它的利用、技術(shù)研發(fā)成本十分低廉,但是它開采投資大、風(fēng)險(xiǎn)高,也是不容忽視的問題。

第三系地?zé)峋?潛山地?zé)峋?定向井

隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展,城市化程度加強(qiáng),人民生活質(zhì)量提高,地?zé)嶙鳛橐环N環(huán)保、高效、可持續(xù)利用的能源,市場對它的需求非常強(qiáng)烈。尤其是在我國北方寒冷地區(qū),急需開發(fā)大規(guī)模的中、低溫地?zé)醽斫鉀Q城鎮(zhèn)供熱的問題,而西北高原也急需開發(fā)熱礦水來提高人民生活水平,改善人民生活條件。由于地?zé)崾袌龅耐苿邮沟玫責(zé)崮芤呀?jīng)由開采中低溫地?zé)豳Y源逐漸過渡為開采高溫地?zé)豳Y源,而且地?zé)峋目碧胶偷責(zé)峋某删疃纫脖厝浑S之增加。而隨著地?zé)峋删疃鹊牟粩嘣黾?致使揭露地層情況越來越復(fù)雜多變,特別是深潛山和潛山內(nèi)幕為主體的隱蔽型潛山的地?zé)峥辈?雖然它們有著巨大的勘探效益,但同時(shí)也由于地形的影響致使地層可鉆性急劇變差,有更大的幾率產(chǎn)生如井壁垮塌、漏失及井斜等一系列的復(fù)雜情況,致使它有著高度的復(fù)雜性及風(fēng)險(xiǎn)性。

1 定向井井身結(jié)構(gòu)

目前定向地?zé)峋簿褪切本饕獞?yīng)用于地?zé)嵋徊梢还?對井)鉆鑿,以此來解決回灌熱儲層段的水平距離受到井口位置限制的問題。

1.1 第三系孔隙熱儲層二開定向井身結(jié)構(gòu)

圖1

第三系孔隙熱儲層定向井一般情況下為二開井身結(jié)構(gòu)。一開井身結(jié)構(gòu)用Φ444.5mm井眼下入Φ339.7mm套管,且管外全井段水泥固井并封住定向井表層。二開井采用的是Φ311.2mm井眼,包括直井段、增斜段、造斜段以及穩(wěn)斜段,下入Φ244.5mm進(jìn)行套管,頂部與Φ339.7mm的套管重疊不得小于30mm,下部超過目的層不得小于30m,要采用“穿鞋帶帽”的方法進(jìn)行水泥固頂,下部水泥漿上返至目的層以上的距離不得少于150m。目的層段要采用射孔成井,可根據(jù)抽水地?zé)崴沉康那闆r來選擇補(bǔ)掛Φ177.8mm濾水管。

1.2 潛山裂隙熱儲層定向地?zé)峋斫Y(jié)構(gòu)

深潛山定向井一般情況下采用四開井身結(jié)構(gòu)。一開井身結(jié)構(gòu)用Φ444.5mm井眼下入Φ339.7mm套管,管外全井段用水泥固井封住表層;而二開井身結(jié)構(gòu)采用Φ311.2mm井眼(包括直井段、增斜段、造斜段以及穩(wěn)斜段)下入Φ244.5mm套管,頂部與339.7mm套管重疊距離不得小于30m,并采用“穿鞋帶帽”的方法用水泥固井;三開井身結(jié)構(gòu)采用Φ215.9mm井眼,下入Φ177.8mm尾管,頂部與Φ224.5mm套管重疊距離不得小于30m,并采用“穿鞋帶帽”的方法用水泥固井;四開潛山目的層段采用Φ152.4mm鉆頭或Φ149.2mm鉆頭鉆進(jìn),直接裸眼完井或根據(jù)基巖破碎情況來選擇性下入Φ127mm襯管或Φ114.3mm襯管來完井。

2 第三系孔隙熱儲層地?zé)峋罱Y(jié)構(gòu)

第三系孔隙型熱儲層一般情況下埋藏較淺,地層的巖性是由泥巖以及砂巖所組成,砂巖的泥質(zhì)膠結(jié)而疏松,而泥巖的致密性較差。地?zé)峋删木斫Y(jié)構(gòu)一般情況下為一次管串結(jié)構(gòu)(見圖1),泵室管段一般情況下為Φ44 4.5mm井眼或Φ3 75.0 mm井眼下入Φ339.7mm套管或Φ273.0mm套管,通過變徑來和下部Φ177.8mm套管連接,而下部為Φ244.5mm井眼。其中目的熱儲層段的開采,要對應(yīng)含水砂巖層有選擇性的下入濾水管,而目的熱儲層以上的開采套管外要采用膠傘黏土球止水,且粘土球的厚度要大于30m,而上部要回填粘土以止水。

在第三系孔隙型熱儲層以上的第三系明化鎮(zhèn)組熱儲層巖性結(jié)構(gòu)是最松散的,所以為了防止地?zé)峋錾?目前最常采用且最經(jīng)濟(jì)有效的方法是在濾水管外與井壁環(huán)隙中間用礫料進(jìn)行充填要在Φ2mm到Φ4mm之間。Φ500.0mm井眼或Φ444.5mm井眼下入Φ339.7mm套管或Φ273.0mm套管,通過變徑來和下部Φ177.8mm套管連接,而下部為Φ375.0mm井眼,且成井段以上套管外要采用粘土球止水,而上部要通過回填粘土來止水。

而對于成井過深(成井深度大于2000m)的第三系孔隙型熱儲地?zé)峋?為了降低卡鉆以及井壁垮塌等特殊情況的風(fēng)險(xiǎn),可以采用二開井身結(jié)構(gòu),一開用Φ444.5mm井眼下入Φ339.7mm+Φ273.0mm套管(一般情況下300m~500m),管外全孔段采用水泥固井封住表層;二開采用Φ244.5mm井眼下入Φ177.8mm套管,頂部采用變徑和膠傘來與Φ273.0mm套管進(jìn)行座封,下部和熱儲層段頂部則采用膠傘來止水。

3 潛山裂隙熱儲層地?zé)峋斫Y(jié)構(gòu)

通過利用基巖裂隙型熱儲層成井,一般情況下開采目的熱儲層為古生界奧陶系和寒武系府君山組以及元古界長城系巖溶裂隙熱儲層來分析不同類型的潛山井,根據(jù)實(shí)地情況分別給出不同類型的井身結(jié)構(gòu)方案。

3.1 超過4500m的深潛山井

超過4500m的深潛山井可采用四開井身結(jié)構(gòu)。一開用Φ444.5mm井眼下入Φ339.7mm套管,管外全井段利用水泥固井封住表層;二開用Φ311.2mm井眼下入Φ244.5mm套管,頂部和Φ339.7mm套管重疊距離不得小于30m,并采用“穿鞋帶帽”的方法利用水泥固井。而對于地層較穩(wěn)定且下部地層壓力體系正常的井,二開套管可以封住陶組易漏的地層,下井深度2000m左右;而對于下部鉆遇地層復(fù)雜且坍塌壓力高的區(qū)塊,二開套管則需要坐入沙河街組地層,下井深度在3000m至3500m之間,可以有效地降低上部地層垮塌和漏失的風(fēng)險(xiǎn);三開用Φ215.9mm井眼下入Φ177.8mm尾管,頂部和Φ244.5mm套管重疊距離不得小于30m,并且采用“穿鞋帶帽”的方法利用水泥固井。當(dāng)非開采目的基巖熱儲層的潛山泥巖地區(qū)薄,井壁垮塌情況不嚴(yán)重,可以采用Φ177.8mm套管直接坐入潛山頂,同時(shí)封隔上部易垮塌地層,在一個(gè)開次中直接鉆進(jìn)潛山內(nèi)幕地層;四開潛山目的層段采用Φ152.4mm鉆頭或Φ149.2mm鉆頭鉆進(jìn),裸眼直接完井或者根據(jù)基巖破碎的情況選擇性的下入Φ127mm襯管或Φ114.3mm襯管完井。

若古近系地層垮塌嚴(yán)重,且潛山泥巖地層垮漏同層,此時(shí)為了安全鉆進(jìn),可以將四開井身結(jié)構(gòu)更改為五開井身結(jié)構(gòu)：用Φ177.8mm套管下至潛山頂,四開潛山泥巖易垮塌地層井段采用Φ152.4mm鉆頭或Φ149.2mm鉆頭鉆進(jìn),同時(shí)下入Φ127mm尾管,五開井身結(jié)構(gòu)針對一般情況下為元古界長城系的目的熱儲層的易漏地層采用Φ105mm小鉆頭鉆進(jìn)。

3.2 潛山目的層段較淺的井

潛山目的層段較淺的井,一般在2000m左右,采用三開井身結(jié)構(gòu)。一開用Φ444.5mm井眼下入Φ339.7mm套管,管外全井段采用水泥固井封住表層;二開則采用Φ311.2mm井眼下入Φ244.5mm套管坐入完整基巖的潛山3～5m,頂部和Φ339.7mm套管重疊距離不小于30m,并且采用“穿鞋帶帽”的方法利用水泥固井。這種結(jié)構(gòu)的潛山段鉆井參數(shù)和鉆頭選擇具有更大的靈活性,而且機(jī)械鉆速能有更大的提升空間,同時(shí)處理井下突發(fā)緊急情況也更加方便。在探井鉆探的過程中,該結(jié)構(gòu)如果多預(yù)留一層套管,則可以更好的實(shí)現(xiàn)鉆井目的。

3.3 潛山目的層埋深在3500m～4000m之間的潛山井

潛山目的層埋深在3500m~4000m之間的潛山井一般采用三開井身結(jié)構(gòu)。一開用Φ444.5mm井眼下入Φ339.7mm套管,管外全井段采用水泥固井封住表層;二層一般采用Φ241.3mm井眼下入Φ177.8mm套管坐進(jìn)潛山3m至5m,頂部與Φ339.7mm套管重疊距離不得小于30m,并且采用“穿鞋帶帽”的方法來利用水泥固井。這種結(jié)構(gòu)與二開采用Φ311.2mm井眼的結(jié)構(gòu)相比,可節(jié)約大量的鉆井成本。

4 結(jié)語

(1)第三系孔隙型熱儲層埋藏深度較淺,井身結(jié)構(gòu)一般情況下為一次管串結(jié)構(gòu),開采目的熱儲層段是要根據(jù)對應(yīng)含水砂巖層的情況全部或有選擇性的下入濾水管;而泥質(zhì)膠結(jié)疏松的地層為了有效地防止地?zé)峋錾?需要在濾水管外和井壁環(huán)隙之間進(jìn)行礫料填充。(2)在勘察和開發(fā)潛山巖溶裂隙熱儲層時(shí)井身結(jié)構(gòu)多數(shù)情況下為三開或者四開井身結(jié)構(gòu),三開或四開套管多數(shù)情況下入基巖頂部3m~5m,三開或四開為裸眼完井或根據(jù)情況尾管固井完井,這種結(jié)構(gòu)為潛山地?zé)岬目辈彀l(fā)揮了重要作用。(3)目前斜井(定向地?zé)峋?主要應(yīng)用與地?zé)嵋徊梢还鄬@鑿,已解決開采回灌的熱儲層段水平距離收到井口限制的問題。第三系孔隙熱儲定向井多數(shù)情況下以二開為主,包括穩(wěn)斜段、造斜段和增斜段以及直井段,開采目的層段時(shí)要采用射孔成井;深潛山定向井一般情況下采用三開或者四開結(jié)構(gòu)并且裸眼完井。

[1]趙金洲,張桂林.《鉆井工程技術(shù)手冊》.2010年.

[2]趙金洲,張桂林.《鉆井工程理論與技術(shù)》.2011年.

[3]曾鐵軍.深層地?zé)崴@探工藝[J].2010年6月.

[4]徐軍祥.我國地?zé)豳Y源與可持續(xù)開發(fā)利用[J].2011年2月.

[5]屠厚澤.《鉆探工程學(xué)》.2012年.