地?zé)徙@井

對(duì)地?zé)峋删に嚰夹g(shù)的探討與認(rèn)識(shí)

 
  1998 ~ 2005 年7 年間,在成功鉆鑿20 余口地?zé)峋?/a>,取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上。自2006 年以來(lái),圍繞優(yōu)質(zhì)快速鉆井和確保地?zé)?/a>井水溫、水量指標(biāo)這一中心,大膽進(jìn)行科技創(chuàng)新,建立和不斷完善裸眼濾水管成井、聯(lián)體傘式止水器止水、泵室段與技術(shù)套管穿袖封固連接以及高壓空氣壓縮機(jī)洗井四大技術(shù),取得了重要進(jìn)展。同期在陜西關(guān)中地區(qū)共鉆鑿地?zé)?/a>井24 眼,居本區(qū)各地?zé)峋?/a>鉆井公司之首。在實(shí)現(xiàn)設(shè)備更新?lián)Q代,隊(duì)伍技術(shù)素質(zhì)和管理水平提高的同時(shí),瞄準(zhǔn)全國(guó)可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中明確地?zé)?/a>新能源發(fā)展的宏偉目標(biāo),為建立和完善具有我國(guó)特色的地?zé)峋?/a>工藝技術(shù)中找到自己的位置和發(fā)展空間。
 
  1. 1 裸眼濾水管成井由來(lái)
 
  一直以來(lái),很多人都認(rèn)識(shí)到渭河盆地第三系地層不會(huì)有流動(dòng)的砂子,但傳統(tǒng)的地?zé)?/a>井成井工藝要求地?zé)峋臑V水管必須包網(wǎng)纏絲。地?zé)峋?a href="http://xldcn.com/t/投資.html" >投資很高,如果采用裸眼濾水管成井,一旦采出地?zé)崴?/a>中砂子源源不斷涌出,不但管理部門(mén)不予驗(yàn)收,甲方也不會(huì)接受,施工方得不償失。因此,一直以來(lái)沒(méi)有人對(duì)渭河盆地內(nèi)地?zé)峋捎寐阊蹫V水管成井。
 
  我們采用裸眼濾水管成井最早是在2006 年10月咸陽(yáng)綠源公司的WR2 號(hào)井,緣于一次偶然的機(jī)會(huì)。當(dāng)時(shí)該井井深2600m,起初準(zhǔn)備了500m 的纏絲包網(wǎng)濾水管,與以往的地?zé)峋容^,濾水管可謂富富有余了, 可是經(jīng)測(cè)井后發(fā)現(xiàn), 含水層厚度在600m 多,對(duì)濾水管包網(wǎng)纏絲已來(lái)不及了,因?yàn)?a href="http://xldcn.com/t/施工.html" >施工區(qū)的裸眼井是不能久等的,時(shí)間長(zhǎng)了不僅會(huì)對(duì)井身安全造成威脅,亦會(huì)污染熱儲(chǔ)層。根據(jù)以往我們對(duì)濾水管的認(rèn)識(shí)和93 年在華陰秦嶺電廠水源地24號(hào)井修井經(jīng)驗(yàn)(93 年在華陰秦嶺電廠水源地24 號(hào)井修井時(shí),發(fā)現(xiàn)包網(wǎng)纏絲的濾水管是短命的,僅10個(gè)月就沖斷,我們將下入的濾水管拔出, 發(fā)現(xiàn)有2m 的濾水管纏絲被沖斷了,有的則像發(fā)絲一樣連著,而更多的濾水管完好如初亮澤猶在。分析原因有二: 一是該井原始成井時(shí)下部的水層根本沒(méi)有洗開(kāi),只有上部水層出水,沖刷集中所致; 二是傳統(tǒng)的打眼纏絲是短命的) ; 結(jié)合以往的成井經(jīng)驗(yàn),經(jīng)與甲方協(xié)商同意,我們?cè)?00m 以外下入裸眼濾水管。后經(jīng)抽水試驗(yàn)證明,地?zé)峋a(chǎn)出地?zé)崴?/a>沒(méi)有出砂,后續(xù)使用情況良好。因?yàn)榈責(zé)峋煌兜[,環(huán)空是上下暢通的,雖然下部沒(méi)有纏絲亦說(shuō)明上部不出砂。根據(jù)這口井的經(jīng)驗(yàn),在以后地?zé)峋芯痛竽懙娜温阊鄢删?,不再?duì)濾水管包網(wǎng)纏絲。
  從已有的地?zé)峋褂们闆r分析,多數(shù)纏絲包網(wǎng)濾水管地?zé)峋谑褂靡荒旰髸?huì)出現(xiàn)出砂情況,影響地?zé)峋恼J褂?。從砂的巖性分析,為上部第四系松散地層,分析原因是由于止水器的直徑大于鉆頭,止水器在下入井內(nèi)通過(guò)上部砂層時(shí)刮割下去所致,這些砂子由于纏絲包網(wǎng)的原因在洗井過(guò)程中被阻隔至濾水管以外,使用一年后,隨著絲網(wǎng)損壞而使得砂涌入井內(nèi)。一方面影響地?zé)峋恼J褂?,另一方面,由于絲網(wǎng)的阻擋使得地?zé)峋?a href="http://xldcn.com/t/洗井.html" >洗井時(shí)不能將砂粒徹底洗清,砂粒在絲網(wǎng)外的阻隔加大了地?zé)崴?/a>進(jìn)入濾水管時(shí)的阻力, 影響地?zé)峋恼3鏊?。加之濾網(wǎng)纏絲亦會(huì)腐蝕生銹,在水的沖力不足以將其沖開(kāi)的情況下,會(huì)嚴(yán)重阻水,使水位下降、溫度降低、流量減少。
  在第三系砂巖熱儲(chǔ)層中采用裸眼濾水管成井,可以在洗井過(guò)程中,一次性將井洗清, 將砂粒攜出,不會(huì)出現(xiàn)地?zé)峋谑褂眠^(guò)程中出砂問(wèn)題。至今在已使用的21 口地?zé)峋?,都非常成功。以沁園花都小區(qū)地?zé)峋疄槔摼?550m,采用裸眼濾水管成井,成井后自流水量110. 56m3 / h, 井口水溫110℃,該井自2006 年12 月成井后,在使用過(guò)程中,運(yùn)行良好,未出現(xiàn)出砂現(xiàn)象。
 
  2 聯(lián)體傘式止水器的應(yīng)用
 
  2. 1 傳統(tǒng)止水方法的缺陷
 
  地?zé)峋母?a href="http://xldcn.com/t/低溫.html" >低溫分隔器稱(chēng)止水器,在成井中非常重要。渭河盆地內(nèi)地?zé)峋删?,止水時(shí)通常采用與冷水井一樣的止水方法,將止水材料( 海帶、牛皮等) 分別或聯(lián)合包裹在止水套管外壁,后利用這些材料的膨脹性達(dá)到止水目的。這些止水材料極易磨損,且很快爛掉, 使用壽命短, 使用不方便,止水效果不好。使用傳統(tǒng)止水方法地?zé)峋荒艿玫匠志梅€(wěn)定的高產(chǎn)水溫和水量, 且一旦這些材料爛掉,深層高溫水浸入淺層飲用水層會(huì)污染淺層飲用水層。尤其是高壓自流井成井后,都有管道連接泵房,這時(shí)關(guān)井后的壓力足以將臨時(shí)止水層沖開(kāi)。
 
  2. 2 橡膠傘式止水器在地?zé)峋袘?yīng)用缺陷
 
  最初我們制作橡膠傘式止水器將橡膠皮碗一個(gè)個(gè)的穿在套管上,穿的時(shí)候容易損壞, 尤其在冬季,實(shí)施難度很大??墒侨刖笥鰺? 泥漿溫度50 ~ 60℃) 下行時(shí),受到反推力的作用就很難確定止水器是否還在原設(shè)計(jì)的位置上。這個(gè)問(wèn)題在向陽(yáng)公司地?zé)峋迯?fù)時(shí)被證實(shí)了。
 
  向陽(yáng)公司地?zé)峋?600m,泵室段有效深度200m,內(nèi)徑只有200mm。通過(guò)井下電視清楚地發(fā)現(xiàn)井壁管從80m 到200m,被鉆桿由窄到寬,由淺到深,磨出了一條槽子,像是用刨床刨過(guò)一樣。根據(jù)此情況, 在允許下泵的情況下, 補(bǔ)一套190mm本體車(chē)口連接的管子,并在底部焊接了一段車(chē)尖的139. 7mm 的套管, ( 原井下部是139. 7 套管接箍)考慮到插接的嚴(yán)密性和永久性, 在距插接處以上2m 做了一個(gè)“氣門(mén)芯”,把190mm 的套管外車(chē)了一道3cm 寬2mm 深的槽子, 在槽子里對(duì)稱(chēng)打了4個(gè)10mm 的眼,槽子內(nèi)套了一段直徑100mm 的微型車(chē)內(nèi)胎,嚴(yán)絲合縫,緊固密封性很好。準(zhǔn)備與變徑口的接箍插接后, 堵住下部井口, 向井內(nèi)注水泥漿,水泥漿從4 個(gè)眼里流出,而不能回流,以求永久封固。當(dāng)時(shí)把井下電視從190 管內(nèi)下去看著對(duì)接,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的努力一直無(wú)法插接,因?yàn)橄虏孔儚教坠芸谑瞧牡?,靠到一邊,在局限的空間根本無(wú)法對(duì)接。( 從中我們掌握了二開(kāi)的井眼是不會(huì)居中的,在連接時(shí)應(yīng)留有空間。) 只好改成偏心接頭再對(duì)接。提出后發(fā)現(xiàn)橡膠圈不見(jiàn)了,后打撈上來(lái)再套上,結(jié)果是橡膠圈比190 管子大了許多。從中發(fā)現(xiàn)是橡膠遇熱膨脹后固化了,在常溫下不能恢復(fù)。
 
  2. 3 聯(lián)體傘式止水器在地?zé)峋袘?yīng)用
 
  根據(jù)向陽(yáng)公司地?zé)峋蘧畬?shí)踐,我們開(kāi)始研究怎樣能使橡膠固定在套管上, 從2000 年一直到2005 年才掌握了橡膠硫化原理,并了解到橡膠在井下封閉情況下50 年不變質(zhì)和可添加耐高溫材料的特性,終于研制出了硫化在套管上的聯(lián)體傘式止水器。2006 年申報(bào)了專(zhuān)利,一年后國(guó)家下發(fā)了實(shí)用新型專(zhuān)利證書(shū)( 專(zhuān)利號(hào): ZL 2006 2 0079756. 0)。
 
  止水器由生橡膠通過(guò)高溫鍋爐,硫化在地?zé)峋坠鼙倔w上,然后根據(jù)鉆孔直徑上車(chē)床,車(chē)出非常規(guī)格的聯(lián)體傘式止水器,使用時(shí),通過(guò)傘式止水器兩端的套管絲扣直接與地?zé)峋坠苓B接下入井內(nèi),使用方便。
 
  止水器在制作過(guò)程中,添加耐磨劑和耐高溫材料以保證其遇高溫不變形。下井過(guò)程中不會(huì)因與井壁摩擦而損壞,而且因止水橡膠非常牢固地硫化在地?zé)峋坠鼙倔w上,下井過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)受到反推力作用致止水器偏離設(shè)計(jì)止水位置的問(wèn)題。
 
  3 穿袖連接封固泵室段與下部技術(shù)套管
 
  泵室段與下部技術(shù)套管的連接在西安地區(qū)多是用穿袖水泥封固,也有采取懸掛器連接的。
 
  采用水泥封固法有兩大不足: 一是沒(méi)有止水器的純水泥封固要等水泥完全凝固后方能進(jìn)行洗井作業(yè),這樣泥漿在井內(nèi)靜止時(shí)間過(guò)長(zhǎng),可能會(huì)造成部分水層的堵塞而不能出水,影響地?zé)峋漠a(chǎn)出; 二是水泥量的多少很難掌握,水泥量少,不能達(dá)到封固效果,量大往往將鉆桿一起凝固,嚴(yán)重者將造成地?zé)峋畧?bào)廢( 臨潼就有一例)。
 
  懸掛器是油田上常用的成熟產(chǎn)品,用在地?zé)峋鲜欠穹€(wěn)妥,筆者認(rèn)為值得商榷。原因有兩點(diǎn),其一是母懸掛器是下在泵室段尾管上,泵室段一般深400m 至450m,井斜要求不超過(guò)1°,即使0. 5°的偏差,從地面到450m 水平位移已經(jīng)3. 9m; 若是1°偏差,水平位移7. 8m。在下部的2000m 或更深的鉆進(jìn)過(guò)程中,鉆具都要經(jīng)過(guò)它,磨損它。以3000m 的井為例,不算鉆鋌,光鉆桿就重達(dá)105t,PDC 鉆頭加壓不超過(guò)5t,這樣在鉆進(jìn)中100t 的懸重使鉆具對(duì)突出點(diǎn)靠得更緊, 磨損會(huì)加快,尤其是起下鉆時(shí)( 向陽(yáng)公司的井就是例證)。這樣,即使母懸掛器能起到懸掛的作用但密封的作用就很難得到保證。建井初期,稠泥漿可以起到密封作用,但隨著時(shí)間延長(zhǎng),經(jīng)過(guò)建泵房關(guān)井,壓力會(huì)把磨損處沖開(kāi),地?zé)崴?/a>將會(huì)流失并將污染淺層地下水; 其二是表層套管的強(qiáng)度將受到挑戰(zhàn), 以外徑為177. 8mm, 壁厚9. 19mm,長(zhǎng)度3100m 的套管為例,套管重達(dá)120t,全部重量懸掛在J55 鋼級(jí)的表層套管上是很危險(xiǎn)的。如果一半重量懸掛于套管上,另外一半重量交給井底,熱水洗出后,管體受熱膨脹,懸掛器的密封效果降低,后果令人耽憂(yōu)。
 
  在實(shí)踐中,我們采用硫化在套管上的聯(lián)體傘式止水器有兩個(gè),中間間隔20m,內(nèi)填充少量建筑水泥和止水材料,下完套管就可以直接洗井,利用空壓機(jī)快速洗井法,在水泥還沒(méi)有凝固時(shí),套管受熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力得到釋放。這樣有效達(dá)到了止水目的。在所使用的30 余口地?zé)峋?,井井成功?/div>
 
  4 地?zé)峋淳?/div>
 
  4. 1 常規(guī)洗井方法的劣勢(shì)
 
  地?zé)峋淳?a href="http://xldcn.com/t/成井工藝.html" >成井工藝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),洗井的目的是徹底清除井內(nèi)泥漿,破壞井壁泥皮,抽出滲入含水層的泥漿和細(xì)小顆粒[1],消除鉆井過(guò)程中的泥漿對(duì)熱儲(chǔ)層的影響,洗出滲入熱儲(chǔ)層中的細(xì)小顆粒,使得熱儲(chǔ)層恢復(fù)其天然特性,洗井的好壞直接影響地?zé)崴漠a(chǎn)出狀況。
 
  目前陜西關(guān)中地區(qū)地?zé)嵯淳畷r(shí)大都是使用泥漿泵,先用稀泥漿逐漸替換清水洗井。雖然可行但不經(jīng)濟(jì),耗時(shí)、耗水,多則十幾天,少則也要7 天左右,洗井時(shí)間一長(zhǎng),不僅成本增加,而且泥漿在井內(nèi)的滯留必將污染熱儲(chǔ)層,影響地?zé)峋漠a(chǎn)出; 且采用該法洗井,很難在短時(shí)期內(nèi)將井徹底洗開(kāi),對(duì)地?zé)峋鏊杏绊憽?/div>
 
  4. 2 高壓空氣壓縮機(jī)負(fù)壓洗井
 
  本體車(chē)口連接的管子,并在底部焊接了一段車(chē)尖的139. 7mm 的套管, ( 原井下部是139. 7 套管接箍)考慮到插接的嚴(yán)密性和永久性, 在距插接處以上2m 做了一個(gè)“氣門(mén)芯”,把190mm 的套管外車(chē)了一道3cm 寬2mm 深的槽子, 在槽子里對(duì)稱(chēng)打了4個(gè)10mm 的眼,槽子內(nèi)套了一段直徑100mm 的微型車(chē)內(nèi)胎,嚴(yán)絲合縫,緊固密封性很好。準(zhǔn)備與變徑口的接箍插接后, 堵住下部井口, 向井內(nèi)注水泥漿,水泥漿從4 個(gè)眼里流出,而不能回流,以求永久封固。當(dāng)時(shí)把井下電視從190 管內(nèi)下去看著對(duì)接,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的努力一直無(wú)法插接,因?yàn)橄虏孔儚教坠芸谑瞧牡?,靠到一邊,在局限的空間根本無(wú)法對(duì)接。( 從中我們掌握了二開(kāi)的井眼是不會(huì)居中的,在連接時(shí)應(yīng)留有空間。) 只好改成偏心接頭再對(duì)接。提出后發(fā)現(xiàn)橡膠圈不見(jiàn)了,后打撈上來(lái)再套上,結(jié)果是橡膠圈比190 管子大了許多。從中發(fā)現(xiàn)是橡膠遇熱膨脹后固化了,在常溫下不能恢復(fù)。
 
  2. 3 聯(lián)體傘式止水器在地?zé)峋袘?yīng)用
 
  根據(jù)向陽(yáng)公司地?zé)峋蘧畬?shí)踐,我們開(kāi)始研究怎樣能使橡膠固定在套管上, 從2000 年一直到2005 年才掌握了橡膠硫化原理,并了解到橡膠在井下封閉情況下50 年不變質(zhì)和可添加耐高溫材料的特性,終于研制出了硫化在套管上的聯(lián)體傘式止水器。2006 年申報(bào)了專(zhuān)利,一年后國(guó)家下發(fā)了實(shí)用新型專(zhuān)利證書(shū)( 專(zhuān)利號(hào): ZL 2006 2 0079756. 0)。
 
  止水器由生橡膠通過(guò)高溫鍋爐,硫化在地?zé)峋坠鼙倔w上,然后根據(jù)鉆孔直徑上車(chē)床,車(chē)出非常規(guī)格的聯(lián)體傘式止水器,使用時(shí),通過(guò)傘式止水器兩端的套管絲扣直接與地?zé)峋坠苓B接下入井內(nèi),使用方便。
 
  止水器在制作過(guò)程中,添加耐磨劑和耐高溫材料以保證其遇高溫不變形。下井過(guò)程中不會(huì)因與井壁摩擦而損壞,而且因止水橡膠非常牢固地硫化在地?zé)峋坠鼙倔w上,下井過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)受到反推力作用致止水器偏離設(shè)計(jì)止水位置的問(wèn)題。
 
  3 穿袖連接封固泵室段與下部技術(shù)套管
 
  泵室段與下部技術(shù)套管的連接在西安地區(qū)多是用穿袖水泥封固,也有采取懸掛器連接的。
 
  采用水泥封固法有兩大不足: 一是沒(méi)有止水器的純水泥封固要等水泥完全凝固后方能進(jìn)行洗井作業(yè),這樣泥漿在井內(nèi)靜止時(shí)間過(guò)長(zhǎng),可能會(huì)造成部分水層的堵塞而不能出水,影響地?zé)峋漠a(chǎn)出; 二是水泥量的多少很難掌握,水泥量少,不能達(dá)到封固效果,量大往往將鉆桿一起凝固,嚴(yán)重者將造成地?zé)峋畧?bào)廢( 臨潼就有一例)。
 
  懸掛器是油田上常用的成熟產(chǎn)品,用在地?zé)峋鲜欠穹€(wěn)妥,筆者認(rèn)為值得商榷。原因有兩點(diǎn),其一是母懸掛器是下在泵室段尾管上,泵室段一般深400m 至450m,井斜要求不超過(guò)1°,即使0. 5°的偏差,從地面到450m 水平位移已經(jīng)3. 9m; 若是1°偏差,水平位移7. 8m。在下部的2000m 或更深的鉆進(jìn)過(guò)程中,鉆具都要經(jīng)過(guò)它,磨損它。以3000m 的井為例,不算鉆鋌,光鉆桿就重達(dá)105t,PDC 鉆頭加壓不超過(guò)5t,這樣在鉆進(jìn)中100t 的懸重使鉆具對(duì)突出點(diǎn)靠得更緊, 磨損會(huì)加快,尤其是起下鉆時(shí)( 向陽(yáng)公司的井就是例證)。這樣,即使母懸掛器能起到懸掛的作用但密封的作用就很難得到保證。建井初期,稠泥漿可以起到密封作用,但隨著時(shí)間延長(zhǎng),經(jīng)過(guò)建泵房關(guān)井,壓力會(huì)把磨損處沖開(kāi),地?zé)崴畬?huì)流失并將污染淺層地下水; 其二是表層套管的強(qiáng)度將受到挑戰(zhàn), 以外徑為177. 8mm, 壁厚9. 19mm,長(zhǎng)度3100m 的套管為例,套管重達(dá)120t,全部重量懸掛在J55 鋼級(jí)的表層套管上是很危險(xiǎn)的。如果一半重量懸掛于套管上,另外一半重量交給井底,熱水洗出后,管體受熱膨脹,懸掛器的密封效果降低,后果令人耽憂(yōu)。
 
  在實(shí)踐中,我們采用硫化在套管上的聯(lián)體傘式止水器有兩個(gè),中間間隔20m,內(nèi)填充少量建筑水泥和止水材料,下完套管就可以直接洗井,利用空壓機(jī)快速洗井法,在水泥還沒(méi)有凝固時(shí),套管受熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力得到釋放。這樣有效達(dá)到了止水目的。在所使用的30 余口地?zé)峋?,井井成功?/div>
 
  4 地?zé)峋淳?/div>
 
  4. 1 常規(guī)洗井方法的劣勢(shì)
 
  地?zé)峋淳?a href="http://xldcn.com/t/成井工藝.html" >成井工藝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),洗井的目的是徹底清除井內(nèi)泥漿,破壞井壁泥皮,抽出滲入含水層的泥漿和細(xì)小顆粒[1],消除鉆井過(guò)程中的泥漿對(duì)熱儲(chǔ)層的影響,洗出滲入熱儲(chǔ)層中的細(xì)小顆粒,使得熱儲(chǔ)層恢復(fù)其天然特性,洗井的好壞直接影響地?zé)崴漠a(chǎn)出狀況。
 
  目前陜西關(guān)中地區(qū)地?zé)嵯淳畷r(shí)大都是使用泥漿泵,先用稀泥漿逐漸替換清水洗井。雖然可行但不經(jīng)濟(jì),耗時(shí)、耗水,多則十幾天,少則也要7 天左右,洗井時(shí)間一長(zhǎng),不僅成本增加,而且泥漿在井內(nèi)的滯留必將污染熱儲(chǔ)層,影響地?zé)峋漠a(chǎn)出; 且采用該法洗井,很難在短時(shí)期內(nèi)將井徹底洗開(kāi),對(duì)地?zé)峋鏊杏绊憽?/div>