國內地熱開發(fā)日趨成熟，但貴州起步較晚，我院繼２００６年１０月采用正循環(huán)鉆進技術在貴陽市新添寨順海村葉家莊保利溫泉新城開始施工ＺＫ２號地下熱水井（該井是貴州省自己施工的第一口地熱 井，成井深度１９２２暢４４ｍ，日出水量１０１９ｍ３ ，井口水溫５５℃，完全滿足施工合同所要求的成井各項指標），后又于２００７年８月在同一地點施工ＺＫ３號地下熱水井，采用正循環(huán)和氣舉反循環(huán)鉆進技術，成井 深度２１９１暢２３ｍ，日出水量１２６８暢６１ｍ３ ，井口水溫４７℃，各項指標均滿足合同要求。

 

  １ 地質概況

 

  該井位于貴州省貴陽市新添寨順海村葉家莊保利溫泉新城，地貌類型主要為溶蝕地貌，侵蝕－剝蝕地貌，河谷地貌，地層構造位于地跨揚子準地臺的黔北臺隆和黔南臺陷兩個次級構造單元部，構造變形復雜，燕山運動形成區(qū)內構造骨架，其早期主要形成川黔經(jīng)向構造體系，晚期則主要形成新華夏構造體系。區(qū)內斷裂發(fā)育，為地下熱水的深循環(huán)提供了通道。本次成井的熱儲層為寒武系中統(tǒng)婁山關群至下統(tǒng)清虛洞組，主要為白云巖、泥質白云巖、泥灰?guī)r等，熱儲體蓋層為志留系中下統(tǒng)高寨田組至奧陶系下統(tǒng)桐梓組，泥頁巖、泥灰?guī)r厚度大，具有良好的隔熱性 能，對下伏熱儲層具有良好的保溫作用。

 

  ２ 鉆進設備

 

  ＲＰＳ－３０００型水井鉆機１臺，３ＮＢ－５００和ＢＷ１２００型泥漿泵各１臺，ＶＷＦ－５／４０型空壓機２臺，配套振動篩、旋流除砂器和系列鉆具及中國地質科學院勘探技術研究所研制的ＳＨＢ１２７／６２型雙壁鉆具。

 

  ３ 鉆進方法

 

  ＺＫ３號地熱井上部采用牙輪鉆頭正循環(huán)全面鉆進方法施工，高聚物泥漿作鉆井液，鉆至孔深８５８暢１８ｍ處遇一個５暢６ｍ深的溶洞，泥漿全部漏失，隨后采用多種堵漏措施均未堵住漏失，于是改用氣舉反循環(huán)鉆進方法施工。

 

  ４ 氣舉反循環(huán)鉆進原理及其優(yōu)點

 

  氣舉反循環(huán)鉆進技術是將壓縮空氣沿雙壁鉆具輸氣管道送入一定深度經(jīng)混合器進入管內循環(huán)液，使混合后的液體密度小于沖洗液的密度，井筒內外就產(chǎn)生壓差，在井內外壓差的作用下，使管內混合的氣液以較高的速度向上流動，從而將孔底的巖屑或巖心連續(xù)不斷地帶出地表，經(jīng)反循環(huán)振動篩，排入沉淀池。沉淀后的泥漿再流回孔內，補充循環(huán)液的空間，如此不斷循環(huán)形成連續(xù)鉆進的過程。

 

  氣舉反循環(huán)鉆進技術的最大特點是管路平直，不易堵塞，攜帶上來的氣、液、固三相流不流經(jīng)任何工作機械，設備磨損小，并具有排巖屑能力強，鉆進效率高，鉆頭壽命長等優(yōu)點。 氣舉反循環(huán)鉆進技術主要適合在不易垮塌地層使用。

 

  ５ ＺＫ３號井鉆進情況及技術措施

 

  ＺＫ３號井施工到８５８暢１８ｍ處遇一個５暢６ｍ深 的溶洞，泥漿全部漏失，采用多種堵漏措施未成功，因此完全不能使用正循環(huán)鉆進，但該孔熱儲體蓋層屬易垮塌地層，且又未打穿，不能下套管護壁，雖然氣舉反循環(huán)鉆進技術不適宜在這種情況下使用，但因情況特殊，經(jīng)研究，采用氣舉反循環(huán)鉆進技術并向孔內補充高粘度泥漿打穿熱儲體蓋層，下入飽１７８ｍｍ技術套管進行護壁，從而正常使用氣舉反循環(huán) 鉆進技術。

 

  （１）從孔深８６４暢７８～２１９１暢２３ｍ采用氣舉反循環(huán)技術鉆進，鉆進進尺為１３２６暢４５ｍ，時效１暢８ｍ，臺效約６００ｍ，鉆進中無重復破碎，攜帶巖粉能力強，井底十分干凈，孔內安全。

 

  （２）由于鉆孔上部地層泥頁巖厚，孔壁垮塌嚴重，為防止鉆進中井內液面下降，保持足夠高的沉沒比，采用在鉆進時向井內注入高粘度泥漿（７０ｓ）的方法。

 

  （３）雙壁鉆具初始長度為２８０ｍ，隨鉆孔深度的延伸增加雙壁鉆具的數(shù)量，最多時達到４２０ｍ。

 

  （４）采用較高轉速鉆進時，反循環(huán)出水不好，采 用低轉速鉆進時，出水效果較好。

 

  （５）改制的三牙輪鉆頭中心孔為４８ｍｍ，并在鉆頭上設置裙板，有利于巖屑在鉆進過程中經(jīng)鉆桿順利排至地表。

 

  （６）根據(jù)井內情況采取合理的下鉆方式，避免下鉆不當，堵塞鉆頭孔眼。加單根前，認真觀察出液情況，待循環(huán)液中基本不含巖屑后方能停風加單根。

 

  （７）要保證空壓機的送風量，必須要求（雙壁、單壁）鉆具本身及接頭處密封良好。

 

  （８）開始采用一臺ＶＷＦ－５／４０型空壓機施工，鉆具經(jīng)常堵塞，后采用２臺ＶＷＦ－５／４０型空壓機并聯(lián)使用，基本上解決了鉆具堵塞問題。空壓機啟動風壓１暢８～３暢２ＭＰａ，工作壓力１暢２～２暢３ＭＰａ。工作壓力一旦低于１暢０ＭＰａ，即不能形成氣舉反循環(huán)鉆進。

 

  （９）由于鉆具質量較大，沒有選配雙壁氣水龍頭，而是選用正循環(huán)水龍頭加一氣盒子替代進行鉆進。

 

  ６ 使用效果分析及評價

 

  （１）在泥漿嚴重漏失地層，采用反循環(huán)鉆進可以解決正循環(huán)鉆進不能繼續(xù)施工的問題。但在垮塌地層使用氣舉反循環(huán)鉆進技術時一定要向井內注入高粘度的泥漿。

 

  （２）在不垮塌地層采用反循環(huán)鉆進施工比正循環(huán)鉆進施工可大大提高鉆進效率。

 

  （３）由于氣舉反循環(huán)鉆進孔底干凈，不產(chǎn)生重復破碎，與正循環(huán)鉆進相比，鉆頭使用壽命長。在保利ＺＫ２、ＺＫ３號井施工中，同類地層飽１５２ｍｍ鉆頭鉆進，采用正循環(huán)鉆進平均每個鉆頭可打１５０ｍ，采用反循環(huán)鉆進平均每個鉆頭可打３００ｍ，鉆頭使用效率提高１倍。

 

  （４）由于孔內干凈，采用反循環(huán)鉆進還減少了孔內事故的發(fā)生。在ＺＫ３號井施工到１０３８ｍ時，由于鉆機傳動齒輪打壞，孔內鉆具無動力提動，經(jīng)過１０多個小時將鉆機修好后，很輕松的就把孔內鉆具提動，避免了正循環(huán)粘吸卡鉆事故的發(fā)生，保證了施工安全和高效。

 

  （５）氣舉反循環(huán)鉆進與正循環(huán)鉆進相比，節(jié)約了泥漿材料費。

 

  （６）氣舉反循環(huán)鉆進過程又是洗井過程，因此在鉆井結束后，可直接下泵抽水。

 

  （７）由于氣舉反循環(huán)鉆進具有不污染、不堵塞

 

  ４２探礦工程（巖土鉆掘工程）其次是鉆進參數(shù)的選擇應盡量做到合理。在遵 循鉆探規(guī)程的前提下，根據(jù)地層條件和工具的情況 進行調整。特別是采用一些非標準設計的鉆頭和工具時要和現(xiàn)場技術人員協(xié)商，共同探索合適鉆壓、轉速和水泵的泵量。取煤時孔底壓力一般保持在７～８ｋＮ左右，泵量６０Ｌ／ｍｉｎ，轉速選擇３００～４００ｒ／ｍｉｎ較為適宜。 第三，在較厚煤層的頂板取心過程中，不要急于提鉆，要繼續(xù)鉆進１０～２０ｃｍ，保證煤層頂板完全進入巖心管內，保證下部煤層沒有殘留巖心。每次取心的長度應保持在１ｍ左右。當判斷進入煤層底板后，要再鉆進２０ｃｍ以上，以保證煤心全部進入巖心管。采用ＳＭ型鉆具時，在進入煤層后，每回次取心時盡量少提鉆桿，采用短鉆桿解決加鉆桿問題，避免因發(fā)生掉塊而磨損巖心現(xiàn)象。

 

  ４ 結語

 

  （１）繩索取心工藝是目前煤層氣勘探取心工作的唯一工藝，采用該工藝必須處理好煤系地層的松、散、碎、脆問題，合理地使用套管技術，是解決該類型地層較為可行的方法。

 

  （２）采用腐植酸鉀＋雙聚物＋皂化油的無固相泥漿并結合優(yōu)化后的鉆孔環(huán)狀間隙可以很好地解決泥巖地層縮徑問題。

 

  （３）煤系地層卡心要采用綜合卡心技術，實踐中根據(jù)地層條件，薄煤層可以采用一次穿透的辦法取心，厚煤層盡量采用ＳＭ類型取心鉆具配合隱蔽式攔簧和卡簧雙作用式卡心機構，基本上可以保證取心率達到８５％以上。