摘要：随着钻井技术的不断发展，矿区地热井挖掘深度不断增加，自流水量以及井口温度也在不断增加，对于各种不同的热储层，也出现了不同的施工技术，其中，钻井工艺和成井技术也出现了不同的方式方法。成井技术作为矿区地热井开发和发展的重要手段之一，矿区地热井的开发和开采离不开科学技术的支持，其科学技术的表现方式即为各种成井技术。
关键词：矿区；地热井工程；施工技术
引言
随着清洁能源理念的不断推广，我国地热资源的开发进展也不断的加速，目前已经成为了能源领域内最具有发展潜力的产业方向。
1地热井开发现状
目前，国内在地热井开发领域市场份额最大、技术力量最为雄厚的当属中石化新星石油公司，2013年国家能源局依托新星石油公司成立了国家地热能源开发利用研究及应用技术推广中心，开展地热能源发展战略、规划、政策研究与制订、资源勘查、地热钻井与成井、油田余热利用等核心技术研究，其地热开发的范围涉及京津冀、河南、山东、内蒙古、陕西等地。考虑地温梯度、地层特征以及开发成本等因素，当前地热井钻井深度多在1000~4000m，流体温度大部分在45~88℃之间，主要开发层系有新近系的明化镇组、馆陶组，古生界的奥陶系、寒武系以及元古界。从热储类型来看主要分孔隙型热储和岩溶裂缝型热储。涉及的关键技术有地质综合研究技术、录井技术、钻完井技术、地热水交换技术、梯级利用技术、地热尾水回灌技术等。
2矿区地热钻井及其施工技术探讨
地热市场的占领在于将石油钻井中先进成熟的工艺和相关的水文、地热等条件有机结合起来，并且充分引进各种现代的设备，选用优质的钻头和各种机械参数，提高钻井的工作效率，缩短建井周期。再加上引进现代科学的泥浆工艺，在矿区地热钻井过程中，针对不同的地层，采取不同的科学泥浆配方，以达到平衡钻井的目的。从70年代至今，钻井工艺也历经了非常大的变化，其变化更好地适应了现代矿区地热钻井的施工和完成。70年代的矿区地热井的完井工艺主要采用水井式的完井方式，对于水层采用笼式过滤管，入井后采用投填砾料的方式，止水则采用投泥球封隔止水的古老方法。
成井过程是矿区地热井施工中最为重要的工序之一，由于不同的地热井所处的大地构造背景和热储层岩性不同，因此需要采用不同的成井方法来实现工程的顺利完成。就目前国内相对比较成熟完善的成井方法而言，先期完成法、后期完成法、裸眼完成法、筛管完成法和射孔完成法这几种成井方法是比较具有代表性的。
先期完成法适用于井比较深、上部地层比较复杂的地热井，它是在钻井中采用分别排除的方法的一种钻井工艺，较为安全。先期完成法是在钻达到目的层的顶部时，先下入技术套管来固定井壁，再用小尺寸的钻头钻至井深。下技术套管是为了能够封固住非采水段的井壁，隔绝深浅地层水以及满足下部施工的需要。先期完成法的缺点在上文中也显而易见了，它实施起来较为麻烦，因此造成工期较长，投入相对较大。后期完成法能够根据钻孔的资料自由地选择取水井段，而且其钻井的工期较短，投入相对较小。后期完成法和先期完成法的区别在于，它在钻达到目的层的顶部时，先不下技术套管，而是用原有尺寸的小钻头钻至完钻井深，再根据各项资料的显示进一步下入技套或者其他工具来固定井壁。后期完成法同样具有一些缺点，由其钻井过程可看出，它对钻井的技术要求非常高，而且完井下管和固定井壁的工艺也是相当的复杂。
裸眼完成法一般适用于井壁比较稳定的地区，比如火成岩类的裂隙型热储层等。它采用的是不下井管的方法，相较于其他需要下井管的方法而言，裸眼完成法的优点在于其出水口的截面积较大、出水量较大、阻力较小并且不易发生堵塞事故以及投资较少等。但是这种方法却不适用与砂泥浆剖面的地热井，因此不得不说此为一大遗憾。
筛管完成法一般适用于砂泥岩剖面等沉积型的地层。它采用的是在取水段下入筛管的完井方法，此种方法若辅以填沙工艺即可起到防塌和防砂的作用，其优点不言而喻，即较为简单且安全。射孔完成法是一种较为特殊的完井方法，它主要是针对水量不足而未取水层段进行取孔以弥补缺点，或者不下滤水管直接在取水段射孔取水。射孔完成法无疑是在施工过程中出现上述两种或者以上的问题时及时采取的一种完井方法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由此我们可以看出完井方法的多样性以及其技术的成熟和完备。
3地热井钻探工艺对比分析
3.1泥浆正循环钻探工艺
正循环回转钻进由于其良好的适应性而得到了广泛的应用，成为了地热井工程采用最多的钻探工艺，其工艺参数及特点主要有以下几点。（1）钻压：随着地热井钻探工作的不断加深，钻压成为了影响钻探质量的最主要因素之一，缺乏足够的钻压将会使得钻进效率明显下降。导致该情况的主要原因是钻铤和钻杆质量不达标，所加压力就小于推荐钻压的合理下限值，如中软地层用216mmHA537钻头，其推荐钻压应为107~226kN，但在钻探实践中发现钻压时常小于区间。尤其在钻探进度达到了中硬以上地层时，机械钻速受到的影响更加显著，因此，要提高钻探效率，应使用质量好的钻具，加足钻压钻进。（2）转速：牙轮钻头主要以牙齿对岩石的冲击、压碎和剪力作用来破碎岩石。硬和极硬地层主要靠牙齿对岩石的冲击、压碎作用来破碎；极软和软地层主要靠牙齿对岩石的剪切作用来破碎；中软、中硬地层靠这两种作用同时破碎地层。因此，对于不同地质条件应科学的设定合理转速，如极软和软地层应采用低压高速，合理区间为85~90r/min；而对于硬和极硬地层则相反，应提高钻压，降低转速，其合理区间为60r/min左右。（3）泥浆参数：泥浆的主要作用是保持孔底清洁，并维护孔壁稳定。地热井钻进中，一般较好的泥浆性能为：失水量10~15mL/30min，密度1.05~1.15g/cm3，粘度25~32s，泥皮厚度0.5~1mm，pH值8~10。对于泥岩地层，应加入降失水剂，泥浆性能应为：粘度20~25s，失水量＜10mL/30min，用好的粘土造浆或提高粘土颗粒含量。现场须配有振动除砂器和旋流除砂器，提高泥浆的质量并及时替出废浆。（4）泵量：泵量应保证孔底干净，无残留岩屑。若在钻探过程中孔内岩屑过多，不仅会影响钻探质量，严重时还会导致设备异常甚至故障，而充足的泵量将有效保障携带岩屑的效果。一般常配的泥浆泵排量由小到大为3NB-350或BW-1200、石油3NB-500、3NB-1300泵。
3.2气举反循环钻探工艺
该工艺的优点在于能够较为有效的控制泥浆对环境的污染，同时避免对含水层的淤塞，克服地层漏失，保障钻进效果；另一方面，该工艺还能够在目的层钻进时免去化学洗井这一繁琐的工序，同时能最大限度提高岩层的产水能力。从配套设备方面分析，气举反循环钻探只需空压机、气水混合器、双壁钻杆、双壁主动钻杆及配套水龙头，设备种类和数量相对较少，对于钻探成本控制而言非常有利，但在钻探深度较大时，需要配备大功率的空压机，这也在一定程度上限制了该工艺应用范围，同时双壁钻杆的密封问题也一直困扰着使用该工艺的施工单位。
3.3高压喷射钻探工艺
随着深部地热资源的开采，地热井深度的加大，石油钻探队伍及设备进入地热钻探市场，采用高压喷射钻探工艺，可有效克服泥页岩泥包钻头的问题，显著压缩了工期，减少了施工成本。高压喷射钻井是采用喷射式钻头，以很高的泵压使泥浆自钻头喷嘴产生很高的喷射速度的一种钻井工艺，可同时实现辅助钻头破碎岩石和清洗井底的双重作用，因此可明显提高钻探效率。在材料和设备方面，该工艺要求配备大功率的强力泵，同时配合使用低固相泥浆，保证泥浆的除砂和净化效果。
结语
成井方法的多样也在暗示着地形构造的多样性，只有掌握住每一种成井方法的优缺点，才能够熟练而不失稳重地把不同地形构造的地热井安全有效地完成，以保障地热井开发过程中必要的人身和设施安全。每个地区的地形和地层构造都存在着多多少少的不同，针对矿区特殊的地层构造，采取不同的完井方法是地热钻井的重要原则。矿区热能不断地被发掘并且快速地发展，引发地热井开采的同时，需要不断改进和完善完井技术，从而推进矿区地热井的安全有效开发和使用，造福于其他人，同样也造福于自己。
参考文献
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[3]黄尚瑶，杨毓桐.中国城市地热开发30年[A].北京地热国际研讨会论文集[C].北京：地质出版社，2017.
论文作者:田金山,韩海亮,郭洪良
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/8/1
标签：地热论文; 地层论文; 泥浆论文; 矿区论文; 工艺论文; 方法论文; 钻头论文; 《基层建设》2019年第9期论文;