摘要：作为一项实际要求较高的实践性工作，地热井钻探的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对地热井钻探工艺及方法的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。地热能源是一种可再生的清洁能源，由于具有储量丰富、分布广，用途广泛、稳定性好并且可循环利用的特点，不受季节、气候、昼夜变化等外界因素干扰，成为一种很有发展潜力的新能源，其钻探工艺及方法也备受人们关注。
关键词：地热井钻探；工艺；方法
我国地热资源储量约占全球地热资源量的六分之一，是一个地热资源储量大国。我国温度高于 150℃的高温地热资源主要集中在西藏南部、云南西部和台湾东部。地热资源按照埋藏深度分为浅层、中深层、干热岩地热能。浅层地热能每年有相当于 95 亿吨标准煤的资源量，现每年可利用相当于 3.5 亿吨标准煤的资源量，减排 5 亿吨二氧化碳；中深层地热能每年资源量相当于 8530 亿吨标准煤，现每年可利用相当于 6.4 亿吨标准煤资源量，减排 13 亿吨二氧化碳；干热岩每年有相当于 860 万亿吨标准煤的资源量，目前还处在严打阶段。地热利用的最重要方式是地热发电。
1 概述
现阶段主要有石油、地矿、煤田地质队等企业从事国内的地热钻井施工工作，此外还有一些民营企业和个体经营的钻井公司，由于石油系统占有很大的设备优势，所以，市场比较广阔。从钻井深度上来分析，目前的地热井深范围为1000-4000M，地热流体大多数在 40-100° C 之间的温度，钻探所遇地层主要为第四系、第三系、二迭系、三迭系、奥陶系、石炭系等。在钻井工艺方面有共同之处，也有各自的特色。在各种钻井工艺中，基本上都是以正循环泥浆回转钻进为主，都应用三牙轮的钻头。差异在于：反应在钻井结构、固井止水和成井材料等方面，石油、地矿、煤田地质队企业的钻井工艺具有行业特点。石油和煤田地质队企业采用三开、四开钻井结构，水泥固井和石油套管，这样比较合理；而地矿企业则采用二开、三开的钻井结构，碎石粘土球作为固井止水材料，成井材料采用普通钢管、桥式滤水管。无论怎么说，从目前地热井的使用情况看，在现阶段的技术经济条件下，地热井存在以下常见问题：水量逐年减少和金属井管错位、破裂、腐蚀。这样的问题同时又会引发其他问题，比如：涌砂、出混水、水质恶化、水温下降，地面沉降或者会区域性的污染到地下深层水。
2地热井钻探
地热钻井是用于地热蒸气和地热水的钻井。是一项重要的勘探、开采地热流体所必需的特殊技术手段。地热钻井的基本要求包含详细的岩芯编录、裂隙统计，通过采集岩石磨片样和化学分析样等方法，通过地层、岩石、构造、重要的地质界线变化情况，验证前期地热成矿模型。从 20 世纪 70 件代开始，我国在北京、天津开始开展地热勘查及钻探施工。最初探采埋藏孔深在 500～1000m 较浅的地热资源，钻探成井工艺多为小径打大径扩孔成井的工艺。这个时期的地热井钻探技术具有效率低及成井周期长等特点，一般需 8～12 个月才能完成一眼千米地热井。到 20 世纪 80 年代，我国地热勘察技术得到进一步发展，地热勘查范围扩大，采用牙轮钻头和刮刀钻头的钻进方法，普遍采用三级口径成井工艺，使成井周期大大缩短，在一定程度上提高了钻井效率。
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3 地热井钻井及成井技术分析
3.1 先期完成法
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，完井工艺较为安全。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。
3.2 后期完成法
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。
3.3 裸眼完成法
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。
3.4 筛管完成法工艺
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
3.5 射孔完成法工艺
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。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
4地热井钻探中应注意的问题
要根据不同地层特点，选用不同钻探方式。常见的地层有：对流热原型、异常高压层型、高温岩层、及岩浆等，不同的地层对钻探技术有不同的要求，比如日常工作中常见的岩浆，它由裂隙发育的变质岩和火山岩构成的地层比较较多，热水型的地层压力基本上接近静水压力，蒸气型的地层压力相当低，在钻探过程中容易造成钻井液严重漏失，钻进设备长期处于高温、低pH、H2S、CO2等腐蚀性环境下，其深度较浅，钻进效率低，容易造成造成机械和管材损耗及疲劳等问题。泥浆的漏失。在泥浆漏失现象中，有的是部分泥浆流入地层，还有的是全漏失导致循环中断，这些现象会导致孔内岩粉停滞使钻进效率下降，还会由于钻孔液面下降，导致地层坍塌、泥浆沸腾和井喷等问题。环境保护。含水层的钻进及成井由于裂隙发育，经常会发生大量漏失事故，这会给含水层带来严重污染，要尽可能采用气举反循环钻进工艺，研制并使用不含膨润土的冲洗液防止此类事故发生。在钻探过程中，还会造成特殊臭味、瓦斯及微粒子的扩散、噪音、盐水的扩散、地层下沉、地面水和地下水的污染、生态系统受影响等危害，因此，对环境的保护也是钻探工艺的一部分。搞好洗井与产能测试钻井完工应及时进行洗井和产能测试，严禁停滞时间过长，洗井应针对热储地层特征、钻井深度、使用泥浆性质和稠度采用不同的方法，产能测试应满足规范的要求。地热井工程施工过程是由一个个工序构成的，工序又是人、机械设备、材料、施工方法、作业环境综合作用过程的结果，因此工序质量控制是工程质量的基础和核心。工序质量控制的重点是设置工序活动质量控制点，进行预控。质量控制点是指为保证工序质量而确定的重点控制对象、关键部位或薄弱环节。质量控制点的选定原则是那些保证质量难度大的、对质量影响大的、发生质量问题时危害大的对象。
5 结语
总之，加强对地热井钻探工艺及方法的研究分析，对于其良好钻探效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的地热井钻探过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献
[1]楚宏昕等.定向井旋转钻井中井斜控制技术探讨[J].中国石油和化工标准与质量.2017（01）：115-116
[2]何满潮，李春华.中国中低焓地热工程技术[M].科学出版社.2016（10）：60-62.
论文作者:王伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/27
标签：地热论文; 地层论文; 工艺论文; 方法论文; 泥浆论文; 漏失论文; 井壁论文; 《建筑学研究前沿》2017年第15期论文;