摘要：随着我国经济发展，对新能源的开发利用已经提上日程。各类地温能资源作为一种可再生、可重复利用的清洁能源，具有非常广阔的开发应用前景，越来越多地受到人类社会的普遍关注和重视。地热井或山区的常温水井，一般具有不同高度的水头压力，受地质构造或地层压力影响。在施工过程中或完井后，会出现井水自流现象。施工中出现自流现象时，可通过调整泥浆比重维持正常钻进。完井后出现自流，则必须及时封闭井口，控制自流，以便达到既能避免热水资源浪费，还能有效地保护周边生态环境之目的。介绍的自流地热井井口封堵装置属于后者，具有制作简单、操作便易、经济实用等特点，对自流地热井及常温井施工项目井口处理，具有一定的启发和借鉴作用。
关键词：自流地热井；控制自流；井口封堵装置；使用方法
引言：随着人们对各种能源的需求量增大，对新能源的探索和开发也在较快。在开发地热资源的钻井工程施工中，由于热储层埋藏较深，地热水具有较高的水头压力，加之受周围地质结构影响，常常会遇到水温、涌水量条件很好的自流地热井，为地热井的开采和利用提供了很好的先天条件。但是，在成井施工中，如果遇到自流量较大、地热水温较高的地热井，则会给地热井井口止水工作带来一些技术难题。在施工地热勘探井时，可能遇到地热井自流井口封堵的问题。现将我们当时采用的井口封堵工具、安装方法以及采取的一些技术措施介绍如下。
1地热井基本情况分析
1.1项目概况
本文以山西省某城市为例，该城市地处山西省南部，为温暖半干旱大陆性气候，四季分明冬寒夏热，年平均降雨量为610mm，年平均蒸发量2258.2mm，平均气温13.61℃。该地区地势平坦，土地肥沃物产丰富，是山西省主要的粮棉生产基地，经济发达，文化底蕴深厚。
1.2井身结构
1.2.1开采用⌀311mm牙轮钻头钻进至1100m，下⌀244.5mm×9.65mm石油套管并用水泥固井，达到护壁与封闭低温含水水层之目的。
1.2.2开采用⌀215mm牙轮钻头钻进至2121m终孔，下⌀139.7mm×7.72mm石油套管及滤水管，2层套管相互重叠30m并采用止水胶带止水。
1.3施工概况
该地热深井施工项目采用ZJ-15型石油转盘钻机及其配套设备，于2003年6月7日开钻，2003年8月26日终孔，终孔深度为2121m，施工历时80d。终孔下管完毕后，按照相关技术规程要求，先后进行了冲孔、捞渣、换浆、破皮等工序。在此过程中，由于该井井口高程低于含水层区域水位高程，加之换浆过程引起井内泥浆比重大幅度降低，施工过程中的泥浆压力平衡关系被打破，最终导致地热井产生自流，自流涌水量达到160m3/h，井口出水温度达到70℃，水头压力0.5MPa（止水后实测值）。为了有效保护地热资源，便于有计划地开采利用，对地热井进行了井口止水封堵作业，有效地控制了地热井自流。
2井口封堵装置设计
2.1井口封堵装置结构
井口封堵装置为“三通结构”，分别与不同的功能组件，采用法兰盘方式连接。其下部法兰盘与⌀244.5mm护孔井管连接；上部法兰盘与带有测量水压头压力表的封闭盖盘连接；侧面的出水管法兰盘与水量控制阀门连接。
2.2止水器结构功能
止水材料选择海带。为了使海带临时止水作业顺利进行，止水器设置了热水临时导流出口及导流软管，便于将热水排到水池。利用丝杠所连接的动法兰盘，压缩海带，完成导流管外壁与井口套管内壁的环状间隙密封，将地热储层的高压、高温水流从导流通道排出。留出密封段上部空间进行井口管法兰盘的焊接作业。井口管上部焊接好法兰盘后，即可安装井口装置，实现对高温、高压地热水的人工控制。
2.3止水器设计原理
尽量使用井场现有材料。导流管使用⌀139.7mm石油套管加工，将海带编成辫，紧紧缠绕在上下2个法兰之间，上部法兰是固定的，下部法兰可以通过旋转顶部丝杆螺母随着丝杆上下活动。止水时，正时针旋转上部螺栓，丝杆带动下部法兰向上运动，挤压两法兰间的海带，实现导流管与井口套管环状间隙的密封，涌出来的热水则从导流管排出。
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3井口止水封堵装置使用方法
3.1操作步骤
3.1.1加工好井口控制装置，提前安装好控制阀门，并将阀门处于打开位置。
3.1.2加工止水器。止水器的具体尺寸要根据使用不同钻机型号决定：法兰外径以小于井口套管内径5~10mm为宜；上下两法兰盘的间距应大于300mm，中间部位将编好的海带填实并绑扎牢固；丝杆有效长度大于500mm；导流出口接排水胶管。
3.1.3安装止水器。先将井口装置、密封垫片、井口套管法兰依次套入止水器上部并临时固定，将止水器下入井口套管设计位置，密封垫片及井口法兰则临时放置在井口管上端，等待作业连接[1]。
3.1.4旋转上部螺栓，实现导流管与井口套管环状间隙的密封，热水从导流管内经控制阀门排出。
3.1.5用割枪割掉井口多余的套管，把套管法兰焊接牢固，并与井口装置加垫密封连接。
3.1.6提出止水器，热水从控制阀门流出。井口装置的顶部加盖密封，关闭阀门，高温高压地热井实现控制。
3.2制作及安装注意事项
3.2.1制作封堵装置时，不同口径的管体应匹配合理，法兰盘的宽度、厚度、螺杆螺帽数量应满足水压强度和安装空间要求；盖板上焊接的丝扣接头应与水压表配套；水压表量程及密封件选材、设置应满足自流井涌水压力要求。
3.2.2制作止水器时，丝杠、丝母旋转灵活，止水法兰动盘沿管壁母线运动自如，动盘与静盘间距合理，海带编织与捆绑满足临时性止水要求，确保在井口管焊接法兰时，无水流涌出[2]。
3.2.3井口止水作业采取分步安装。密封件放置到位，螺杆连接件紧固均匀。
4自流地热井井口封堵施工风险控制策略
4.1进行地层预测
采取有效的技术措施，及时、有效、准确对地层进行全面细致判断，不能落后于施工进度。在全面掌握地层地质情况的前提下，采取有效措施钻进，防止停钻现象出现，从而促进钻进施工顺利进行。
4.2提高施工设计水平
在设计施工时，改变常规的四开井身结构，将一开套管直接下到顶面，钻穿后再下二开套管，然后进行固井[3]。通过这种设计方案和施工方式，避免钻井液漏失现象发生，也能有效防治封堵，从而促进施工顺利进行。同时，为了提高地热资源利用效率，进行地热井布局时，运用两采一罐模式，从而有利于对地热资源的充分有效利用。
4.3做好施工准备
施工前需要做好施工准备工作，提高施工人员素质，重视对施工人员的管理培训，严格遵守施工工艺流程[4]。重视先进设备的采购和运用，并做好设备检测和维护工作，确保其处于良好的工作性能，促进钻进施工顺利进行，有效预防施工风险的出现。
结语：
完井后的自流地热井或常温井，对井口进行封堵止水，实现人工控制井水自流是十分必要的，也是避免地下水资源浪费，顺利实现水井工程移交应完成的本分工作。我们在该地热井施工项目中，设计制作的井口封堵装置制作简单、操作便易、经济实用，达到了预期的目的，实现了工程的顺利移交，取得了较好的经济效益和市场声誉。
参考文献：
[1]陈惠娟，赵振，刘峰.地热勘探中高压自流井封井工艺应用探讨[J].地下水，2014，36（02）：84-85.
[2]杨鹏宇.包头市土右旗地热资源勘探项目地热井钻探顺利封井[J].西部资源，2014（02）：11.
[3]刘永贵，王亿管，廉辉民，高宗军.地热井单井抽水试验等效降深的换算方法[J].工程勘察，2016，44（02）：36-40.
[4]韩健庄.矿区地热井工程施工技术探讨[J].世界有色金属，2017（04）：212-213.
论文作者:刘兴华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/26
标签：地热论文; 井口论文; 套管论文; 法兰盘论文; 法兰论文; 装置论文; 海带论文; 《基层建设》2019年第3期论文;