高温岩体地热钻井施工关键技术研究

  地热作为绿色、可再生资源，被世界各国确定为维系社会可持续发展的新“绿色能源”，在地热丰富的国家已经得到较好的开发和利用。地热资源可分为2 种类型：天然热水资源和高温岩体地热资源。高温岩体地热(HDR)是指温度大于200 ℃的岩体中蕴藏的地热资源，可以经过人工开采，从岩体中直接提取出热水蒸气而直接用于发电和热水利用，是可再生的“绿色能源”。我国具有丰富的高温岩体地热资源，如西藏羊八井地区、云南腾冲地区、海南琼北地区、台湾及东南沿海地区、长白山天池等地区。地热资源的开发利用对改善我国能源结构，保证能源安全具有重大战略意义。

 

  高温岩体地热资源开发的设想最早由美国人Morton Smith 领导的洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家小组于1970 年提出，基本思路为：将一个钻孔钻入高温岩体，然后形成裂缝，再将另一个钻孔钻入裂缝，进而从一个钻孔注水，经过裂隙加热，从另一个钻孔排出，用于发电或热水利用。

 

  温高压条件下钻井施工技术，即深钻施工。目前，钻井仍是勘探与开发地热资源的唯一手段。因此，深入细致地研究高温高应力下的钻井施工技术，对于人类探索地球，开发地球深部的能源与资源具有重要的科学与工程意义。

 

  2 高温岩体地热深钻施工关键技术

 

  高温岩体地热钻井施工与其他油气钻井施工有着本质的区别，其具有以下特点：(1) 高温岩体地热井的施工对象是火成岩或变质岩，如花岗岩、片麻岩等，硬度较大，可钻性极差，单轴抗压强度一般在200 MPa 以上。高温高压下破岩技术有待提高。(2) 施工岩层的环境温度较高，一般在250 ℃以上。国外普遍认为，温度在350 ℃以上的地热储层，开发的经济性才较为明显，日本曾钻至500 ℃的高温岩体地层。(3) 钻井深度较大，一般为3 000～6000 m，有时达10 000 m。钻井深度的增加，对钻井工艺和设备提出了新的要求。(4) 井壁围岩稳定性较差。由于在高温高压且深度较大的岩体中施工，钻进过程中高温状态井壁围岩遇水极易产生热破裂及井眼扩大，脱落下来的岩石极易造成卡钻现象。投入运行后，钻井围岩发生流变变形，易造成“缩颈”，挤碎套管等现象。(5) 井漏现象比较严重，如西藏羊八井ZK201 井孔在钻进施工中，由于钻经的地层复杂，岩石坚硬，但裂缝、裂隙相当发育，断层也比较多，钻进时，从井深十几米几乎一直漏到井底。

 

  同时，需要对高温高压下高强度岩体破碎理论与钻井液技术开展基础研究。

 

  可见，保证高温岩体地热开发深钻施工顺利进行的关键技术为：(1) 高温岩体地热开采中钻井围岩的稳定性控制技术；(2) 高温高压下破岩技术；(3) 高温高压钻井液技术。

 

  3 高温岩体地热开采中钻井围岩的稳定性控制技术3.1 高温岩体地热开采中钻井围岩失稳主要因素高温岩体地热深钻施工过程中或钻井投入使用后，其井壁围岩的稳定性受到多种因素的影响，即温度场–渗流场–应力场多场耦合作用下，钻井围岩的稳定性受到温度、渗透压力及原岩应力等多种因素的影响。因此，需要从传热学、渗流力学、热弹性力学、流变力学以及高温高压岩体力学出发，考虑温度和水的渗透作用下岩体力学特性，以认识井壁围岩失稳的主要因素。进而研究注水井、生产井及其两者之间岩体，即钻井所在区域围岩系统的温度场、渗流场、应力场、位移场的变化规律，为高温岩体钻井围岩在施工过程中及钻井建成投入使用后井壁围岩的稳定性提供理论支持，找到合适的围岩加固技术，提高钻井围岩的稳定性。

 

  (1) 钻井施工过程中钻进阶段及裸井阶段

 

  B. Haimson 等[5-6]的研究结果显示，井壁围岩失稳现象大部分发生在钻井施工钻进过程及裸井阶段。井孔的失稳造成的损失最为严重，主要有2 个方面的原因：

 

  ① 高温遇钻井液后井壁围岩力学特性的变化

 

  由图2[7-8]可知，花岗岩在遇到钻井液或泥浆后，由于温度迅速降低，井壁围岩发生物理化学变化，力学特性发生变化。对比图2[7-8]各全应力–应变曲线表明，600 ℃高温状态花岗岩遇水冷却处理对其峰值应力、峰值应变、单轴抗压强度及其抗拉强度有很大影响。单轴抗压强度c σ 随温度T 的变化规律为σ c =149.31exp(?0.002 1T)；弹性模量E 随温度的升高呈负对数规律减小，其变化关系为E = ?3.228lnT +24.09 ；抗拉强度tσ 随温度的变化规律为tσ =18.123exp(?0.002 5T)。由于高温状态下花岗岩遇水产生热冲击作用，岩体内产生热破裂现象，力学性能劣化，弹性模量、抗压强度、抗拉强度随温度的升高而成减小的趋势。

 

  ② 钻进过程中井壁围岩的热破裂现象

 

  笔者所在课题组进行高温岩体破岩机制试验研

 

  究时取得的照片如图3[9-10]所示，根据我国高温岩体地热开发钻井施工实际情况，利用水来进行排渣，将岩体加载到4 000 m 埋深应力状态(即100MPa)，然后以3～5 ℃/h 的升温速度使岩体温度逐渐升到500 ℃，保温4 h 以上，进行打钻试验。由图3[9-10]可知，花岗岩中钻井围岩破裂现象明显，形成很多裂缝，孔周围岩石强度降低，形成塌孔现象。在钻进过程中，由于水、温度及应力的共同作用，尤其是水的作用，钻井围岩产生热破裂现象，使钻井围岩发生失稳。

 

  因此，高温岩体地热开发深钻施工中，由于钻井液及钻井泥浆的使用，在钻进过程中井壁围岩极易产生热破裂，从孔壁掉落下来，造成卡钻，甚至造成钻井围岩失稳。

 

  (2) 钻井建成投入使用阶段

 

  高温岩体裸眼井建成后，立即下套管防止井壁坍塌，然后在钻井围岩与套管之间注入耐高温水泥浆进行固井，并运用巨型水力压裂法建造人工储留层，随后高温岩体地热井便投入使用，井孔结构受力示意图如图4 所示。

 

  高温岩体地热井建成投入使用后，在温度场–渗流场–应力场耦合作用下，井壁围岩系统随时间发生流变变形，井孔直径逐渐缩小，挤压套管，很容易将套管挤毁或形成“缩颈”现象，这是钻井建成投入使用后井壁围岩失稳的主要因素。

 

  3.2 高温高压下钻井围岩流变特性

 

  为深入研究高温高压下钻井围岩的流变特性及流变机制，以指导高温岩体地热开采中钻井围岩的稳定性维护及钻井过程中卡钻、挤毁套管等问题，确定钻井围岩的变形破坏规律和稳定性准则，郤保平等[13]进行了高温高压下花岗岩中钻井稳定性试验研究。

 

  (1) 不同埋深压力下钻井围岩蠕变率与温度关系由图5 可知：同一埋深压力下，随着温度的升高，花岗岩中钻井围岩的蠕变率逐渐增大，温度在400℃以下时，钻井围岩的蠕变率变化不大，维持在10－6 h－1 数量级；当温度达到500 ℃以上时，钻井围岩的蠕变率增大，数量级变为10－5 h－1；温度在400 ℃～500 ℃时，钻井围岩的蠕变率在数量级上发生明显的变化。随着埋深的增大，钻井围岩的蠕变率逐渐增大，埋深为2 000，3 000，4 000 m 时，蠕变率虽有增大但并不明显，当埋深达到5 000 m时，钻井围岩的蠕变率明显增大，在600 ℃时，5 000 m埋深的钻井围岩的蠕变率是4 000 m 埋深的1.88 倍，6 000 m 埋深的是4 000 m 埋深的2.84 倍，且数量级为10－5 h－1，5 000 m 埋深以上时钻井围岩的蠕变率明显增大。

 

  因此，高温静水应力下，花岗岩中钻井围岩的蠕变特性存在温度阈值。由上述分析可知，相同埋深静水应力下，钻井围岩蠕变的温度阈值为400 ℃～500 ℃。

 

  (2) 不同温度下钻井围岩蠕变率与埋深关系由图6 可知，同一温度下，随埋深的增加，即加载应力增大，花岗岩中钻井围岩的蠕变率逐渐增大，埋深小于4 000 m 时，其蠕变率变化不明显，数量级保持在10－6 h－1；埋深大于5 000 m 时，钻井围岩的蠕变率迅速增大，数量级变为10－5 h－1；当埋深达到4 000～5 000 m 时，花岗岩中钻井围岩的蠕变率在数量级上发生明显的变化。比较埋深5 000 m 时钻井围岩的蠕变率大小，500 ℃时，蠕变率由400 ℃时的9.036 2×10－6 h－1 变为1.686 0×10－5 h－1，后者是前者的1.87 倍。

 

  因此，高温静水应力下，钻井围岩蠕变存在应力阈值。相同温度下，钻井围岩的蠕变应力阈值为4 000～5 000 m 埋深，即加载应力100～125 MPa。

 

  (3) 高温高压下钻井围岩的流变破坏

 

  钻井围岩在高温静水应力下，花岗岩体最终发生破坏的应力条件为5 000～6 000 m 埋深静水应力(125～150 MPa)，温度条件为500 ℃～600 ℃，其破坏形式为压裂破坏、压剪破坏或两者相结合。

 

  3.3 高温高压下钻井围岩变形破坏规律与失稳临界条件(1) 4 000 m埋深及400 ℃温度范围内钻井围岩的变形规律由图7 可知，钻井围岩在未达到流变应力阈值和温度阈值时，钻井围岩蠕变变形量达到某一值后趋于稳定状态，钻井变形较小。相同埋深静水应力和温度下，随着时间的延长，孔壁位移量逐渐增大，钻井直径逐渐缩小，即4 000 m 埋深静水应力及400 ℃温度范围内，随着时间的延长，花岗岩中钻井孔径逐渐缩小，钻井处于收缩状态。4 000 m 埋深静水应力及400 ℃温度范围内，对于直径为40mm 的钻井，孔壁最大位移量为1.88 mm，即最大蠕变应变为1.88%。

 

  (2) 4 000～5 000 m 埋深，400 ℃～500 ℃时钻井围岩的变形规律由图8 可知，钻井围岩在达到流变应力阈值和温度阈值时，钻井围岩表现为强流变性，孔壁位移具有逐渐增大的趋势，钻井蠕变变形趋于非稳定状态。4 000～5 000 m 埋深静水应力，400 ℃～500 ℃时，随着时间的推移，钻井围岩在距孔壁较远的部位表现为黏弹性变形，距孔壁较近的部位发生塑性变形，同时在蠕变压力的影响下，早已热破裂形成小块状的岩石颗粒从孔壁脱落下来，孔径有扩大的趋势。这些脱落下来的颗粒对观测有影响，所以这一阶段钻井变形曲线呈波浪形。当达到5 000 m 埋深静水应力，500 ℃时，钻井直径由40 mm 缩减为30mm，钻井孔壁最大蠕变变形量达到5 mm，即最大蠕变应变为5%。

 

  (3) 高温高压下钻井围岩变形破坏失稳临界条件通过对6 000 m 埋深静水应力以内，600 ℃以内花岗岩中钻井变形规律及钻井破坏的试验研究与理论分析[14-15]可知：随着温度的升高和埋深的增大，高温高压下钻井围岩的变形表现为明显的不同阶段：4 000 m 埋深及400 ℃以内的恒温恒压下，钻井围岩变形表现为明显的黏弹性变形阶段，钻井围岩处于稳定状态，不发生破坏；4 000～5 000 m 埋深时，温度为400 ℃～500 ℃时的恒温恒压下，钻井围岩变形表现为黏弹–塑性变形阶段，围岩有破坏的趋势，孔径开始增大；5 000 m 埋深及500 ℃以上时，钻井围岩在热力耦合作用下产生破裂，在蠕变压力的作用下，钻井围岩塑性区的块裂状围岩颗粒逐渐从井壁脱落下来，孔径增大，钻井围岩开始发生破坏，逐渐失稳。因此，高温高压下花岗岩中钻井围岩变形破坏失稳临界条件为4 000～5 000 m埋深静水应力，400 ℃～500 ℃。

 

  4 高温高压下破岩技术

 

  高温岩体地热钻井施工的机械破岩方式主要有3 种：冲击破岩、切削破岩、冲击–切削复合破岩。

 

  地热钻井中随着钻井深度的增加，岩石温度逐渐升高，导致岩石的性质发生变化。研究高温高压条件下以上几种破岩方式的破岩效率随着温度升高的变化规律，以及不同的温度下哪种破岩方式能取得更佳效果具有重要的工程意义，因此，笔者所在课题组开展了大量的试验研究工作[16-18]。

 

  4.1 高温高压下冲击破岩

 

  冲击破岩技术一般用于脆性坚硬岩石，被广泛应用于矿山开采、隧道掘进和国防建设等工程领域。

 

  地热钻井施工中，随着被钻岩石温度的升高，岩石的物理力学性质发生变化，冲击破岩方式能否更有效地在高温高压下破碎岩石，提高钻进速度和钻井效率是研究者关心的问题，为此进行了一系列高温高压下冲击破岩试验。

 

  (1) 凿岩速度随温度及凿岩参数的变化规律

 

  由图9 可知，凿岩参数一定时，凿岩速度随着岩体温度的升高逐渐增大；温度相同时，增大钻压，冲击凿岩速度随着冲击功率的增加而增大；温度相同时，增大冲击功率，凿岩速度随着钻压的加大而增大。

 

  (2) 单位破岩能耗随温度及凿岩参数的变化规律由图10 可见，单位破岩能耗随着温度的升高而减小：温度从室温升到150 ℃时，破岩能耗降幅约为30.0%；从室温升到300 ℃时，降幅约为42.7%；从室温升到500 ℃时，降幅约为53.2%。相同冲击功率下，破岩能耗随着钻压的增大而减小，与室温下的规律一致；相同钻压和温度下，破岩能耗随着冲击功率的增加而增大。分析其原因为：随着温度的升高，热破裂加剧，岩石强度不断下降，压头每次冲击岩石的破碎坑体积逐渐增大，单位破岩能耗逐渐降低。

 

  (3) 不同温度下凿岩效率比较

 

  通过计算不同温度下7 种凿岩参数组合下的平均凿岩速度，可比较相同温度下的平均冲击凿岩速度。由图11 可知，温度从室温升到150 ℃时，凿岩速度增长率最大(约51.0%)，破岩能耗降幅最大(约22.0%)；从150 ℃升到300 ℃时，凿岩速度增幅极小。因此，对于花岗岩等坚硬岩石，在温度不超过150 ℃的低温范围内，随岩石温度升高冲击凿岩方式能有效的提高凿岩速度、降低破岩能耗。

 

  综上所述，在较高温度下，由于岩石呈现出一定的塑性特征，热破裂裂隙不利于冲击波能量的传递，尽管破岩能耗有所降低，冲击破岩方式在提高钻井速度上没有任何优势，高温下采用冲击破岩方式不能提高凿岩速度，影响施工进度。

 

  4.2 高温高压下切削破岩

 

  (1) 切削速度随温度、钻压、转速的变化规律

 

  由图12 可知，相同钻压下，切削速度随着被钻岩石温度的升高而逐渐增大；在相同温度与转速下，切削速度随着钻压的增加而明显增大。

 

  (2) 单位破岩能耗与温度、钻压、转速的关系

 

  由图13 可见，钻压相同时，切削速度随着转速的升高而增大；转速相同时，切削速度随着钻压的增大而增大。在转速从15 rpm 增加到30 rpm 时，3种钻压的切削速度平均增幅约为60%；从30 rpm 增加到50 rpm 时，切削速度平均增幅约为20%。

 

  (3) 不同温度下切削效率比较

 

  由图14 可知，由于高温下岩石内部发生热破裂，随着裂隙的发展，岩石抗压和抗剪切强度急剧降低，切削速度随着花岗岩温度升高大致成线性增长趋势，尤其在温度达到500 ℃后，切削速度增幅很大，破岩能耗随着温度升高逐渐降低。

 

  综上所述，随着温度的升高，坚硬岩石的热破裂现象加剧，强度降低，切削破岩方式可取得较好的破岩效果。

 

  4.3 高温高压下冲击–切削复合破岩

 

  冲击–切削复合破岩是同时利用切削破岩和冲击凿岩2 种方式达到破碎岩石的目的。冲击–切削钻井技术能够有效提高钻进速度，降低钻井成本，提高井身质量，减少钻具损坏，消除岩屑压持效应。

 

  (1) 温度、冲击–切削参数对钻进速度的影响

 

  由图15 可知，3 种不同冲击功率下，钻进速度随着温度的升高而增大：温度从20 ℃升到150 ℃时，钻进速度平均增幅约为35%；温度从20 ℃升到300 ℃时，钻进速度平均增幅约为48%。在相同温度下，钻进速度随着冲击功率的增大而增大：室温时，13 W 的钻进速度比6 W 的大约14.5%；150 ℃时，13 W 的钻进速度比6 W 的大约10.7%；300℃时，13 W 的钻进速度比6 W 的大约20%，与室温时的变化规律一致。在高温条件下，钻进速度随着冲击功率的增大而增大。在150 ℃和300 ℃时，冲击功率从9 W 变化为13W 时，钻进速度的增长率变大，分析原因为：较大的冲击功率对应着较大的冲击频率，在冲击频率增大后，冲击回转角度变小，冲切破碎深度随着冲切间距的减小而增大，岩石能充分破碎甚至重复破碎，所以钻速增长率变大。

 

  (2) 高温下钻进速度与钻进参数的关系

 

  由300 ℃高温下钻进参数(钻压、冲击功率、转速)对钻进速度的影响规律可知：300 ℃高温下，钻进速度随着转速、冲击功率、钻压的增大而增大，与常温下的变化规律一致。

 

  (3) 单位破岩能耗与温度及钻进参数的关系

 

  由图16 可知，单位破岩能耗随着温度升高而减小。同一温度下，单位破岩能耗随着冲击功率的增大而减小，这是因为冲击功率与冲击频率成正比，与冲击回转角度成反比，冲击功率较大时，回转角度较小，岩石破碎充分，扭矩做功小。300 ℃时，冲击功率9 W 的破岩能耗比6 W 的小约7.8%，13 W的破岩能耗比6 W 的小约19.3%。可以看出，随着冲击功率增大，破岩能耗减小的逐渐增大，说明在13 W 冲击功率下没有发生明显的重复破碎情况。

 

  4.4 高温高压下3 种破岩方式的比较

 

  花岗岩属于脆性坚硬岩石，质地坚硬密实，在常温下抗压强度大，可钻性级别高，用冲击凿岩方式破岩能取得较好的效果。随着温度升高到150 ℃，由于岩石强度随温度升高而有所下降，每次冲击的破碎坑增大，冲击凿岩速度大幅提高(约50%)，单位破岩能耗随温度升高而减小。随着岩石温度继续升高，岩石在热应力作用下发生较强的热破裂，随着裂纹的增多，岩石强度急剧下降。这时却因为过多的裂隙减缓了冲击能量的传播，并且花岗岩在高温高压下表现为延性和塑性材料特征，冲击破碎块体积随着岩石塑性增大而减小，这2 个因素导致在高温下冲击凿岩速度不再增大。由上述分析可知：

 

  冲击凿岩方式适用于温度不超过150 ℃的硬脆性岩石中。切削破岩方式适用于高温岩体(300 ℃以上)钻井中，需要使用耐高温钻头，保证良好的排渣冷却效果。由图17 可知，切削破岩速度随着温度的升高线性增大，破岩能耗随着温度升高而降低。在高温下，切削岩石能取得良好的效果。切削破岩的参数组合模式除了高转速–低钻压外，还有低转速–高钻压，甚至中转速–中钻压。在地热井钻井中钻井参数的选择主要根据地层温度、施工要求和设备情况来确定：温度在300 ℃左右的岩层可以先选择低转速–高钻压钻井参数模式；随着钻井深度的增加，温度不断升高，可以逐渐过渡到中转速–中钻压和高转速–低钻压钻井参数模式。

 

  冲击–切削复合破岩方式兼有冲击凿岩、切削破岩的长处，适合于硬质岩层与破碎岩层。岩石硬度太大，牙轮齿不能有效吃入岩石，其剪切破岩的效果受到限制；如果岩石在高温下表现出塑性特征，则冲击效果会大打折扣。所以坚硬岩石温度在150 ℃～300 ℃范围时，采用冲击–切削复合破岩方式能取得较好的效果。冲击–切削复合破岩速度随着温度的升高线性增大，单位破能耗随着温度升高而减小。

 

  在实际工程中要根据以上结论的趋势结合具体情况确定最佳破岩方式。

 

  5 高温高压钻井液技术

 

  钻井液是深井钻井成败的关键因素之一，钻井过程中，钻井液的作用主要是携带和悬浮岩屑、稳定井壁和平衡地层压力、冷却和润滑钻头及传递水动力。高温岩体地热井对所用的钻井液要求更高，高温钻井液除要能保持井眼的稳定性和有效携带岩屑外，还必须具有良好的抗高温性能。

 

  5.1 高温岩体地热钻井高温处理剂

 

  (1) 抗高温降黏剂

 

  磺甲基单宁(SMT)，简称磺化单宁，适于在各种水基钻井液中作降黏剂，在盐水和饱和盐水钻井液中仍能保持一定的降黏能力，抗钙可达1 000mg/L，抗温可达180 ℃～200 ℃。其添加量一般在1%以下，使用的pH 值范围为9～11。

 

  磺甲基栲胶(SMK)，简称磺化栲胶，抗温可达180 ℃。其降黏性能与SMT 相似，可任选一种使用。

 

  磺化苯乙烯马来酸酐共聚物(SSMA)是一种抗温可达230 ℃的稀释剂。该产品在美国某些行业领域应用比较广泛，国内也有应用，但成本较高。

 

  (2) 抗高温降滤失剂

 

  磺甲基褐煤(SMC)，简称磺化褐煤，既是抗高温降黏剂，同时又是抗高温降滤失剂，具有一定的抗盐、抗钙能力，抗温可达200 ℃～220 ℃，一般用量为3%～5%。

 

  磺甲苯酚醛树脂，简称磺化酚醛树脂，分1 型(SMP–1)和2 型(SMP–2)产品。在200 ℃～220 ℃，甚至更高温度下，不会发生明显降解，并且抗盐析能力强。

 

  国内常用的抗高温降滤失剂还有磺化木质素磺甲基酚醛树脂(SLSP)、水解聚丙烯腈(HPAN)、酚醛树脂与腐殖酸的缩合物(SPNH)以及丙烯酸与丙烯酰胺共聚物(PAC 系列)等。

 

  (3) 常用抗高温钻井液体系

 

  磺化钻井液和聚磺钻井液是最典型的高温钻井液体系，磺化钻井液是以SMC，SMP–1，SMT 和SMK 等处理剂中的一种或多种为基础配制而成的钻井液，其主要特点是热稳定性好，在高温高压下可保持良好的流变性和较低的滤失量，抗盐能力较强，泥饼致密且可压缩性好，并具有良好的防塌、防卡性能。

 

  聚磺钻井液是将聚合物钻井液和磺化钻井液结合在一起而形成的一类抗高温钻井液体系。聚合物钻井液在提高钻速、抑制地层造浆和提高井壁稳定性等方面确有十分突出的优点，聚磺钻井液既保留了聚合物钻井液的优点，又对其在高温高压下的泥饼质量和流变性进行了改进，从而有利于深井钻速的提高和井壁的稳定。该类钻井液的抗温能力可达200 ℃～250 ℃，抗盐可至饱和。

 

  5.2 高温钻井液配方的试验研究

 

  通过赵金昌[10]的试验研究表明：磺化酚醛树脂SMP–2 和高温抗盐降失水剂SPC 的配合使用下，添加3%～5%的黏土稳定剂YL 和2%～4%的磺化沥青FT–1，盐水钻井液具有较好的高温稳定性，滤失量控制在18 mL 以内，达到了高温地热钻井的要求。

 

  5.3 钻井液的性能对井壁围岩稳定性的影响

 

  (1) 钻井液引起的温度扰动对井壁围岩稳定的影响钻井液从井口到井底的过程中，虽然被逐渐加热，但其温度始终低于目的层的温度。在实际地层条件下，钻井过程中井壁地层受到钻井液的冷却作用，由于井壁岩石各种矿物热胀冷缩性质不一致，拉伸热应力还会导致井壁产生微裂纹。所以，冷却产生的拉伸热应力一方面使井壁周向应力和轴向应力降低，另一方面产生微裂纹，从而导致破裂压力降低。

 

  (2) 钻井液对井壁围岩稳定性影响的应对措施

 

  在配置钻井液的同时要精确计算钻井液的密度，有效平衡地应力与热应力。高温滤失量必须控制在一定范围内，减小液体向井壁岩石的渗透，保证井壁的稳定性。

 

  6 结 论

 

  根据我国高温岩体地热资源赋存的地质特征，在试验研究、理论分析和数值模拟研究的基础上，研究了我国高温岩体地热开采深钻施工的关键技术问题，得到以下主要结论：

 

  (1) 根据我国高温岩体地热资源赋存的地质特征，提出了高温岩体地热钻井施工中三大关键技术问题：钻井围岩稳定性控制技术、高温高压破岩技术、高温高压钻井液技术。

 

  (2) 提出了高温岩体地热开采中钻井围岩稳定性控制技术。

 

  (3) 通过对高温高压下花岗岩中冲击破岩、切削破岩、冲击–切削复合破岩的试验研究及不同温度下3 种破岩方式的比较，获得了3 种破岩方式在高温高压下的破岩规律。

 

  (4) 从高温对钻井液的影响、地热钻井对高温处理剂的一般要求、钻井液的性能对井壁围岩稳定的影响及应对措施，提出了解决高温岩体地热深钻施工的钻井液的技术配方。

 

  (5) 高温高压下深钻施工技术的解决，对于人类探索地球、开发地球深部的能源与资源具有重要的科学与工程意义。