第三系地层中地热井施工常见的主要问题

  摘要:介绍了山西侯马、运城盆地第三系地层中施工地热井易出现泥浆吸附、井管腐蚀、井内不能投滤料、水质浑浊、长期开采造成水位下降的原因及防治措施。

 

  关链词:地热井;第三系地层;泥浆吸附;井管腐蚀;水质浑浊;水位下降.

 

  地热作为一种新型的能源,近年来在我国已经广泛应用于取暖、医疗、养殖、种植等各个领域,为国民经济的发展带来很大的效益,使人民生活逐步得到改善。特别是北京、天津、西安等大城市的地热开发,大大改善了环境,节省了能源,提高了居民生活质量。

 

  山西省也蕴藏着丰富的地热资源,特别是侯马、运城盆地内,第三系地层沉积了巨厚的颗粒层,这些都是含水的良好介质,经过上覆盖层的高温高压,形成温度较高的热水。我院先后在侯马、运城二盆地施工热水井8眼,最高温度78℃,一般均大于45℃。本文回顾和总结近几年施工过程中的经验和教训,希望对今后勘查和开发地热资源起到借鉴作用。

 

  残留钻具300多米,造成几十万元的经济损失。

 

  1泥浆的吸附.

 

  侯马盆地和运城盆地位于山西省的南部。侯马盆地标高400一SOOm,沉积新生界厚度1500一20()0m。运城盆地标高380一42Om,沉积新生界厚度40(刃一5《Xx)m。以侯马盆地为例(如图1),第四系厚4(X)m,第三系厚巧oom,在第三系地层中,有100多米厚的中细砂层,为热水的储存空间,其余皆为红色粘性土。

 

  由于施工过程中的自然造浆,穿越第三系地层时,泥浆粘度大,钻具不能在孔内久停,否则会被泥浆吸附,提不动钻具。我院在侯马施工侯1井时,井位选择了我单位机关大院,钻进1600m时准备下管,在下管前钻具冲孔,大约停留lh,然后提钻,结果强力提拔亦无济于事,用吊锤震动,井内注人废机油等措施均无结果,只好从中炸断,钻孔报废,孔内在施工侯2井时,因新生界地层较薄(约800m),钻具也未在孔内多停,施工顺利。而侯2、侯4井施工时,连续不断出现泥浆吸附现象,特别是施工安居工程小区侯4井时,钻进到1600多米,已经见到了基岩,准备提钻,当时天下大雾不易操作,决定用完餐再提钻,结果早餐用毕,不过20min,钻具提不动,最后注人孔内st废柴油才解决了问题,虽避免了损失,但着实让人吓了一跳。

 

  侯马盆地勘查施工地热井4眼,在施工过程中发生吸附现象的就有3眼,占75%(见表1),这一问题必须引起高度重视。究竟钻具在第三系地层孔内允许静止多长时间为宜呢?虽未作过专门试验,但依笔者经验,最多不宜超过10min。

 

  孔号孔位井深/m吸附次数处理方法侯1二勘院院内侯2东庄侯3南西庄侯4安居小区打吊锤、注机油打吊锤注柴油结果报废成井成井成井水,水质仍然浑浊。我院在侯马市东庄施工的一热水井,井深120()m,自460m以深为第三系地层,soom以浅水泥封孔止水,800一1200m范围内有80多米中砂、细砂及粉砂层,下花管100余米,且进行了包棕缠丝。成井后,经过洗井水仍然浑浊,为了使水质尽快变清,下泵抽水一段时间后,虽有好转,但使用半年后仍未达到清澈透明。

 

  分析原因,主要是下管后不能投砾,地层中的水直接通过过滤器进入井内,这样有一些微小颗粒随同进入井内,只有长期抽水管外形成天然过滤层,微细颗粒才不会进人井内,水才会变清。但这个过程相当长,对客户会带来一定的损失。

 

  避免上述现象的产生的措施是施工过程中的上层冷水要封堵。一般是用水泥注浆达到止水目的,管外水泥塞满,投砾是办不到的,只能在过滤器上做文章,将一缠丝过滤器加工成贴砾过滤器,这样会避免浑水现象的产生。

 

  ,且.且n内,?姗7005006902井管的腐蚀现象一般热水井矿化度高,含离子种类较多,对金属材料易造成腐蚀。一般说来,普通碳钢的腐蚀均匀速度在0.125一0.25m耐年,下入井内的钢管一般厚8一romm,正常情况下使用寿命应在30年以上。

 

  但实际上有些地热井的井管一二年就遭到腐蚀而穿透管壁。这就说明井管的腐蚀不是均匀的,而是在局部的薄弱环节受到了腐蚀。例如,我院在运城盆地的临猜县城关施工的一口地热井,松散层下人必273一325mm螺旋管,壁厚8mm,下部奥陶系灰岩不下管。刚竣工时经抽水洗井,一切正常,水清砂净。但不到1年,用户反映井中出砂,我院派工程技术人员现场察看,井内出的砂皆为第四系地层中更新统的砂层。分析其原因是井管局部受腐蚀破坏所致。根据施工的情况,推测管受损的位置有2处:

 

  (1)焊缝。下管时提吊焊接,个别接头焊接不均匀,受高矿化度热水腐蚀容易造成破裂,造成井内出砂。

 

  (2)为了方便,在下管前每根管顶端割个小孔,以便穿铁杠起吊,等井管焊接好后,再将小孔(直径约3cm)补焊上,这样就增加了井管的薄弱环节,受高矿化度热水腐蚀后也易破裂。后来改为壁厚10.3cm的石油套管,丝扣连接,避免了上述现象的产生。

 

  3井内水质浑浊现象第三系地热井施工,竣工后经过相当长时间抽4井的间距问题第三系地层中的水补给条件差,这是因为其埋深在几百米以下,大气降水是不能直接补给的,而且因为第三系红色粘土太厚,靠第四系含水层越流补给也不可能,其唯一方式是通过周边断裂补给,但这种补给方式周期长,补给量小。所以第三系地层中地热的开发必须合理控制井距,否则会引起大幅度水位下降。以西安为例,西安市地热资源也储藏在第三系地层中,近5年来,全市打井近百眼,水位普遍下降,最严重的下降80一loom,长期下去,后果不堪设想。

 

  根据我们在侯马、运城开发第三系地热井的经验,井距不宜小于Zoom。

 

  4结论.

 

  经过以上系统的试验研究,可以得出以下结论:

 

  (l)焊接强度是影响PDC钻头切削齿掉片的主要原因,室内剪切试验是研究PDC钻头焊前焊后处理工艺参数的有效方法,所设计的夹具结构及强度能满足试验要求;(2)正交试验结果表明,脱水方式、随炉冷却初温和冷却时间对PDC焊接强度都有不同程度的影响,影响程度大小顺序为:冷却初温>冷却时间>

 

  脱水方式;(3)试验条件下的优化工艺参数组合为:冷却初温600℃,保温sh,散装丙酮脱水。