地热井洗井、增产工艺

地热井洗井、增产工艺一、洗井工艺技术洗井目的：成井工艺是指钻井、换浆、安装井管、填砾、封闭以及洗井、抽水试验、采集水样等工序的总称，因此，洗井是成井工艺的一个承前启后的关键工序。地热井有裸眼和滤水管两种过滤器完井方式。为了最大限度地获取地热水，地热井一般都要经过简单或复杂的洗井工艺，并采用多种洗井方法。特殊的情况下一种洗井方法多次重复使用，使地热井的水量、水温达到设计或合同指标的要求，同时尽量达到最佳水量及水温，工程项目质量合格，最后经抽水试验和采集水样化验，通过水量和水质检验。经调研资料，可查到的方法大致有以下几种：1、喷射洗井，通过花管孔眼清除井壁泥皮，疏通裂隙；2、压缩空气洗井（正、反循环），震荡、抽吸井内冲洗液，疏通裂隙并排除沉沙；3、水泵抽水洗井，清除井底沉沙；4、酸洗井，将盐酸压入碳酸盐类岩层的裂缝中，扩大地下水出水通道；5、多磷酸盐洗井，与井内泥皮发生化学反应，使其沉淀，辅以其他方法使其排除孔外；6、液态CO2洗井；7、活塞洗井，清除井壁泥皮，抽吸裂缝泥沙；8、压水洗井；9、爆破洗井、增水。一）、喷射洗井地热井完井工序结束后，要连续进行喷射洗井，用泥浆泵注清水稀释置换泥浆。有些地热井由于各种原因，停待很长时间没有及时换浆，给后续洗井工作带来较大的困难。换浆过程中，要用侧喷冲井器喷射井壁，扰动解除在钻探过程中孔壁上粘结的泥皮，主要含水层井段要增加喷射次数。一般换浆和喷射洗井从下向上进行，取水井段喷射洗井结束后，将侧喷冲井器下至井底继续清水换浆，直到井口返液较清和基本不含泥砂为止。喷射洗井结束后连续进行多磷酸盐洗井；岩溶裂隙很发育的地热井，可接着进行压缩空气洗井。二）、压缩空气洗井法地热井压缩空气洗井一般采用石油钻井行业的高压高排量的空气压缩机，常用空气压缩机的能力为10m3／150kg。采用反冲洗的作业方法，风管采用钻杆，下入深度一般500～1000m。压缩空气洗井产生间断喷流的出水方式(水量大时连续出水)，喷流高度可达几米至十几米，井中的水柱上下振荡幅度几百米，几百米1台四级加压、流量l0m3／min、最大压力25MPa的高压空压机能把2000多米深的水柱顶出地面，在井内瞬间形成负压高压空气压缩机负压洗井的原理是利用高压空气压缩机把气体压缩产生压力，在一定的深度利用压缩空气的膨胀性产生气举，将井内液体带出，使井筒内瞬间形成负压，在地层压力下，使热储层中的地热水快速流出，疏通地下热水通道，达到快速洗井之目的。高压空气压缩机洗井方便快捷、工序简单、省时、省力、成本低廉。采用高压空气压缩机负压洗井一般只需2～3天，最快仅用1天；既节约时间，又减少泥浆对储层污染，使成井后的地热水温、水量均有大幅提高。1、正循环洗井如图1所示，将Φ73mm风管（钻杆）下到井内一定深度，压缩空气冲出风管时，迅速与井内液体混合形成气泡，使得三相混合液的比重降低，在风管出口处形成低压区。气泡在上升过程中，由于井内压力的作用逐渐减小，继而继续膨胀，其膨胀功能转化为动能而使井内液柱向上运动，从而携带井内岩屑至井外，达到洗井的目的。2、反循环洗井洗井机具由风管和出水管组成，采用并列式安装方式(图2)。压缩空气经风管下行到达出水管一定深度时，与出水管内的液体混合，在出水管内形成负压，使得出水管内的液体向上运动，下部的泥砂及岩屑随即进入出水管内，形成气、只有几种洗井方法组合在一起使用，才能形成一个完整的洗井作业程序。每个程序水泵抽水洗井结束获得准确的水量和水温结果，为制定下一个洗井程序或进入抽水试验阶段提供依据。如喷射——多磷酸盐——压缩空气——水泵联合洗井；多磷酸盐——喷射——压缩空气——水泵联合洗井；压缩空气——水泵联合洗井；酸化——液态二氧化碳——压缩空气——水泵联合洗井；酸化——压缩空气——水泵联合洗井；活塞——压缩空气——水泵联合洗井；活塞——水泵联合洗井；压水——酸化——压缩空气——水泵联合洗井等。九）、爆破洗井、增水1、梯恩梯（TNT）炸药与黑索金（RDX）炸药根据井深按一定比例均匀混合。2、雷管选用防水好的尼龙导爆管雷管。在超深地热水井中采用高能混合炸药，提高炸药的爆速、猛度，减少水深带来的炸药猛度降低，从而达到理想的爆破效果。同时，采用线型聚能装药，使装药量在受到空间限制的情况下将有限的能量集中释放，从而最大程度地发挥爆轰作用总之，该方法可以成功解决超深水下的高压防水难题，有效完成超深水井的洗井和增水爆破。二、水层改造增产工艺技术水层改造工艺技术是借助人工外力使岩层产生新的孔隙、裂缝或增加天然裂隙的规模。地热井已应用的水层改造工艺技术有压裂改造技术和射孔改造技术。一）压裂改造技术压裂改造技术就是依靠机械设备和一定的技术工艺对岩体施加强大的外力，使岩体沿一定方向产生人工裂缝。岩体经过压裂改造，致密岩体产生了新生裂缝，原有裂缝增加了规模，提高了含水层的裂隙率(孔隙度)和渗透率，有助于提高地热井的产水量。据美国洛斯阿拉莫斯国家实验EE-3号井水力压裂试验资料，压裂井段3474～3584m，注入压力41MPa，注入水量75903m3，岩体产生破裂南北700m，东西120m，深度方向500m。由于压裂改造技术工艺技术复杂，实施成本昂贵，同时一般地热井的成井工艺难以达到压裂工艺要求，目前在地热井高压压裂方面应用很少。即使有些地热井实施了该项技术，但由于工艺简化、压力较低，增产效果不大。地热井压裂改造技术常与酸化洗井联合使用——二）射孔改造技术射孔改造技术作为石油钻井的一项主要完井手段，已得到广泛的普及和应用。近年来，射孔改造技术已引进应用到地热钻井领域。地热井应用射孔技术基本选择在非设计目的层的技术套管井段。当设计含水层水量难以达到要求时，一般选择对地热井浅部技术套管井段的含水层射孔补水。地热井射孔技术与油井相同，在地层条件相同条件下，射孔效果取决于射孔密度、孔径及射孔器的穿深能力。大部分地热井在经一次或几次射孔补水后出水量都有较大的提高，达到了设计或合同的要求。射孔改造技术在水泥污染方面也得到了非常成功的应用。北京某地热井，井深3349m，含水层岩性为灰岩和白云岩，裸眼过滤器完井，取水2383～3349m。洗井过程中发270m处套管重叠段水泥封固失效且出少量黑水。实施水泥“戴帽”封固过程中，分隔塞不慎失效，水泥浆(1.90g／cm3)下窜到了裸眼取水井段，再次水泵试水发现水量由以前的82m3／h下降到抽水几分钟就断流，说明水泥浆渗漏封固了含水层。最后经过采用射孔——盐酸——压裂——压缩空气——水泵抽水联合洗井工艺。射孔总长18m，共234个孔，孔径10mm。盐酸浓度31％，用量20t，打压最高16MPa射孔技术工艺比较简单，操作简便，成本较低，在地热钻井项目中已得到了广泛应用。三）变更设计增产工艺技术地热井常用的变更设计增产工艺技术有后期成井法工艺技术、加深工艺技术和侧钻工艺技术。1、后期成井法工艺技术后期成井法工艺技术就是不按设计成井程序成井，“三开”技术套管井段钻进结束后，不按设计程序下入套管，而是变径继续“四开”目的层井段钻进，至设计终孔深度或中间深度。根据钻探录井和物探测井资料，综合分析含水层的地层岩性、发育程度、深度以及地层温度等情况，最后确定技术套管的下入深度。(1)目的层的富水性和温度分析能够达到要求时，技术套管就下在预留变径深度；(2)目的层的富水性较好，而温度达不到要求时，预留技术套管井段需要加深扩孔后再下入技术套管；(3)目的层富水性较差，技术套管井段温度较高且有含水层时，技术套管可采用挂管工艺变浅套管下入深度；(4)目的层的富水性很差，需要加深工艺技术时，一般根据加深长度多少、井孔的安全性及成井风险等因素决定技术套管的下入时间和深度。后期成井法工艺技术在实践中取得了较好的效果，大大降低了地热井的成井风险。2、加深工艺技术加深工艺技术就是目的层的富水性很差或温度较低时，通过增加钻井深度期望获得新的含水层和较高的地层温度。加深前要深入分析地质条件的可能性，否则又增加了风险成本和钻井成本。加深可在设计终孔后分析水量、水温很难达到要求时进行，或经过洗井后水量、水温达不到要求(有时投资方会理解让步接受)时进行。实践中加深工艺技术应用普遍，地热井的产能技术指标都能得到一定程度的增加。3、侧钻工艺技术侧钻工艺技术常应用在被迫处理钻进施工事故。这里侧钻工艺技术是指