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[摘要]地热是集热、矿、水为一体的宝贵地下资源，现已广泛应用于取暖、疗养、健身、旅游、养植等领域，并取得了十分显着的经济效益和社会效益。本文试图以清河1#孔为例，从地热地质条件分析入手，通过钻探验证对地热井的钻探工艺及方法进行探讨，为今后在该区开展地热勘查工作提供依据。
[关健词]地热清河地热井钻探工艺
中图分类号：P314.1 文献标识码：P 文章编号：1009―914X（2013）28―0548―01
清河是辽北著名的旅游景区之一，有着较为理想的地热形成环境及开发利用条件，为更好地开发地热资源带动旅游业发展，我队在该区成功地完成了辽北第一口地热井的施工，它为今后在该区寻找有利用价值的地热水（温泉）指出了方向。
1 地热地质条件
1#孔所处的地质构造位置原推断为CSAMT勘查NE向挤压构造带的下盘，钻探中没有明显的热储岩组、储水构造和补给来源，故水量很小。该井实际最大出水量30t/d（降深在1500m左右），最高出水温度36℃。若能找到与上述挤压构造带配套的张裂面，则出水的可能性会更大些。
1.1 地温场特征
经温度测井，1#孔井底温度近90℃。随着深度的增加，井下温度也明显增加，但地热增温率有所降低。本地区地热增温率较高，平均为2.77℃/100m，比原来预测2.2℃/100m高出0.57℃/100m。
1.2 热储层、构造条件
1#地热井地表为第四系，岩性为黄土，厚度5m；下部为侏罗系，顶部为砂岩，中、下部是火山碎屑岩，反映本区没有盖层，也缺少层控热储层；钻孔中仅905～910m有挤压碎裂岩，未见张性破碎带，钻井施工过程中钻井液有消耗，但未出现大的漏失现象，说明本区缺少热储构造。尽管1#孔地热增温率较高，具备较好的地热背景，但热储层和构造条件不好，所以此井水量很小，不易利用。若要开发地热资源，还需进一步投入有效的物探工作，继续寻找储水构造。
2 地热井钻探施工工艺及方法
1#孔施工原设计“四开”，后考虑本区地层含水性较差，为不漏掉含水层，改为“二开”，设计第一次开钻选用Φ311mm钻头，钻至300m，下入Φ245mm表层套管，掏空法全部固井；设计二开选用Φ216mm钻头，钻至2500m终孔，若有好的含水段，则上部挂Φ178mm套管（含滤水管），深部裸孔完井。
2.1 井孔实际结构及成井主要材料
根据本井确定的井孔结构和钻进中地层情况，各阶段钻具组合、井孔结构及成井主要材料如下：
2.1.1 一开：孔径Φ311mm，深度312.38m。
钻具组合：钻头为Φ311mm三牙轮钻头，钻铤Φ178mm6根，钻杆Φ127mm串根。下入天津钢管公司生产Φ244.5mm无缝钢管，壁厚8.94mm，扣型为长圆螺纹，钢级为J55，下入深度0～312.38m。
2.1.2 二开：孔径Φ216mm，深度为2500.60m。
钻具组合：钻头为Φ216mm三牙轮钻头，钻铤Φ159mm12根，钻杆为Φ89mm串根。利用悬挂器下入天津钢管公司生产的Φ177.8mm无缝钢管，壁厚8.05，扣型为长圆螺纹，钢级为N80的技术套管和滤水管。
2.2 钻井施工方法概述
2.2.1 钻进泥浆
1#孔地表为第四系，岩性主要为残坡积黄土；向下为基岩，岩性为砂岩和粉砂岩；井深265m以下为火山角砾岩、凝灰质砂岩夹玄武岩、安山岩等。由于深度和岩性不同，因此各施工阶段的钻进泥浆性能也不同。
2.2.2 泥浆使用与管理
⑴配制使用泥浆，预水化24小时后入井。
⑵坚持每日进行维护处理。
⑶凡入井泥浆药剂，求最优方案再进行入井。
⑷固相控制，加强泥浆净化，振动运转100％，除砂器、除泥器运转90％，勤捞砂、常除砂，降低固相含量，并定期清理泥浆池，以获得优质轻泥浆。
⑸正常钻井每2小时测定一次密度，粘度；交班前测定全性能一次；钻遇异常或复杂情况加密测点。调整好泥浆性能，取全取准第一手原始数据。
2.2.3 各次开钻施工要点
⑴一开井段（0～312.38m）
①钻前砌好600×3.60m导管，钻台下用水泥抹平，以防钻井液冲蚀基础，防止基础沉降。
②钻前调整好三点一线，误差不超过10mm，保障开孔就直。
③表层钻进以不大于钻铤重量的75％进行吊打40m，钻压控制在60KN以内，排量20L/S，保证井孔质量。
④加快接单根速度，防止沉砂卡钻；接单根要做到晚摘泵早开泵，并做好划眼工作。
⑵二开井段（312.38m～2500.6m）
施工重点：是提高钻井效率，注意防斜，防止事故发生。装好井口，认真重校天车、转盘、井口三点一线。监察掌握好井下钻头使用时间，防止出现牙轮落井事故。使用优质轻质泥浆，对于掉块和泥浆消耗井段及时调整处理好泥浆，做好井壁护壁工作，并尽量减轻比重，加大粘度。采用吊打和钟摆钻具，易斜段加强观察，使井斜控制在规定范围之内。
上部易斜段注意吊打，均匀送钻，处理好井眼过渡及地层软硬交界面，防止井斜。每次开钻，领眼钻进30m，要求尽量满足双泵钻进，认真做好设备固控的保养工作。裸孔段采用基浆加清水钻进，尽可能减少泥浆污染储层。把好井口关，严禁井底有金属落物。
3 洗井和抽水试验
3.1 洗井作业
首先替浆，用清水冲洗井壁，将井内泥浆替出；然后用三聚偏焦磷酸钠制成浓度为1％的化学洗井液注入井内，静止浸泡24小时，以后再用上述药液循环并冲刷井壁，将井内残存泥浆替出。该方法反复进行两次。后用两台250个压力的大型空压机做气水混合和两台空压机气举联合洗井，累计工作12天。后又对滤水管和裸孔段注入浓度为15％盐酸15吨进行酸化洗井，接着进行拉活塞洗井，最后下泵抽水。
3.2 抽水试验
先用5m3/h潜水泵抽水，泵下到400m，静水位恢复到15.8m（含向井内灌水）抽水40分钟到泵头。从400m开始恢复水位，48小后水位到160.70m，72小時水位到155.30m，96小时水位到149.80以后平均每小时水位上升仅200—300mm。由于本井水量很小，用常规潜水泵无法进行抽水，只能选用石油系统抽油泵进行抽水，下入井深1200m处抽水，水量20m3/d，出水温度30℃；下入井深1600m处抽水，水量30m3/d，出水温度36℃。
4 结论与建议
4.1 结论
⑴基本了解了清河地区地层的含水性及地温场变化相关性，为下一步在该区开展地热勘查积累了宝贵的经验。
⑵1#孔地温异常较高，地温梯度达2.77℃/100m，井底温度将近90℃，对其热量可考虑加以利用。
⑶1#孔水质达到医疗矿泉水标准。其中铁（Fe）含量达到命名矿水浓度，偏硅酸、氟和偏硼酸达到有医疗价值浓度。
4.2 建议
⑴通过1#孔的施工，说明本区地热异常反映出存在可利用的地热资源，建议下一步工作的重点应放在找水方面。
⑵要想在找水方面取得突破，首先应该注意寻找含水断裂构造，其次还要进一步扩大探测范围，同时选择有效的技术方法，通过合理的综合分析和解释，才有可能在清河地区打出有利用价值的地热（温泉）水。
[关健词]地热清河地热井钻探工艺
中图分类号：P314.1 文献标识码：P 文章编号：1009―914X（2013）28―0548―01
清河是辽北著名的旅游景区之一，有着较为理想的地热形成环境及开发利用条件，为更好地开发地热资源带动旅游业发展，我队在该区成功地完成了辽北第一口地热井的施工，它为今后在该区寻找有利用价值的地热水（温泉）指出了方向。
1 地热地质条件
1#孔所处的地质构造位置原推断为CSAMT勘查NE向挤压构造带的下盘，钻探中没有明显的热储岩组、储水构造和补给来源，故水量很小。该井实际最大出水量30t/d（降深在1500m左右），最高出水温度36℃。若能找到与上述挤压构造带配套的张裂面，则出水的可能性会更大些。
1.1 地温场特征
经温度测井，1#孔井底温度近90℃。随着深度的增加，井下温度也明显增加，但地热增温率有所降低。本地区地热增温率较高，平均为2.77℃/100m，比原来预测2.2℃/100m高出0.57℃/100m。
1.2 热储层、构造条件
1#地热井地表为第四系，岩性为黄土，厚度5m；下部为侏罗系，顶部为砂岩，中、下部是火山碎屑岩，反映本区没有盖层，也缺少层控热储层；钻孔中仅905～910m有挤压碎裂岩，未见张性破碎带，钻井施工过程中钻井液有消耗，但未出现大的漏失现象，说明本区缺少热储构造。尽管1#孔地热增温率较高，具备较好的地热背景，但热储层和构造条件不好，所以此井水量很小，不易利用。若要开发地热资源，还需进一步投入有效的物探工作，继续寻找储水构造。
2 地热井钻探施工工艺及方法
1#孔施工原设计“四开”，后考虑本区地层含水性较差，为不漏掉含水层，改为“二开”，设计第一次开钻选用Φ311mm钻头，钻至300m，下入Φ245mm表层套管，掏空法全部固井；设计二开选用Φ216mm钻头，钻至2500m终孔，若有好的含水段，则上部挂Φ178mm套管（含滤水管），深部裸孔完井。
2.1 井孔实际结构及成井主要材料
根据本井确定的井孔结构和钻进中地层情况，各阶段钻具组合、井孔结构及成井主要材料如下：
2.1.1 一开：孔径Φ311mm，深度312.38m。
钻具组合：钻头为Φ311mm三牙轮钻头，钻铤Φ178mm6根，钻杆Φ127mm串根。下入天津钢管公司生产Φ244.5mm无缝钢管，壁厚8.94mm，扣型为长圆螺纹，钢级为J55，下入深度0～312.38m。
2.1.2 二开：孔径Φ216mm，深度为2500.60m。
钻具组合：钻头为Φ216mm三牙轮钻头，钻铤Φ159mm12根，钻杆为Φ89mm串根。利用悬挂器下入天津钢管公司生产的Φ177.8mm无缝钢管，壁厚8.05，扣型为长圆螺纹，钢级为N80的技术套管和滤水管。
2.2 钻井施工方法概述
2.2.1 钻进泥浆
1#孔地表为第四系，岩性主要为残坡积黄土；向下为基岩，岩性为砂岩和粉砂岩；井深265m以下为火山角砾岩、凝灰质砂岩夹玄武岩、安山岩等。由于深度和岩性不同，因此各施工阶段的钻进泥浆性能也不同。
2.2.2 泥浆使用与管理
⑴配制使用泥浆，预水化24小时后入井。
⑵坚持每日进行维护处理。
⑶凡入井泥浆药剂，求最优方案再进行入井。
⑷固相控制，加强泥浆净化，振动运转100％，除砂器、除泥器运转90％，勤捞砂、常除砂，降低固相含量，并定期清理泥浆池，以获得优质轻泥浆。
⑸正常钻井每2小时测定一次密度，粘度；交班前测定全性能一次；钻遇异常或复杂情况加密测点。调整好泥浆性能，取全取准第一手原始数据。
2.2.3 各次开钻施工要点
⑴一开井段（0～312.38m）
①钻前砌好600×3.60m导管，钻台下用水泥抹平，以防钻井液冲蚀基础，防止基础沉降。
②钻前调整好三点一线，误差不超过10mm，保障开孔就直。
③表层钻进以不大于钻铤重量的75％进行吊打40m，钻压控制在60KN以内，排量20L/S，保证井孔质量。
④加快接单根速度，防止沉砂卡钻；接单根要做到晚摘泵早开泵，并做好划眼工作。
⑵二开井段（312.38m～2500.6m）
施工重点：是提高钻井效率，注意防斜，防止事故发生。装好井口，认真重校天车、转盘、井口三点一线。监察掌握好井下钻头使用时间，防止出现牙轮落井事故。使用优质轻质泥浆，对于掉块和泥浆消耗井段及时调整处理好泥浆，做好井壁护壁工作，并尽量减轻比重，加大粘度。采用吊打和钟摆钻具，易斜段加强观察，使井斜控制在规定范围之内。
上部易斜段注意吊打，均匀送钻，处理好井眼过渡及地层软硬交界面，防止井斜。每次开钻，领眼钻进30m，要求尽量满足双泵钻进，认真做好设备固控的保养工作。裸孔段采用基浆加清水钻进，尽可能减少泥浆污染储层。把好井口关，严禁井底有金属落物。
3 洗井和抽水试验
3.1 洗井作业
首先替浆，用清水冲洗井壁，将井内泥浆替出；然后用三聚偏焦磷酸钠制成浓度为1％的化学洗井液注入井内，静止浸泡24小时，以后再用上述药液循环并冲刷井壁，将井内残存泥浆替出。该方法反复进行两次。后用两台250个压力的大型空压机做气水混合和两台空压机气举联合洗井，累计工作12天。后又对滤水管和裸孔段注入浓度为15％盐酸15吨进行酸化洗井，接着进行拉活塞洗井，最后下泵抽水。
3.2 抽水试验
先用5m3/h潜水泵抽水，泵下到400m，静水位恢复到15.8m（含向井内灌水）抽水40分钟到泵头。从400m开始恢复水位，48小后水位到160.70m，72小時水位到155.30m，96小时水位到149.80以后平均每小时水位上升仅200—300mm。由于本井水量很小，用常规潜水泵无法进行抽水，只能选用石油系统抽油泵进行抽水，下入井深1200m处抽水，水量20m3/d，出水温度30℃；下入井深1600m处抽水，水量30m3/d，出水温度36℃。
4 结论与建议
4.1 结论
⑴基本了解了清河地区地层的含水性及地温场变化相关性，为下一步在该区开展地热勘查积累了宝贵的经验。
⑵1#孔地温异常较高，地温梯度达2.77℃/100m，井底温度将近90℃，对其热量可考虑加以利用。
⑶1#孔水质达到医疗矿泉水标准。其中铁（Fe）含量达到命名矿水浓度，偏硅酸、氟和偏硼酸达到有医疗价值浓度。
4.2 建议
⑴通过1#孔的施工，说明本区地热异常反映出存在可利用的地热资源，建议下一步工作的重点应放在找水方面。
⑵要想在找水方面取得突破，首先应该注意寻找含水断裂构造，其次还要进一步扩大探测范围，同时选择有效的技术方法，通过合理的综合分析和解释，才有可能在清河地区打出有利用价值的地热（温泉）水。