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簡介

地熱是地球內部的可再生清潔新能源。地熱是一種清潔、環保的綠色能源，我國地熱資源儲量豐富，從國家和世界范圍分析，地熱有望成為綠色能源的生力軍。我國經濟發達地區如北京、天津地熱已被廣泛開發、利用， 

已開始將資源優勢轉化為產業優勢。地熱鉆井技術通過不斷研究、探索，特別是在安全鉆井、水層保護、完井方式、洗井作業、隨鉆分析、判斷等方面加強研究和改進，逐步完善成系統化、多樣化，能適應不同地質條件的鉆井技術方法和工藝技術，利用石油鉆探技術優勢開發地熱開發資源，地熱鉆井必將成為未來能源一大支柱產業。地熱資 源以多種不同的形式存儲于地下，在地熱開發中，一進入既摒棄水井市場通行的“坂土+堿”原始分散型泥漿，針對不同地層采用科學的泥漿配方，引進近平衡鉆井和完井液概念，有目的使用了細分散、不分散低固相聚合物泥漿、抗高溫泥漿，在目的層盡量降低泥漿比重，達近平衡鉆進。 現階段實際開發的只是埋藏淺于4km且水量豐富和天然滲透性高 的水熱系統。

其它被研究用于能源生產的地熱系統有：

a．地壓型地熱系統，水的溫度稍高（高于正常地溫梯度）但靜液壓力要遠高于其正常深度的壓力鉆井工藝   

占領地熱市場開發市場優勢在于將石油鉆井中*、成熟的工藝與相關水文、地熱施工進行了有機地結合。充分利用現有設備，優選鉆頭和機械參數，積極推廣和采用近噴射鉆井，大大提高了鉆井效率，縮短了建井周期；

b．巖漿型地熱系統，溫度為600～1400℃；

c．干熱巖（HDＲ）系統，溫度通常為200～350℃，但是巖石具有較低的天然滲透性和少量的水地熱鉆井特點 地熱鉆井主要借鑒油氣井鉆井技術，由于熱儲 巖石地質條件， 諸如巖性、埋深以及產出流體性質不同，相比于油氣鉆井、地熱鉆井條件更為苛刻，還要針對地熱井*的高溫和大口徑進行新技術和新設 備的改進與研發鉆機選擇 地熱井通常包括勘探井和生產井（包括注入 井）。

鉆小口徑井，使用巖心鉆機可以節約成本。因為巖心鉆機只需要小的套管、工具（鉆頭、鉸刀等）和少量的水泥，還有能力鉆穿全漏失地層。如果需要鉆大口徑井，那么通常采用常規轉盤式鉆機。多年以來，傳統的鉆機都是靠機臺上的轉盤來帶動鉆桿旋轉。但是目前“頂部驅動”技術業已成熟，它改善了以往隨著鉆進每次只能加一根鉆桿的情形。這種鉆機可以帶動一組（兩到三根）鉆 桿， 節省了連接時間，而且在下鉆時可以旋轉和循環。這種邊鉆進邊循環的方式對于地熱井來說尤為重要，因為它可以在鉆進過程中保護對溫度敏感的工具。雖然頂部驅動的鉆機日常的成本比較高，但它往往更劃算。鉆井設計和套管程序 鉆井設計通常是從井底到套管頂部。就是說，預計的生產層深度和流量決定鉆井的井身結構，并且大多數設備也由這些條件確定。由于地熱井產出 的熱水或蒸汽（相比于石油或天然氣）價值較低，所以流量要很高。而且地熱流體的生產是直接從儲層 流到套管， 如果存在兩相流，大孔徑套管可顯著降低蒸汽的流動壓降，提高生產率。此外，許多低溫地熱井不能自流，必須使用泵，要么在地表采用長軸泵驅動，要么采用潛水泵（鉆井設計必須滿足泵的移動）。所有這些因素導致地熱井比同樣深度的油氣井的口徑要大地熱鉆井的主要問題 上述特點意味著地熱鉆進是非常困難的。鉆進速度和鉆頭壽命通常都比較低，腐蝕很常見，循環漏失頻繁且嚴重。井內高溫亦加劇了這些問題。 常見的地熱系統幾乎都含有溶解或游離的二氧化碳（CO2）和硫化氫（H2S）氣體，這些氣體會造成嚴重的腐蝕問題。H2S的存在使地熱鉆井設備的選 擇更加單一， 并且只能使用低強度鋼套管，因為硫化物會使高強度鋼產生應力腐蝕開裂H2S本身也是 鉆井過程中的重大安全隱患。應用材料的局限以及相關的安全隱患，增加了地熱鉆井的成本。

特別值得一提的是，循環漏失與熱儲損害不容忽視。一方面，漏失會帶來巨大的經濟損失，漏失成本通常占鉆井成本的10%～20%，而且循環漏失往往是巨大的，甚至不上返。許多地熱鉆井報廢是因為不能 穿過漏失層，而且更多的井需要用設計之外的套管柱來解決漏失問題；另一方面， 漏失是有害的。地熱井中，生產層通常是漏失層，因此很難恢復漏失所造成的損害而保持其生產潛力鉆井計劃 鉆井作業的關鍵是鉆井計劃。它不僅可以降低成本，而且可以減少突發事件對鉆井產生的危害以及財產損失。一個詳細的鉆井計劃應當列出完成這口井所需要的所有工作（地表條件、鉆井、完井、固井、測井等），并且包括完成這些工作所需的成本和時間，對每個單獨任務進行充分說明，并明確它們完成的先后順序。鹽水的化學成分不僅具腐蝕性，還會在生產地層和套管內產生結垢，這是所有的地熱井都面臨的問題，它會導致頻繁的修井。在嚴重的情況下，未經處理的結垢會導致套管的流通面積在一個月內大幅度減少。結垢有時可以 通過高壓射流解決，但是當生產地層堵塞時， 就必須用鉆頭鉆開（需要可膨脹的鉆頭伸到套管底部，通常鉆頭直徑要大于套管內徑）。 zui后，需要判斷生產地層是否足夠穩定可以支持裸孔，還是必須使用割縫襯管防止地層巖石脫落或崩塌落入井內。這些可以從鉆井獲得的地質樣品 中判斷， 如果允許的話也可以通過測井成像技術，但是根據同一地區地熱井鉆井經驗判斷是比較常見 的。*技術 地熱鉆井運用的較成熟的技術是控壓鉆井技 術、定向鉆井技術等；zui近針對地熱鉆井的特殊鉆井 液的研制也取得了重大進展；可膨脹套管技術及跟管鉆進技術尚處研究階段，但已表現出巨大的應用潛力控壓鉆井技術 控壓鉆井起源于欠平衡鉆井，

通過對井口套管壓力、流體密度、水力摩阻等的綜合控制，根據鉆井要求和地層特點，調整井內液柱壓力與地層壓力之間的關系， 鉆進過程中的壓力控制流。

地熱鉆井中應用控壓鉆井技術表現出兩點突出優勢：

a．該技術能有效減少循環鉆井液的漏失，避免了應堵漏而消耗的鉆井液用量，從而縮短鉆井周期，節約成本；

b．避免了過量鉆井液向地層內流失，減輕了鉆井液對熱儲的損害，從而保證了熱儲產能。輕質防腐水泥（固井和堵漏） 為了提供機械支撐和保護套管不受腐蝕，除了精細的固井技術外，固井水泥應低滲并與套管有較 高的粘結強度，而且當泥漿輕質時優勢更明顯。低比重泥漿在處理漏失問題時是非常重要的，假如地層孔隙壓力不能承受鉆井液柱壓力，是不可能將正常比重的水泥舉升到地表的，采用發泡水泥可以解決這一問題。與向鉆井液中注入氣體相同，把氣體注入水泥形成輕質泡沫水泥鉆井 為了優化鉆井成本，提高鉆井效率，采用回轉鉆進，僅在定向鉆井時使用井底泥漿馬達進行造斜和 增斜。造斜時使用陀螺測斜儀，使用隨鉆測量工具監測井眼軌跡。 由于巖石顆粒粒度變化頻繁以及裂縫方向和數量的變化，不使用PDC鉆頭，應用光桿滿眼或鐘擺井下鉆具組合。 條件允許的情況下，使用天然鹽（氯化鈉）作為 無固相加重劑。氯化鈉是一種廉價的加重劑，易溶且無毒。使用氫氧化鈉提升pH值及減輕腐蝕。如 果需要，使用膨潤土作為稠化劑以攜帶巖屑。沉淀池和聚合物用來分離液體和巖屑。加入巖屑和水泥稠化泥漿以便處理廢漿。

安裝了“自由浮動”套管，由井底裸眼套管銅鎳封隔器支撐，并用小段水泥粘結。考慮到套管的膨脹和收縮，套管在井口是“自由”的，使用抗高溫含 氟橡膠密封圈保證套管在井口的“靈活性”。由于技術的限制，自由套管完井深度可達5km隨著能源和水資源的危機，人類生活、生產活動對自然環境的破壞，人類生存和可持續發展所依賴的自然資源正面臨污染、破壞、枯竭的危險境地。各國在協同保護自然環境的同時，也在向地球深部探求地熱能源和水資源，鉆井深度越來越大，一般井深皆達數千米，總投資費用數百萬至千萬元，任何風險和失誤都將給國家、企事業單位造成重大經濟損失。

鉆井設計應與鉆前地質論證確定的原則相一致鉆井設計應結合地質特征優選鉆井方式，保證鉆井質量，提高地熱井產量，滿足地熱田開發的要求鉆井地質設計的主要內容應包括：區塊地質概況（地質構造概況、本區已鉆井情況、巖性柱狀剖面圖、熱儲層物性和地熱水礦化度）、基礎數據（構造位臵、地理位臵、鉆井目的、設計井深、目的層位、完鉆層位及原則）、地質分層數據（地質年代、地質分層、底界深度、分層厚度）、取資料要求（巖屑錄井、鉆時錄井、循環觀察、鉆井液錄井、鉆井取心、地球物理測井）、已鉆井地層壓力系數情況、技術說明及要求（水平位移允許范圍、生產套管尺寸、水泥上返深度、人工井底距采水段底）。 地熱井鉆井工程設計的編制是根據項目的地質設計書或項目委托計劃任務書及合同要求，在現場勘查的基礎上，按照現有的生產定額、材料消耗定額、人員和設備配備與費用定額等材料為依據進行編制，根據需要與可能，選用設備和選擇*施工方法與工藝，以確保工程質量和獲取的技術經濟效益水泥環質量評價 

1. 水泥環質量鑒定應以聲幅（CBL）為準，正常聲幅測井時間應在注水泥24h—48h內進行聲幅相對值在15%以內為，30%為合格，超過30%為不合格，對低密度水泥聲幅值暫定為40%為合格經聲幅測井其質量不能明確鑒定時，可用變密度（VDC）等其它方法鑒定。鉆井施工完成后，公司鉆井工程管理人員應組織公司*以及相關地熱主管部門對完成井進行現場水溫水量水位及落差等的驗收，并簽署完井驗收意見鉆井施工中應采取環境保護措施，防止污水、鉆井液、等污染環境，做好環境保護工作，應采取有效措施，不得污染地下水。污水、鉆井液、不得隨意排放，必須按有關規定采取集中處理或處理達標后排放。棄井應進行嚴格的井口處理。鉆井作業完成后，應按照國家和地方法律、法規進行地貌恢復工作，符合相關要求后施工方方可離場鉆井資料包括：鉆井生產信息動態資料；完井驗收與歸檔管理資料（鉆井施工單位完井應提交的資料；鉆井監理完井應提交的資料）鉆井生產信息動態資料：1.鉆井工程日報表、月報表；

2.鉆井液日報表、月報表；

3.鉆井參數儀記錄；

4.指重表記錄；

5.井控記錄；

6.鉆具記錄；

7.鉆頭記錄；

8.鉆井液處理記錄；

9.測斜記錄；

10.固井質量評價測井圖；

11.鉆井取芯記錄；

12.工程錄井記錄。地熱地質特征編制主要內容包括：充分收集鄰區已成井解釋的地質概況，收集和分析論證區勘探資料并在不明區域投入相應的物探勘探工作，進行論證區地貌、地質構造特征、地層與熱儲、地溫場特征、富水性特征、水化學特征論證

鉆井工藝 

B.2.1  成井結構（完工地熱井實際結構圖） 

B.2.2  鉆探工藝（闡明采用的鉆進方法、鉆井工藝、鉆井液等） 

B.2.3  成井工藝（闡明物探測井、泵室段、技術套管、過濾管、下管方法、止水固井方法等） 

B.2.4  鉆探新工藝、新方法 

B.2.5  鉆探技術措施（主要是解決施工難題的技術措施）地熱井工程質量

B.3.1  鉆探工程質量保證措施 

B.3.2  鉆探工程質量評述（包括設計要求和達到的指標）鉆井地質 

B.4.1  物探測井（測井、錄井資料及分析） 

B.4.2  熱儲的水文地質特征（簡述熱儲類型、補給來源、礦化度、水化學類型、溫度、流量等） 

B.4.3  可采資源計算與評價（簡述井流試驗及其成果分析、可開采量及放熱量的計算、開采影響區內單位面積的可采熱儲存量的估算、地熱井保護范圍及合理井距的確定）

B.4.4  地熱水質量與環境影響評價（簡述地熱水水質分析成果、水質評價、腐蝕性評價、地熱水開發對環境影響評價、地熱資源開發前景分析）動力鉆具造斜  動力鉆具包括渦輪鉆具、螺桿鉆具、電動鉆具三種。動力鉆具定向井造斜時，多使用彎接頭鉆具造斜。地熱定向井宜采用1°30′～2°30′的彎接頭。轉盤鉆造斜  轉盤鉆造斜鉆具宜使用變向器、射流鉆頭和扶正器組合。扶正器的形式宜采用螺旋式，對軟地層應使用大支撐面積的螺旋扶正器定向井增斜 14.3.3.1 常用增斜鉆具組合  常用增斜鉆具組合為：鉆頭—近鉆頭扶正器—非磁鉆鋌（根據井斜角、方位角的大小用非磁鉆鋌的長度）—鋼鉆鋌（非磁鉆鋌和鋼鉆鋌的總長度為20m～30 m之間）—扶正器—鉆鋌（10 m）—扶正器—鉆鋌—隨鉆震擊器—加重鉆桿—鉆桿。增斜鉆具組合中鉆頭直徑與扶正器外徑允許差值為3mm～4 mm。