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简介

地热是地球内部的可再生清洁新能源。地热是一种清洁、环保的绿色能源，我国地热资源储量丰富，从国家和世界范围分析，地热有望成为绿色能源的生力军。我国经济发达地区如北京、天津地热已被广泛开发、利用， 

已开始将资源优势转化为产业优势。地热钻井技术通过不断研究、探索，特别是在安全钻井、水层保护、完井方式、洗井作业、随钻分析、判断等方面加强研究和改进，逐步完善成系统化、多样化，能适应不同地质条件的钻井技术方法和工艺技术，利用石油钻探技术优势开发地热开发资源，地热钻井必将成为未来能源一大支柱产业。地热资 源以多种不同的形式存储于地下，在地热开发中，一进入既摒弃水井市场通行的“坂土+碱”原始分散型泥浆，针对不同地层采用科学的泥浆配方，引进近平衡钻井和完井液概念，有目的使用了细分散、不分散低固相聚合物泥浆、抗高温泥浆，在目的层尽量降低泥浆比重，达近平衡钻进。 现阶段实际开发的只是埋藏浅于4km且水量丰富和天然渗透性高 的水热系统。

其它被研究用于能源生产的地热系统有：

a．地压型地热系统，水的温度稍高（高于正常地温梯度）但静液压力要远高于其正常深度的压力钻井工艺   

占领地热市场开发市场优势在于将石油钻井中*、成熟的工艺与相关水文、地热施工进行了有机地结合。充分利用现有设备，优选钻头和机械参数，积极推广和采用近喷射钻井，大大提高了钻井效率，缩短了建井周期；

b．岩浆型地热系统，温度为600～1400℃；

c．干热岩（HDＲ）系统，温度通常为200～350℃，但是岩石具有较低的天然渗透性和少量的水地热钻井特点 地热钻井主要借鉴油气井钻井技术，由于热储 岩石地质条件， 诸如岩性、埋深以及产出流体性质不同，相比于油气钻井、地热钻井条件更为苛刻，还要针对地热井*的高温和大口径进行新技术和新设 备的改进与研发钻机选择 地热井通常包括勘探井和生产井（包括注入 井）。

钻小口径井，使用岩心钻机可以节约成本。因为岩心钻机只需要小的套管、工具（钻头、铰刀等）和少量的水泥，还有能力钻穿全漏失地层。如果需要钻大口径井，那么通常采用常规转盘式钻机。多年以来，传统的钻机都是靠机台上的转盘来带动钻杆旋转。但是目前“顶部驱动”技术业已成熟，它改善了以往随着钻进每次只能加一根钻杆的情形。这种钻机可以带动一组（两到三根）钻 杆， 节省了连接时间，而且在下钻时可以旋转和循环。这种边钻进边循环的方式对于地热井来说尤为重要，因为它可以在钻进过程中保护对温度敏感的工具。虽然顶部驱动的钻机日常的成本比较高，但它往往更划算。钻井设计和套管程序 钻井设计通常是从井底到套管顶部。就是说，预计的生产层深度和流量决定钻井的井身结构，并且大多数设备也由这些条件确定。由于地热井产出 的热水或蒸汽（相比于石油或天然气）价值较低，所以流量要很高。而且地热流体的生产是直接从储层 流到套管， 如果存在两相流，大孔径套管可显著降低蒸汽的流动压降，提高生产率。此外，许多低温地热井不能自流，必须使用泵，要么在地表采用长轴泵驱动，要么采用潜水泵（钻井设计必须满足泵的移动）。所有这些因素导致地热井比同样深度的油气井的口径要大地热钻井的主要问题 上述特点意味着地热钻进是非常困难的。钻进速度和钻头寿命通常都比较低，腐蚀很常见，循环漏失频繁且严重。井内高温亦加剧了这些问题。 常见的地热系统几乎都含有溶解或游离的二氧化碳（CO2）和硫化氢（H2S）气体，这些气体会造成严重的腐蚀问题。H2S的存在使地热钻井设备的选 择更加单一， 并且只能使用低强度钢套管，因为硫化物会使高强度钢产生应力腐蚀开裂H2S本身也是 钻井过程中的重大安全隐患。应用材料的局限以及相关的安全隐患，增加了地热钻井的成本。

特别值得一提的是，循环漏失与热储损害不容忽视。一方面，漏失会带来巨大的经济损失，漏失成本通常占钻井成本的10%～20%，而且循环漏失往往是巨大的，甚至不上返。许多地热钻井报废是因为不能 穿过漏失层，而且更多的井需要用设计之外的套管柱来解决漏失问题；另一方面， 漏失是有害的。地热井中，生产层通常是漏失层，因此很难恢复漏失所造成的损害而保持其生产潜力钻井计划 钻井作业的关键是钻井计划。它不仅可以降低成本，而且可以减少突发事件对钻井产生的危害以及财产损失。一个详细的钻井计划应当列出完成这口井所需要的所有工作（地表条件、钻井、完井、固井、测井等），并且包括完成这些工作所需的成本和时间，对每个单独任务进行充分说明，并明确它们完成的先后顺序。盐水的化学成分不仅具腐蚀性，还会在生产地层和套管内产生结垢，这是所有的地热井都面临的问题，它会导致频繁的修井。在严重的情况下，未经处理的结垢会导致套管的流通面积在一个月内大幅度减少。结垢有时可以 通过高压射流解决，但是当生产地层堵塞时， 就必须用钻头钻开（需要可膨胀的钻头伸到套管底部，通常钻头直径要大于套管内径）。 zui后，需要判断生产地层是否足够稳定可以支持裸孔，还是必须使用割缝衬管防止地层岩石脱落或崩塌落入井内。这些可以从钻井获得的地质样品 中判断， 如果允许的话也可以通过测井成像技术，但是根据同一地区地热井钻井经验判断是比较常见 的。*技术 地热钻井运用的较成熟的技术是控压钻井技 术、定向钻井技术等；zui近针对地热钻井的特殊钻井 液的研制也取得了重大进展；可膨胀套管技术及跟管钻进技术尚处研究阶段，但已表现出巨大的应用潜力控压钻井技术 控压钻井起源于欠平衡钻井，

通过对井口套管压力、流体密度、水力摩阻等的综合控制，根据钻井要求和地层特点，调整井内液柱压力与地层压力之间的关系， 钻进过程中的压力控制流。

地热钻井中应用控压钻井技术表现出两点突出优势：

a．该技术能有效减少循环钻井液的漏失，避免了应堵漏而消耗的钻井液用量，从而缩短钻井周期，节约成本；

b．避免了过量钻井液向地层内流失，减轻了钻井液对热储的损害，从而保证了热储产能。轻质防腐水泥（固井和堵漏） 为了提供机械支撑和保护套管不受腐蚀，除了精细的固井技术外，固井水泥应低渗并与套管有较 高的粘结强度，而且当泥浆轻质时优势更明显。低比重泥浆在处理漏失问题时是非常重要的，假如地层孔隙压力不能承受钻井液柱压力，是不可能将正常比重的水泥举升到地表的，采用发泡水泥可以解决这一问题。与向钻井液中注入气体相同，把气体注入水泥形成轻质泡沫水泥钻井 为了优化钻井成本，提高钻井效率，采用回转钻进，仅在定向钻井时使用井底泥浆马达进行造斜和 增斜。造斜时使用陀螺测斜仪，使用随钻测量工具监测井眼轨迹。 由于岩石颗粒粒度变化频繁以及裂缝方向和数量的变化，不使用PDC钻头，应用光杆满眼或钟摆井下钻具组合。 条件允许的情况下，使用天然盐（氯化钠）作为 无固相加重剂。氯化钠是一种廉价的加重剂，易溶且无毒。使用氢氧化钠提升pH值及减轻腐蚀。如 果需要，使用膨润土作为稠化剂以携带岩屑。沉淀池和聚合物用来分离液体和岩屑。加入岩屑和水泥稠化泥浆以便处理废浆。

安装了“自由浮动”套管，由井底裸眼套管铜镍封隔器支撑，并用小段水泥粘结。考虑到套管的膨胀和收缩，套管在井口是“自由”的，使用抗高温含 氟橡胶密封圈保证套管在井口的“灵活性”。由于技术的限制，自由套管完井深度可达5km随着能源和水资源的危机，人类生活、生产活动对自然环境的破坏，人类生存和可持续发展所依赖的自然资源正面临污染、破坏、枯竭的危险境地。各国在协同保护自然环境的同时，也在向地球深部探求地热能源和水资源，钻井深度越来越大，一般井深皆达数千米，总投资费用数百万至千万元，任何风险和失误都将给国家、企事业单位造成重大经济损失。

钻井设计应与钻前地质论证确定的原则相一致钻井设计应结合地质特征优选钻井方式，保证钻井质量，提高地热井产量，满足地热田开发的要求钻井地质设计的主要内容应包括：区块地质概况（地质构造概况、本区已钻井情况、岩性柱状剖面图、热储层物性和地热水矿化度）、基础数据（构造位臵、地理位臵、钻井目的、设计井深、目的层位、完钻层位及原则）、地质分层数据（地质年代、地质分层、底界深度、分层厚度）、取资料要求（岩屑录井、钻时录井、循环观察、钻井液录井、钻井取心、地球物理测井）、已钻井地层压力系数情况、技术说明及要求（水平位移允许范围、生产套管尺寸、水泥上返深度、人工井底距采水段底）。 地热井钻井工程设计的编制是根据项目的地质设计书或项目委托计划任务书及合同要求，在现场勘查的基础上，按照现有的生产定额、材料消耗定额、人员和设备配备与费用定额等材料为依据进行编制，根据需要与可能，选用设备和选择*施工方法与工艺，以确保工程质量和获取的技术经济效益水泥环质量评价 

1. 水泥环质量鉴定应以声幅（CBL）为准，正常声幅测井时间应在注水泥24h—48h内进行声幅相对值在15%以内为，30%为合格，超过30%为不合格，对低密度水泥声幅值暂定为40%为合格经声幅测井其质量不能明确鉴定时，可用变密度（VDC）等其它方法鉴定。钻井施工完成后，公司钻井工程管理人员应组织公司*以及相关地热主管部门对完成井进行现场水温水量水位及落差等的验收，并签署完井验收意见钻井施工中应采取环境保护措施，防止污水、钻井液、等污染环境，做好环境保护工作，应采取有效措施，不得污染地下水。污水、钻井液、不得随意排放，必须按有关规定采取集中处理或处理达标后排放。弃井应进行严格的井口处理。钻井作业完成后，应按照国家和地方法律、法规进行地貌恢复工作，符合相关要求后施工方方可离场钻井资料包括：钻井生产信息动态资料；完井验收与归档管理资料（钻井施工单位完井应提交的资料；钻井监理完井应提交的资料）钻井生产信息动态资料：1.钻井工程日报表、月报表；

2.钻井液日报表、月报表；

3.钻井参数仪记录；

4.指重表记录；

5.井控记录；

6.钻具记录；

7.钻头记录；

8.钻井液处理记录；

9.测斜记录；

10.固井质量评价测井图；

11.钻井取芯记录；

12.工程录井记录。地热地质特征编制主要内容包括：充分收集邻区已成井解释的地质概况，收集和分析论证区勘探资料并在不明区域投入相应的物探勘探工作，进行论证区地貌、地质构造特征、地层与热储、地温场特征、富水性特征、水化学特征论证

钻井工艺 

B.2.1  成井结构（完工地热井实际结构图） 

B.2.2  钻探工艺（阐明采用的钻进方法、钻井工艺、钻井液等） 

B.2.3  成井工艺（阐明物探测井、泵室段、技术套管、过滤管、下管方法、止水固井方法等） 

B.2.4  钻探新工艺、新方法 

B.2.5  钻探技术措施（主要是解决施工难题的技术措施）地热井工程质量

B.3.1  钻探工程质量保证措施 

B.3.2  钻探工程质量评述（包括设计要求和达到的指标）钻井地质 

B.4.1  物探测井（测井、录井资料及分析） 

B.4.2  热储的水文地质特征（简述热储类型、补给来源、矿化度、水化学类型、温度、流量等） 

B.4.3  可采资源计算与评价（简述井流试验及其成果分析、可开采量及放热量的计算、开采影响区内单位面积的可采热储存量的估算、地热井保护范围及合理井距的确定）

B.4.4  地热水质量与环境影响评价（简述地热水水质分析成果、水质评价、腐蚀性评价、地热水开发对环境影响评价、地热资源开发前景分析）动力钻具造斜  动力钻具包括涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具三种。动力钻具定向井造斜时，多使用弯接头钻具造斜。地热定向井宜采用1°30′～2°30′的弯接头。转盘钻造斜  转盘钻造斜钻具宜使用变向器、射流钻头和扶正器组合。扶正器的形式宜采用螺旋式，对软地层应使用大支撑面积的螺旋扶正器定向井增斜 14.3.3.1 常用增斜钻具组合  常用增斜钻具组合为：钻头—近钻头扶正器—非磁钻铤（根据井斜角、方位角的大小用非磁钻铤的长度）—钢钻铤（非磁钻铤和钢钻铤的总长度为20m～30 m之间）—扶正器—钻铤（10 m）—扶正器—钻铤—随钻震击器—加重钻杆—钻杆。增斜钻具组合中钻头直径与扶正器外径允许差值为3mm～4 mm。