PDF《东丽湖地热钻探 CGSD 01 井钻完井技术》

第4 6卷第4期2019年4月 探矿工程( 岩土钻掘工程) E x p l o r a t i o nE n g i n e e r i n g( R o c k &

S o i lD r i l l i n ga n dT u n n e l i n g ) V o l .

4 6N o .

4 A p r .

2 0

1 9: 7-1

3 收稿日期:

2 0

1 9-0 2-2 7;

修回日期:

2 0

1 9-0 3-1

1 D O I :

1 0.

1 2

1 4

3 / j . t k g c .

2 0

1 9.

0 4.

0 0

2 基金项目: 中国地质调查局地质调查项目 京津石地热资源调查( 中国地质科学院勘探技术研究所) ( 编号: D D

2 0

1 7

9 0

3 2 ) 、 天津潘庄凸起构造 区地热资源调查( 中国地质科学院勘探技术研究所) ( 编号: D D

2 0

1 7

9 6

2 2 ) 作者简介: 和国磊, 男, 汉族,

1 9

8 4年生, 高级工程师, 机械设计制造及其自动化专业, 主要从事钻探技术、 设备及工艺的研发工作, 河北省廊坊 市金光道7 7号, h g l i e t @s i n a . c o m. 引用格式: 和国磊, 宋志彬, 胡志兴, 等. 东丽湖地热钻探 C G S D

0 1井钻完井技术[ J ] . 探矿工程( 岩土钻掘工程) ,

2 0

1 9,

4 6 (

4 ) : 7-1 3. HEG u o l e i , S ON GZ h i b i n, HUZ h i x i n g , e t a l . S u mm a r yo f d r i l l i n ga n d c o m p l e t i o n t e c h n o l o g y f o rW e l l C G S D

0 1 i nD o n g l i L a k e g e G o t h e r m a l d r i l l i n [ J ] . E x p l o r a t i o nE n g i n e e r i n g( R o c k &

S o i lD r i l l i n ga n dT u n n e l i n g ) ,

2 0

1 9,

4 6 (

4 ) : 7-1 3. 东丽湖地热钻探 C G S D

0 1井钻完井技术 和国磊1 ,宋志彬1 ,胡志兴2 ,许本冲1 ,马汉臣1 ,陈浩文1 ,杜森1 ( 1. 中国地质科学院勘探技术研究所, 河北 廊坊

0 6

5 0

0 0;

2. 河北省煤田地质局第二地质队, 河北 邢台

0 5

4 0

0 0 ) 摘要: C G S D

0 1井是由中国地质调查局组织实施的一口水热型地热资源调查井.该井完井深度4

0 5

1 ?

6 8m, 终孔 直径2

1 6mm.施工过程中遇到大直径套管下入安全系数不足、 地层漏失、 复杂地层岩心采取率低等问题.文章介 绍了该井的井身结构设计、 钻完井工艺技术.通过采用浮力法下管, 多工艺堵漏, 改进复杂地层取心工艺等措施解 决了施工过程中的复杂问题, 总结了该地区深部地热钻探钻井工艺并提出了完井建议. 关键词: 地热资源调查;

钻探;

浮力下管技术;

漏失地层钻进;

取心钻进 中图分类号: P

6 3 4;

T E

2 4

9 文献标识码: A 文章编号:

1 6

7 2-7

4 2

8 (

2 0

1 9 )

0 4-0

0 0 7-0

7 S u mm a r yo fd r i l l i n ga n dc o m p l e t i o nt e c h n o l o g yf o rW e l lC G S D

0 1 i nD o n g l iL a k eg e o t h e r m a l d r i l l i n g HEG u o l e i

1 , S ONGZ h i b i n

1 ,HUZ h i x i n g

2 , XUB e n c h o n g

1 , MA H a n c h e n

1 , CHE N H a o w e n

1 , DU Y a o s e n

1 ( 1. T h eI n s t i t u t eo fE x p l o r a t i o nT e c h n i q u e s, C A G S, L a n g f a n g H e b e i0

6 5

0 0 0, C h i n a;

2. T h eS e c o n dG e o l o g i c a lT e a mo f H e b e iC o a lG e o l o g yB u r e a u, X i n g t a iH e b e i0

5 4

0 0 0, C h i n a) A b s t r a c t :W e l lC G S D

0 1i sah y d r o t h e r m a lg e o t h e r m a l r e s o u r c es u r v e yw e l l o r g a n i z e da n di m p l e m e n t e db yC h i n a G e o l o g i c a lS u r v e y . T h ew e l lw a sc o m p l e t e da t t h ed e p t ho f

4 0

5 1 ?

6 8 m w i t hd i a m e t e ro f2

1 6 mm. D u r i n gt h ed r i l l i n g p r o c e s s , p r o b l e m ss u c ha s i n s u f f i c i e n t s a f e t yf a c t o r f o r l a r g e G d i a m e t e rc a s i n gr u n n i n g , f o r m a t i o nl e a k a g e , l o wc o r e r e c o v e r y i nc o m p l e xf o r m a t i o nw e r ee n c o u n t e r e d . T h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ew e l ls t r u c t u r ea sw e l la sd r i l l i n ga n d c o m p l e t i o nt e c h n o l o g yf o rt h e w e l l . T h ec o m p l e xp r o b l e m si nt h ed r i l l i n gp r o c e s s w e r es o l v e db yt a k i n gs o m e m e a s u r e ss u c ha sb u o y a n c y G a i d e dc a s i n gs e t t i n g ,m u l t i G p r o c e s s l e a kp l u g g i n g , i m p r o v e m e n to f t h ec o r i n gp r o c e s s i n c o m p l e xs t r a t a . T h ed r i l l i n gt e c h n o l o g ya n dc o m p l e t i o nr e c o mm e n d a t i o n sf o rt h ed e e pg e o t h e r m a ld r i l l i n gi nt h i s a r e aa r es u mm a r i z e d . K e yw o r d s : h y d r o t h e r m a lg e o t h e r m a lr e s o u r c es u r v e y ;

d r i l l i n g ;

b u o y a n c y G a i d e dc a s i n gs e t t i n g ;

d r i l l i n gi nl e a k a g e l a y e r ;

c o r ed r i l l i n g

0 引言 C G S D

0 1井是由中国地质调查局部署并组织 实施的一口水热型地热资源调查井, 旨在揭示天津 典型地区的深部热储的空间分布形态特征, 查明地 热资源潜力及可利用性, 解决深部地热热源机制等 基础地质问题, 评价深层地热 资源及其可利用性. 通过实施钻探工作, 获取了天津地区典型热储层的 岩心、 岩屑等实物资料, 结合地球物理测井, 对工作 区的深部热储分布有了新的认识.完井后进行抽水 试验, 获得了高温大流量稳定热流体, 为进一步推动 京津冀地区清洁能源深层次开发起到了引导和示范 作用. C G S D

0 1井设计完钻井深4

0 0 0m, 完钻目的 层为中元古界蓟县系雾迷山组二段.实际完钻深度

4 0

5 1 ?

6 8m, 终孔直径2

1 6mm, 自第四系以下每1

0 0 m 取心1回次, 共获取岩心1

4 0 ?

7 8m.该井是迄今 为止天津地区最深的地热井.通过优化钻井结构设 计, 合理选用钻井工艺, 解决了漏失地层钻进、 裂隙 发育地层取心等技术问题, 同时完成了新技术、 新装 备的应用示范.

1 工程概况 1.

1 地质条件 工作区所处大地构造位置为华北准地台( Ⅰ) - 华北断坳( Ⅱ) -沧县隆起( Ⅲ) -潘庄凸起( Ⅳ) 的中 部东侧.华北断坳时华北准地台的二级构造单元, 是新生代以来的裂陷区.沧县隆起位于冀中坳陷东 侧, 西以第三纪缺失线为界, 东以沧东断裂[ 1] 为界, 与黄骅坳陷为邻.潘庄凸起位于沧县隆起北段, 北 以宁河-宝坻断裂为界, 西以天津北断裂与武清凹 陷为邻, 东以沧东断裂为界.主要由中、 上元古界和 古生界组成, 缺失中生界和下第三系[

2 ] .本井主要 受沧东断裂影响.新生界地层较稳定, 古生界地层 漏失情况较多, 中、 新元古界地层裂隙较发育.地层 压力为正常地层压力, 约以1 ? 0MP a /

1 0 0m 递增. 1.

2 地层 本区属于新生代冲积平原, 地层从新到老为: 新 生界( 第四系和新近系) 、 古生界( 奥陶系和寒武系) 、 中新元古界( 青白口系和蓟县系) [

3 ] , 钻遇地层简表 如表1所示. 表1 钻遇地层简表 T a b l e1 B r i e fd r i l l e df o r m a t i o n 地层界系组段底板埋深/ m 地层厚度/ m 岩性特征新生界( C z ) 第四系( Q) 新近系( N) 明化镇组( N m) 馆陶组( N g)

3 5

5 3

5 5 粘土、 粉细砂互层 上段

7 9

0 4

3 5 砂岩为主, 与泥岩互层 下段

1 1

6 0

3 7

0 泥岩为主, 与砂岩互层

1 4

6 0

3 0

0 砂砾岩 古生界( P z ) 寒武系( ∈) 张夏组( ∈ z)

1 7

7 8

3 1

8 鲕粒灰岩 馒头组( ∈m)

1 9

3 0

1 5

2 上段泥页岩, 中下段白云岩、 灰岩为主 昌平组( ∈ c h)

1 9

7 6

4 6 白云质灰岩 中、 新元古界 ( P t ) 青白口系( Q b ) 蓟县系( J x ) 景儿峪组( Q b j) 龙山组( Q b l) 雾迷山组( J x w)

2 1

8 6

2 1

0 泥灰岩、 灰岩

2 2

5 9

7 3 砂岩、 泥页岩 四段

2 8

9 6

6 3

7 白云岩 三段

3 7

1 5

8 1

9 白云岩夹泥岩 二段

4 0

5 1 ?

6 8 ( 未穿)

3 3

6 ?

6 8 ( 未穿) 白云岩 第四系地层岩性主要为冲洪积相粘土, 与下伏 地层明化镇组整合接触. 新近系明化镇组上段岩性以砂岩为主, 主要为 灰色、 灰绿色砂岩夹杂色泥岩呈不等厚互层, 下段岩 性以泥岩为主, 与灰绿、 灰白色细砂岩互层, 与下伏 地层馆陶组整合接触.馆陶组岩性以粉砂岩、 砾砂 岩为主, 地层整体较坚硬, 性脆, 可钻性差, 钻进过程 中伴随有剧烈跳钻. 寒武系张夏组岩性以灰白、 灰、 浅绿灰、 灰褐色 灰岩、 鲕状灰岩为主, 与下伏馒头组为连续沉积.馒 头组以紫灰、 灰紫色泥、 页岩为主, 夹多层灰色条带 状泥灰岩、 鲕粒灰岩, 致密, 坚硬, 可钻性差.昌平组 上部为肉红色、 白色白云质灰岩, 地层有漏失;

下部 为灰褐色, 少量灰白色白云质灰岩, 含较多的泥质灰 岩.昌平组裂隙发育, 钻遇时出现泥浆漏失. 青白口系景儿峪组岩性为泥灰岩和含泥含白云 质的灰岩.地层上部硬度大, 可钻性差, 下部硬度较 小, 并见有较多的方解石裂隙充填物.龙山组为一 套砂、 泥岩和页岩的组合, 上部为灰绿色、 灰紫色页 岩;

中部为灰绿色海绿石石英砂岩;

下部为较纯的灰 绿色、 白色中粗砂岩, 夹砂砾岩, 致密, 坚硬, 可钻性 差. 蓟县系雾迷山组岩石组合为一套富镁碳酸盐岩, 岩性主要为白云岩、 燧石条带白云岩、 硅质白云岩、 夹2~5层棕红、 紫红色泥岩和页岩, 地层研磨性强. 1.

3 热储层特征 工作区内从上到下发育有5个热储层: 新近系 明化镇组, 新近系馆陶组, 奥陶系、 寒武系昌平组, 蓟 县系雾迷山组.其中新近系明化镇组和馆陶组热储 层为孔隙型热储, 奥陶系、 寒武系和蓟县系雾迷山组 热储层为岩溶裂隙型热储[ 4] .本井目的层为蓟县系 雾迷山组热储层.该热储层岩性以白云岩为主, 岩8探矿工程( 岩土钻掘工程)

2 0

1 9年4月 溶裂隙较发育, 富水性强, 是本区主要的 基岩热储 层.

2 井身结构 C G S D

0 1井设计完钻井深4

0 0 0m, 完钻层位 预测为蓟县系雾迷山组二段[ 5] .由于钻井中不可预 见的因素较多, 实钻中地质情况与预计有一定差别, 存在易漏、 易坍塌等复杂情况.因此, 确定井身结构 时应充分考虑地层和压力可能的变化, 选择的套管 程序应为各开次钻井安全留有余地, 以保证完成钻 探目的.C G S D

0 1井实际井身结构如图1所示. 图1 C G S D

0 1井井身结构 F i g .

1 C a s i n gp r o g r a mo fW e l lC G S D

0 1 本井上部地层不稳定, 易漏、 易坍塌.第四系粘 土、 砂质粘土和明化镇组上段胶结不完全的砂泥岩 厚度较大, 易垮塌.由于设计深度较大, 为保障钻井 安全, 为后续施工留有钻探口径, 一开井 段尽量要 长.一开?444?

5 mm 钻至馆陶组底部,下入?339? 7mm 表层套管作为泵室段, 同时封隔上部易 垮塌地层. 二开 ?

3 ........