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地热井设计

文章出处:未知 网责任编辑:admin 人气: 发表时间:2014-12-13 00:13 关键字:地热井设计

第一节  对井施工初步设计
一、井身结构设计
设计对井地面距离210m,目的层为新近系馆陶组。
设计开采井为二开直井,设计井深2330m,一开用φ444.5mm三牙轮钻头钻至400m,停钻应选在泥岩段,下入φ339.7mm表层套管,不留口袋;二开用φ241.3mm三牙轮钻头钻至2330m,下入φ177.8mm井管、φ177.8mm过滤器及φ177.8mm沉淀管。其中过滤器对应取水层位,过滤器长度应根据测井资料确定,井身结构设计方案见表3-1。
设计回灌井为二开定向井,采用射孔成井工艺,设计斜深2350m,一开用φ444.5mm三牙轮钻头钻至400m,停钻应选在泥岩段,下入φ339.7mm表层套管,不留口袋;二开用φ311.2mm三牙轮钻头钻至2350m,下入φ244.5mm井管至二开底,不留口袋,射孔位置视测井结果而定,井身结构设计方案见表3-2。对井井身结构示意图见图3-1。

表3-1  设计开采井井身结构设计方案
 
回次  井径及钻深 管材直径及下入深度    
  井径(mm) 深度(m) 直径(mm) 下入深度(m)   
 
一开 444.5 400 339.7 400   
 
二开 241.3 2330 177.8 视测井结果而定(含过滤器) 

表3-2  设计回灌井井身结构设计方案
 
回次  井径及钻深 管材直径及下入深度    
  井径(mm) 底板垂深(m) 底板斜深(m) 直径(mm) 下入深度(m)   
 
一  开 444.5 400 400 339.7 400   
 
二  开 311.2 2280 2350 244.5 2350 

设计回灌井定向基本数据:
1.方位角:225°;
2.最大井斜角:18°;
3.井底水平位移:500m;
4.井身剖面:
垂深0~600m——直井段;
斜深600~700m——造斜段;
斜深700~880m——增斜段;
斜深880~2350m——稳斜段。

 图3-1    设计对井井身结构示意图

二、钻井施工、成井工艺要求 
1.套管程序及套管质量要求
(1).设计开采井
套管程序
一开:下入φ339.7mm表层套管,不留口袋;
二开:下入φ177.8mm井管、φ177.8mm过滤器及φ177.8mm沉淀管,与表层套管重叠不少于30m,井底留大于10m口袋,沉淀管长度不少于20m,过滤器长度不少于60m。
套管质量要求
表层套管质量要求  直径:φ339.7mm;壁厚:9.65mm;钢级:J-55;符合API标准石油套管;
井管质量要求直径  直径:φ177.8mm;壁厚:8.05mm;钢级:J-55;符合API标准石油套管;
过滤器质量要求  采用φ177.8mm井管制作,管体打孔,孔径14mm,孔隙率12%,过滤器采用梯形碳丝镀锌防腐筛网,缠丝间距0.5—0.7mm之间。
(2) 设计回灌井
套管程序
一开:下入φ339.7mm表层套管,不留口袋;
二开:下入Φ244.5mm井管不留口袋,超过目的层30m,与表层套管重叠不少于30m。
套管质量要求
表层套管质量要求  直径:Φ339.7mm;壁厚:9.65mm;钢级:J-55;符合API标准石油套管;
技术套管质量要求  直径:Φ244.5mm;壁厚:8.94mm;钢级:J-55;符合API标准石油套管。
2.钻具组合
(1) 设计开采井钻具组合
一开:φ444.5mm SKG124钻头+φ203mm钻铤+φ127mm钻杆;
二开:φ241.3mm MP2(SKH517)钻头+φ203mm钻铤+φ159mm钻铤+φ127mm钻杆。
(2)设计回灌井钻具组合
一开:φ444.5mm SKG124钻头+φ203mm钻铤+φ159mm钻铤+φ127mm钻杆;
二开直井段:φ311.2mm MP2钻头+φ203mm钻铤+φ159mm钻铤+φ127mm钻杆;
二开造斜段(600~700m):φ311.2mm MP2钻头+φ197mm螺杆钻具+2.5°弯接头+φ203mm无磁钻铤+φ203mm钻铤+φ159mm钻铤+φ127mm钻杆;
二开增斜段(700~880m):φ311.2mm MP2钻头+φ310mm扶正器+φ203mm钻铤+φ203mm无磁钻铤+φ310mm扶正器+φ203mm钻铤+φ310mm扶正器+φ203mm钻铤+φ159mm钻铤+φ127mm钻杆;
二开稳斜段(880~2350m):φ311.2mm MP2钻头+φ310mm扶正器+φ203mm短钻铤+φ310mm扶正器+φ203mm无磁钻铤+φ310mm扶正器+φ203mm钻铤+φ159mm钻铤+φ127mm钻杆。
3.钻进参数
一开:钻压10~220KN, 转速60r/min, 排量2200~2500 L/min;
二开:钻压100~180KN, 转速60r/min, 排量2200 L/min,泵压5Mpa。
在施工中应根据技术要求随时调整钻进参数。
4.钻井液技术要求
(1) 设计对井钻遇地层多为泥岩、砂岩,要求钻井液具有良好的护壁性能,钻井液的护壁能力,包括两个内容:一是滤失数量,二是在井壁形成滤饼质量的好坏。钻井液的造壁性能不佳对钻井及地质均有不良的影响,滤失量过大易泡垮易塌地层,形成不规则井眼,造成一系列井下问题,如电测困难、起下钻阻卡甚至造成卡钻;在高渗透地层易造成较厚的滤饼而引起阻卡,甚至发生压差卡钻。因此,要求钻井液滤失量要低,要求泥饼薄而坚韧、以利于护壁,避免压差卡钻,保证井下安全,防止缩径及井壁坍塌;
(2) 严格控制固相含量,对钻井液中的无用惰性固相必须彻底清除。固相含量高,钻井液柱压力大,钻速降低,滤失量大时,滤饼必然厚,摩阻系数增大,因而易引起井下复杂情况;固相含量高,钻井液的流变性难以控制,且流阻大,功耗多,钻井效率低。因此,应根据需要配备良好的净化设备,彻底清除无用固相,严格控制澎润土的含量,以保证钻井液净化效果;
(3) 钻井液的粘度和切力对钻井与地质工作有较大的影响,粘度切力过大和过低都不利于钻井。在实际钻进过程中,尽可能采用较低的粘度及切力,进行调整时应注意对原浆性能影响不大时可加清水、稀浆降低粘度切力,若添加降粘剂,应根据实际情况合理选择、适量添加;钻井液应满足携砂要求,防止砂桥卡钻等井内事故;
    (4) 设计回灌井为定向井,二开裸眼井段较长,钻井液要具有良好的润滑性和携屑性,加入优质润滑剂,防止粘卡。
(5) 泥浆工应按要求测定和记录钻井液性能,并及时向现场技术人员汇报钻井液性能的异常变化。
钻井液参数(粘度测量均采用马氏漏斗)
① 一开:密度1.05~1.10g/cm3,粘度35~40s;
② 二开:密度1.10~1.15g/cm3,粘度40~45s,失水<8ml,pH值9~10;含砂量<0.5%。
5.定向井施工技术要求
(1)定向井眼轨迹控制  
井眼轨迹控制技术是定向井施工中的技术关键,它是一项使实钻井眼沿着预先设计的轨迹钻达目标靶区的综合技术。
井眼轨迹控制贯穿钻井的全过程,其内容包括:优化钻具组合、优选钻井参数、采用先进的工具仪器、应用计算机进行井眼轨迹的检测预测、利用地层影响轨迹的自然规律等等。
因此,井眼轨迹控制技术对于指导定向钻井施工、减少井下复杂情况安全优质钻达目标、实现钻井目的有着重要的意义。
井眼轨迹控制技术按照井眼形状和施工过程,可分为直井段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等控制技术。
(2)施工要求 
 
① 按照设计钻井参数钻进,均匀送钻,使井眼曲率变化平缓、轨迹圆滑;
② 及时测量,掌握井斜、方位的变化趋势,如增斜率达不到设计要求时,应及时采取措施;
③ 控制井斜方位角的变化;
④ 斜井段进行设备检修、保修时不要长时间将钻具停在一处循环或空转划眼,以免井眼出现台阶。
(3)定向钻井施工安全措施
定向井特别是高难度的定向井,井斜角大水平位移长,井眼的形状复杂,因此,在钻进过程中,必须制订出相应的安全措施,预防发生井下复杂情况和井下事故。
① 防止压差卡钻。在定向钻井中,斜靠在井壁上的钻具与井壁的接触面积大,作用在井壁上的正压力也增大,因而钻具与井壁间的摩擦力增大,采用润滑性能优良的钻井液是预防压差卡钻的一项重要措施。在起下钻、钻进、划眼、接单根等工况下,尽量减少钻具在裸眼内静止时间,若因设备因素停止钻进时,应将钻头提离井底,大幅度提、放活动钻具。
② 预防键槽卡钻。定向井在钻井和起下钻过程中,钻具长时间拉磨碰撞井壁,容易形成键槽。预防键槽卡钻是定向井一项重要安全措施。
每次起钻,都要详细记录遇阻点井深,阻力大小,以便综合分析井下情况,辨明引起井下遇卡的原因。
起钻遇阻,无论何种原因引起,都不能强提,应反复上下活动,转动方向,以求解卡。
③ 钻具组合变换时,应严格控制下放速度,遇阻不得硬压。用刚性小的钻具组合钻出的井眼,改换刚性强的钻具组合以前,应先用刚性适中的钻具组合通井划眼后,再下入刚性强的钻具组合。
④ 定向井应有较好的净化系统,至少配备三级净化系统。钻井液含砂量不大于0.5%。
⑤ 控制钻井液,提高携屑能力,保持井眼干净,以利于加快钻井液速度和防止砂卡。
6.下套管作业
(1) 下套管前必须进行通井和换浆,将井内钻井液粘度换至32s左右,并进行破壁作业,确保套管下至目的层;
(2) 下套管前要严格检查套管质量,不符合设计要求的套管严禁下入井内;
(3) 对所有套管要进行通径,并清洗丝扣,丈量每根套管长度并做好记录;
(4) 下套管前必须进行通井,确保套管准确下至目地层;
(5) 套管重叠处、管串中间及目的层处应加扶正器;
(6) 所有下井套管都要用双吊钳紧扣;
(7) 设计开采井过滤器长度不少于60m,过滤器下部沉淀管长度不少于20m;
(8) 设计开采井在每段过滤器的上部泥岩段加装橡胶止水器;
(9) 设计回灌井要求下入φ244.5mm套管超过目的层30m,避免长期使用时沉淀物堵塞热储层;
(10) 下管过程中做好灌浆工作。
7.固井作业技术要求
(1)设计开采井
① 表层套管固井
采用内管固井工艺,水泥浆要求返至地表,套管内水泥塞高度不少于10m, 固井水泥采用R32.5普通硅酸盐水泥,水泥浆密度不低于1.70g/cm3,候凝时间不少于36h。
② 井管固井
采用二级固井作业方法。第一级固井:在1450-1500m之间打旋流孔固井, 旋流孔应选在泥岩段,旋流孔下部加高强度橡皮伞,防止水泥浆下沉。水泥浆返高不少于400m,套管内水泥塞高度不少于10m;第二级固井:采用挤水泥作业方法。第一级固井候凝24h后进行第二级固井,干水泥用量不少于5T。固井均采用G级油井水泥,水泥浆密度不低于1.85g/cm3。候凝时间不少于36h。候凝结束后要进行试压,试压压力不少于3MPa,稳定时间不少于10min,如达不到上述标准,要重新进行挤水泥作业。
(2)设计回灌井
① 表层套管固井
采用内管固井工艺,水泥浆要求返至地面。固井水泥采用R32.5普通硅酸盐水泥,水泥浆密度不低于1.70g/cm3,套管内水泥塞高度不少于10m,候凝时间不少于36h。
② 井管固井
采用二级固井工艺。第一级固井:水泥浆返高要超过目的层以上200m,套管内水泥塞高度均不少于10m;第二级固井:采用挤水泥作业方法。在第一级固井候凝24h后进行第二级固井,干水泥用量不少于5T,井管顶部水泥塞高度不少于10m。固井均采用G级油井水泥,水泥浆密度不低于1.85g/cm3。候凝时间不少于36h,候凝结束后要进行试压,试压压力不少于3MPa,稳定时间不少于10分钟,如达不到上述标准,要重新进行挤水泥作业。
8.射孔作业
设计回灌井射孔选用φ89mm枪/φ89mm弹,具体射孔井段视测井结果。
9.完井作业
(1)为了彻底清除井内泥浆,破坏井壁泥皮,抽出渗入含水层的泥浆和细小颗粒,防止泥皮硬化,在完井后应立即用Φ89 mm钻具至生产层进行喷射洗井及换浆,换浆要求换至清水;
(2)用压风机进行气举洗井至水清砂净;
(3)下入深井泵进行正式抽水,测出该井的出水量、动水位、静水位及水温等数据,达到设计要求后,准备齐全各种资料进行交井验收;
(4)泵抽如果出砂,则考虑补下Φ177.8mm过滤器。
三、 地质资料采集及要求
1.地质录井
地质资料采集主要进行岩屑录井和钻时录井。
岩屑录井具体要求如下:
由1000m——终孔,每2m取一包岩屑,当地层变化频繁,要加密取样,每0.5~1m取一包岩屑,接近于目的层馆陶地层底板时,应连续捞取岩屑,切实卡准馆陶组底板深度。
钻时录井要求做好钻时记录,并绘制钻时曲线。
同时按规范要求,每100m测试一次泥浆迟到时间,确保岩屑准时反映地层情况,并确保岩屑洗净、晾干、摆放整齐、装袋及岩屑箱,严禁丢失漏写岩样标识。
2.测井项目要求
根据设计对井实际情况,测井项目要求如下:
孔隙型地层(二开):
①标准测井:
A:2.5 m底部梯度电极视电阻率;
B:4.0 m电位电阻率;
C:自然电位。
②综合测井:
A:补偿声波;
B:自然伽玛;
C:双感应八侧向;
③连续测温;
3.成井抽水试验及要求
本论证抽水试验依据津国土房热[2006]239号文件《天津地区地热单(对)井资源评价技术要求》进行编写,试验要求如下:
(1)抽水试验前必须对地下水位进行24h天然动态观测,观测频率为1次/h,观测精度为厘米;
(2)设计对井目的层为馆陶组,属于孔隙型热储,用非稳定流方法较为适宜;
(3)抽水进行三个降深试验,反向抽水,先进行最大降深抽水试验,其后为中、小降深,降深比例分别为大降深的1/3和2/3左右。各抽水稳定(即观测水位每小时波动小于5-8cm)延续时间分别为24h、8h、8h;
(4)抽水试验过程中,要求动水位、出水量和流体温度同步观测。抽水前准确观测水头埋深及静水水面温度;
(5)试验时,动水位、出水量和流体温度的观测时间(min)为开始时候第5、10、15、20、25、30、40、60、80、120min,之后每小时观测一次;
(6)水位观测单位为米,数据精确到厘米;
(7)流量和水温观测数据精确到十分位(小数点后一位);
(8)最大降深试验结束后,立即进行水位恢复观测。恢复水位观测按非稳定流方法进行,拐点出现后,再观测3-5个数据即可结束;
(9)抽水试验结束前,取全分析水样送检。
4.回灌试验设计方案
完井后对回灌井进行回灌试验,井权单位必须提供相应的试验条件,时间为一周,目的是通过回灌试验确定回灌井的回灌能力。
(1)回灌试验前准备工作
①原始水位、水温测定
首先对该对井进行48h静水位、水温观测,观测时间间距为1~2h。
②管路冲洗
每组试验开始前都必须进行管路冲洗,开采井抽水,通过输水管道,从回灌井旁路的出口排出,冲洗输水管和过滤装置,直到水清。
(2)试验观测数据
①回灌井水位观测
在每组回灌试验中对回灌井的水位进行观测,观测时间为开泵后第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、35、40、50、60、80、100、120min,之后每60min观测一次。
②回灌水温度观测
要求水位、水温同步观测,观测时间间距一致。
③回灌量观测
包括回灌总量和瞬时回灌量,与回灌井水位同步观测,观测时间间距一致。

第二节  施工风险分析及预案
钻井风险影响因素很多,主要有地质因素和工程因素,本论证主要从这两方面因素进行风险分析和预测。
一、地质风险
1.东疆港区原处浅海地带,尚未进行过地热地质勘查。本次论证中设计井区地热地质条件仅参考塘沽区地热井及石油井钻探资料进行分析,地热井钻遇地层预测根据区域地热地质条件变化规律外推确定,实际钻遇地层深度和厚度具有一定误差。
2.由于区域馆陶组下段底砾岩在海河以北具有北厚南薄的沉积特征,设计井区馆陶底砾岩厚度可能较小,为不影响最终出水量,可以选择馆陶组上段热储作为备用。若开采馆陶组上段热储层,将使出水温度有所降低。
二、工程风险
1.对于砂砾易垮塌层和泥岩缩径井段,应提前进行预处理,起下钻过程中,严格控制速度,避免压力激动和抽吸而造成井垮,同时督促钻台确保灌好钻井液。控制好失水,尽量减少自由水对地层的侵入,加快工程进度,减少易垮地层的浸泡时间。
2.二开井段较长,严格控制钻进参数,密切关注钻井液性能,使其具有良好的携屑性、防塌性。
3.回灌井为二开定向井,严格控制井眼轨迹,使钻井液具有较低的滤失量、很好的润滑性,选配良好的固控系统,使含砂量小于0.5%。
4.准确计算射孔位置,保证射孔质量。
三、施工技术要求
1.地热井施工时,应聘请专业监理人员进行监理。主要材质需报验,重大变更需审批,关键工序要旁站,使钻井工程全过程按设计要求和有关技术标准有序运行。
2.在钻井施工过程中要密切注意地层岩性的变化,卡准地层。若在施工过程中出现实际钻遇地层与设计不符,应经双方领导及有关技术人员共同协商,调整施工方案,及时上报天津市地热管理处,经批准后方可实施。
3.加强钻具和设备防腐,经常检查保养,消除隐患,防止事故。
4.地热井终孔后必须洗井彻底,保证水清砂净。