一种适用于中低温地热井的成井工艺

摘要

本发明公开了一种适用于中低温地热井的成井工艺，包括如下步骤：步骤100、根据地层特性和钻孔结构确定成井模式；步骤200、根据成井模式进行综合测井，确定含水层段和水温，并且划分止水区段；步骤300、根据测井结果对含水层段进行冲孔洗井，对止水区段进行探孔下管；步骤400、对止水区段进行止水，对含水层段进行压裂，并且对整个井段进行固井，在固井完成后进行抽水试验；还包括成井装置，灵活的根据地质条件选择成井工艺，能够基本囊括中低温地热井的成井工艺，再通过止水和水泥固井之后，提高地热井的抗腐蚀能力和使用年限，将止水区段和目的层分隔开，通过压裂扩大目的层的裂缝通道，增大取水水量，克服水温不足的缺陷。

说明书

技术领域

本发明涉及成井技术领域，具体为一种适用于中低温地热井的成井工艺。

背景技术

地热资源有着广泛的用途，它和矿物燃料的区别在于不用燃烧，因其可输送性比较低，输送高温地热水的极限距离约100km，天然蒸汽的输送距离大约只有10km，故一般是使地热能就地转换为电能或直接就地利用。目前我国利用地热主要用于发电、工业烘干、供暖、温室、养殖等，其应用范围取决于地热水的温度高低。温度高，可用于地热发电；温度低，则只能用于地热温室、养殖及农业灌溉。

地热井，指的是井深3500米左右的地热能或水温大于30℃的温泉水来进行发电的方法和装置，地热分高温、中温和低温三类。高于150℃，以蒸汽形式存在的，属高温地热；90℃～150℃，以水和蒸汽的混合物等形式存在的，属中温地热；高于25℃、低于90℃，以温水、温热水、热水等形式存在的，属低温地热。

而对于中低温的地热来说，是目前最为普遍的，

在地热资源富集区，开凿地热井时往往都是只取松散层孔隙水或只取基岩层的裂隙水、构造水和溶洞水为该井的目的生产层。然而对于地热资源贫瘠、基岩构造不发育地区，若按照常规的成井工艺，往往会出现：取松散层孔隙水为该井的目的生产层时水量可以达到设计要求，水温较低；只取基岩层的裂隙水为该井的目的生产层时水量较小，但是水温有所上升。

但是在上述的过程中，均会存在取水量小的缺陷，这是由于地下水的地层压力较低，渗透性差，而在钻井的过程中还会破坏原来的地层结构，使其渗透性能更进一步的降低，而本身对于中低温地热井来说，水温比较低的缺陷难以克服，当取水量变低之后，整体的取热能力就会大大降低，这将导致地热资源的实际利用率大大降低，因此必须采取一定的方法提高取水量。就现有工艺来说，提高取水量的方法有很多，但是实际上效果并不是很好，这是由于在现有的技术下，难以对地下地层进行准确的识别，并建立准确的地质模型，导致对目的层的获取不准确，而相应的工艺将会在错误的地点发生作用，对于实际上取热效果来说，没有实质性的帮助，甚至还会破坏原有的结构和取热效率。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种适用于中低温地热井的成井工艺，根据地质条件适应性的确定成井工艺，并且能够分段进行止水和压裂，提高取水量以便克服水温不足的缺陷，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种适用于中低温地热井的成井工艺，包括如下步骤：

步骤100、根据地层特性和钻孔结构确定成井模式；

步骤200、根据成井模式进行综合测井，确定含水层段和水温，并且划分止水区段；

步骤300、根据测井结果对含水层段进行冲孔洗井，对止水区段进行探孔下管；

步骤400、对止水区段进行止水，对含水层段进行压裂，并且对整个井段进行固井，在固井完成后进行抽水试验。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤100中，所述地层特性包括目的层的深度、渗透性、孔隙度压力、水温、酸碱性和腐蚀性，所述钻孔结构包括井径、井壁结构和泥饼结构，所述成井模式包括综合测井、冲孔洗井、探孔下管、止水固井和抽水试验。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤200中，综合测井的具体步骤为：

步骤201、在方钻杆上按需均匀设置有测井探头，并且将测井数据实时传输至地面；

步骤202、对获得的测井数据进行反演，获得地质模型，并且获得含水层和止水区段，并且根据测井数据，标注水温，确定取水层；

步骤203、通过对建立的地质模型进行正演，将模型的正演数据和测井数据进行比较，并且逐次进行校正，修正地质模型，然后重复上述步骤，确定最终地质模型和相关参数。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤300中，冲孔和洗井具体为两个相同的操作，其中冲孔的冲洗压强大于洗井的冲洗压强，所述冲孔和所述洗井两个步骤可以先后进行，也可以单独进行。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤400中，具体的操作步骤为：

步骤401、由下至上依次布设输浆管，并且逐次使用输浆管末端的止水环；

步骤402、当止水环膨胀将输浆管末端封闭时，通过输浆管输送固井水泥，将井管通过固井水泥与井壁固结；

步骤403、再逐次使用输浆管顶部的止水环，直至止水膨胀将输浆管顶端封闭；

步骤404、在对止水区段完成固井和止水后，通过高压输导管输送压裂液，并且在外管上设置封隔器进行逐段压裂。

作为本发明一种优选的技术方案，还包括成井装置，所述成井装置由测井探头、冲孔洗井装置、探孔下管装置和固井装置组成，所述测井探头、冲孔洗井装置、探孔下管装置和固井装置均通过方钻杆安装，所述测井探头沿着方钻杆的轴向分布，所述冲孔洗井装置由内管、外管和高压输导管组成，所述内管套设在方钻杆外侧，且高压输导管设在内管和外管之间，所述外管上沿着螺旋的方向上设有若干个穿孔；

所述探孔下管装置包括设在方钻杆末端用于通孔的吊具，所述吊具末端设有井管，所述井管和井壁之间安装有固定在井管上的扶正器，所述扶正器外侧设有用于支撑井管的固定跷板，且在井管底部也安装有固定跷板，位于井管两端的固定跷板支撑张角方向相反；

所述固井装置包括若干节输浆管，且在每节输浆管的端部外侧均设有止水环，所述止水环内充填有遇水膨胀橡胶颗粒，所述止水环的位置均分别对应着止水区段的顶部和底部，每个输浆管上均设有注浆套管。

作为本发明一种优选的技术方案，所述井管的顶部和底部均设有圆孔式过滤器，所述圆孔式过滤器的凹进方向均朝向井管内侧。

作为本发明一种优选的技术方案，所述方钻杆通过井架固定安装在地面上，并且在方钻杆和井架之间设有操作平台，所述操作平台上设置有若干个相互独立的钻井载位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明灵活的根据地质条件选择成井工艺，能够基本囊括中低温地热井的成井工艺，再通过止水和水泥固井之后，提高地热井的抗腐蚀能力和使用年限，将止水区段和目的层分隔开，通过压裂扩大目的层的裂缝通道，增大取水水量，克服水温不足的缺陷。

附图说明

图1为本发明的冲孔洗井装置结构示意图；

图2为本发明探孔下管装置结构示意图；

图3为本发明固井装置结构示意图；

图4为本发明工艺流程示意图；

图中标号：1-成井装置；2-测井探头；3-冲孔洗井装置；4-探孔下管装置；5-固井装置；6-方钻杆；7-井架；8-操作平台；

301-内管；302-外管；303-高压输导管；304-穿孔；

401-吊具；402-井管；403-扶正器；404-固定跷板；405-圆孔式过滤器；

501-输浆管；502-止水环；503-注浆套管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，本发明提供了一种适用于中低温地热井的成井装置，所述成井装置1由测井探头2、冲孔洗井装置3、探孔下管装置4和固井装置5组成，所述测井探头2、冲孔洗井装置3、探孔下管装置4和固井装置5均通过方钻杆6安装。

在本实施方式中，方钻杆6既是钻头的传动工具也是附着工具，同时也是其它成井装置的附着工具，需要说明的是，方钻杆6上的成井装置均是按照成井工艺的需求进行逐段设置的，而在这个过程中，各个结构之间是互不影响。

所述方钻杆6通过井架7固定安装在地面上，并且在方钻杆6和井架7之间设有操作平台8，所述操作平台8上设置有若干个相互独立的钻井载位。

本实施方式中，采用的旋转钻进行钻进的方式来钻进的，其中的动力采用转盘钻，通过钻头旋转产生的切削或研磨作用破碎岩石，因此，必要时设置井架7和操作平台8，井架7的作用在于提供支撑平台，另外一方面操作平台8的体操其它装置的载位。

所述测井探头2沿着方钻杆6的轴向分布，按照需求依次将测井探头2设置在方钻杆6上，通过深入井内获取测井信息，所述冲孔洗井装置3由内管301、外管302和高压输导管303组成，所述内管301套设在方钻杆6外侧，且高压输导管303设在内管301和外管302之间，所述外管302上沿着螺旋的方向上设有若干个穿孔304。

需要补充说明的是，冲孔洗井装置3实际上包括两个步骤，第一是洗井、第二则为冲孔，但是在实际上，洗井和冲孔的功能和效果其实是一样的，也就是说，两者在实际操作中的步骤是相同的，唯一的区别在于洗井的压强较低，而冲孔的压强较高。

作为本实施方式的优选，本发明中进行洗井和冲孔的介质均采用液体，通过高压输导管303将洗井液输送出去，在含水层附近的分层内进行多次的反循环洗井技术，形成局部循环，能够最大限度的打开含水层的水力通道，减小钻进液或者洗井液对含水层的影响，能够在较短的时间内打开低渗透层；而在上述中，冲孔的作用在于消除钻进液和泥饼对含水层水力通道的损害，如堵塞，在本实施方式中，在泵送高压冲洗液的情况下，反复扫孔，使得含水层的泥皮被破坏。

还需要进一步强调的是，本实施方式中，尽可能选择产生高流速、大压降形成的水功率大，能够打开泥浆层，破坏微弱裂缝水层，效果更好。为了进一步的提高冲孔效果，在冲孔和洗井作业结束以后，还可以根据取水段地层的特点压入一定量的酸液，使得地层酸化，以溶解井眼附近砂粒或者砂粒间的胶结物，并且可以溶解孔隙中的泥质堵塞或者其它结构物，提高目的层的渗流能力。并且以上内容将为后续的目的层压裂提供地质条件基础。

所述探孔下管装置4包括设在方钻杆6末端用于通孔的吊具401，吊具401的作用在于通孔，所述吊具401末端设有井管402，并且吊设井管402，将井管402送至合适的位置，所述井管402和井壁之间安装有固定在井管402上的扶正器403，所述扶正器403外侧设有用于支撑井管402的固定跷板404，且在井管402底部也安装有固定跷板404，位于井管402两端的固定跷板404支撑张角方向相反，通过两个支撑张角方向相反的固定跷板404将井管402牢牢的固定住，能够实现在井壁上的任意位置的固定。

所述井管402的顶部和底部均设有圆孔式过滤器405，所述圆孔式过滤器405的凹进方向均朝向井管402内侧，逐层将泥沙过滤掉，防止堵塞井管402。

所述固井装置5包括若干节输浆管501，且在每节输浆管501的端部外侧均设有止水环502，所述止水环502内充填有遇水膨胀橡胶颗粒，所述止水环502的位置均分别对应着止水区段的顶部和底部，每个输浆管501上均设有注浆套管503。

另外，如图4所示，本发明还提供了一种适用于中低温地热井的成井工艺，包括如下步骤：

步骤100、根据地层特性和钻孔结构确定成井模式。

在上述中，所述地层特性包括目的层的深度、渗透性、孔隙度压力、水温、酸碱性和腐蚀性，所述钻孔结构包括井径、井壁结构和泥饼结构，所述成井模式包括综合测井、冲孔洗井、探孔下管、止水固井和抽水试验。

在没有进行正式钻进地热井之前，首先会通过地质普查或者其他的勘探井获得基本的地质资料，而这类基础资料的综合分析，可以获得上述的地层特性，而对于钻孔结构来说，也是可以通过勘探井等获得的地质资料获得。

并且成井模式主要包括综合测井、冲孔洗井、探孔下管、止水固井和抽水试验，这对于上述步骤来说，这些都是可以根据基本的地质情况和钻孔结构来进行选择的，以达到最好的优化效果。

步骤200、根据成井模式进行综合测井，确定含水层段和水温，并且划分止水区段。

在本实施方式中，综合测井的具体方法与常规测井方法是一样的，这对于本技术领域的技术人员来说，是目前已经发展成熟的公知技术，在本发明中，需要强调的是，将会根据前述评估的内容选择需要测井的技术指标。

在步骤200中，综合测井的具体步骤为：

步骤201、在方钻杆上按需均匀设置有测井探头，并且将测井数据实时传输至地面；

步骤202、对获得的测井数据进行反演，获得地质模型，并且获得含水层和止水区段，并且根据测井数据，标注水温，确定取水层；

步骤203、通过对建立的地质模型进行正演，将模型的正演数据和测井数据进行比较，并且逐次进行校正，修正地质模型，然后重复上述步骤，确定最终地质模型和相关参数。

根据上述具体的测井步骤和测井数据的处理，在本申请中，需要强调的是，由于对于地热井来说，具体的位置和井下数据都是最为重要的，因此，需要根据测井数据和钻井数据获取的信息建立最为完整的和精细的地质模型，基于上述考虑，在本申请中，对于第一次建立的地质模型将会进行多次的正演和反演，以便进行多次的校正，获取补偿数据来修正地质模型。

步骤300、根据测井结果对含水层段进行冲孔洗井，对止水区段进行探孔下管。

在步骤300中，冲孔和洗井具体为两个相同的操作，其中冲孔的冲洗压强大于洗井的冲洗压强，所述冲孔和所述洗井两个步骤可以先后进行，也可以单独进行。

基于前述冲孔和洗井装置的阐述，冲孔和洗井流程已经是很清楚的了，而具体的针对上述步骤，将不再进行赘述。

步骤400、对止水区段进行止水，对含水层段进行压裂，并且对整个井段进行固井，在固井完成后进行抽水试验。

对于非目的层来说，是有必要进行止水的，这是由于在这一过程，通过止水减少非正常取水的干扰，提高取水的流量和温度，以便提高地热的利用率，而且更好的为中低温地热的应用提供取热基础，而针对性的进行固井，则是保护井壁结构和地层的完整性，以便进行长期的取水。

在步骤400中，具体的操作步骤为：

步骤401、由下至上依次布设输浆管，并且逐次使用输浆管末端的止水环；

步骤402、当止水环膨胀将输浆管末端封闭时，通过输浆管输送固井水泥，将井管通过固井水泥与井壁固结；

步骤403、再逐次使用输浆管顶部的止水环，直至止水膨胀将输浆管顶端封闭；

步骤404、在对止水区段完成固井和止水后，通过高压输导管输送压裂液，并且在外管上设置封隔器进行逐段压裂。

首先通过止水，将需要止水的区段确定出来，然后通过输浆管输送固井水泥，将井管固定起来，而这一过程，是为了结合止水环更好的达到止水和固井的目的，在完成了上述步骤之后，再通过高压压裂，改善目的层的渗流情况，提高实际的渗流效果，获得大流量的地热热水，克服中低温地热水温低的缺陷。

综上所述，本发明的主要特点在于：本发明灵活的根据地质条件选择成井工艺，能够基本囊括中低温地热井的成井工艺，再通过止水和水泥固井之后，提高地热井的抗腐蚀能力和使用年限，将止水区段和目的层分隔开，通过压裂扩大目的层的裂缝通道，增大取水水量，克服水温不足的缺陷。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。