地热井施工技术规范的方案设计Word格式文档下载.docx
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本工程施工目的主要是获取地下热水资源，同时也相应地为研究×
地质条件提供详实的资料，有关技术要求原则上执行GB11615-89《地热资源地质勘查规范》，所获取资料主要侧重于与地热相关的内容。
第二节施工地质条件
地热井所处区域大地构造单元为中朝准地台（Ⅰ级构造单元）上的华北断陷（Ⅱ级构造单元）顺义迭凹陷（Ⅳ级构造单元）内，其西北部与燕山台褶带（Ⅱ级构造单元）上的昌（平）怀（柔）中穹断（Ⅳ级构造单元）相接；
东部与平谷中穹断（Ⅳ级构造单元）相接；
南部与北京迭断陷（Ⅳ级构造单元）相接。
地热井所处区域在阴山纬向构造体系南端燕山台褶带和祁吕贺山字型东翼反射弧构造体系及新华夏构造体系的复合部位，五大构造体系的复合、联合作用构成了本区复杂的构造格局和控制了地层的沉积分布特征。
一、地层
区内地层自上而下有第四系，侏罗系中统髫髻山组，蓟县系雾迷山组。
1．第四系（Q）：
主要为粘土，亚粘土夹砂、砾、石层，厚度约1090米，与下伏地层不整合接触；
2．侏罗系中统髫髻山组（J2t）：
主要为致密，坚硬的安山集块岩，为热储盖层，厚约450米，与下伏地层不整合接触；
3．蓟县系雾迷山组（Zjw）：
主要为含硅质条带白云质灰岩，岩溶洞裂隙发育，为热水目的层，厚约260米，未揭穿。
二、地热“储、盖、源、通”条件
本孔所在区域经受多次构造运动，特别是第三纪以来对华北平原的拉张运动，使本区区域地壳较薄，地温场热流值较高，具备了深部热源条件。
又处于三大构造体系复合部位，断裂构造十分发育，特别是黄庄—高丽营断裂为高角度张扭性深大断裂，已断深入上地幔软流圈高导层中，破碎带宽度大。
使深部热源能沿断裂带源源不断地上涌，在浅部遇地下水被加热，冷、热水形成对流循环，具备了热通道条件。
在水热深循环带两侧，分布有巨厚的震旦亚界蓟县系雾迷山组白云质灰岩，该组灰岩经受过多次构造运动和岩溶化作用，古岩溶发育，新构造运动作用使古岩溶活化，加强并互相连通，在断裂带两侧形成良好的热水储存空间。
本套碳酸盐岩地层区域内分布广泛，在山区裸露区接受大气降水补给，并通过地下岩溶通道流向平原深部岩溶区，在深大断裂带及附近进行冷、热水对流循环加热，形成热水储层。
本孔热储层上覆巨厚的第四系砂土层（厚1090m）和侏罗系中统（厚约450m）火山碎屑岩，均为低热导率的岩层，形成良好的热储盖层。
第三章水文地质设计
一、岩屑录井
钻进中作好岩屑录井，该井为生产井，每钻进5米，捞取岩屑样一个；
进入目的层，则加密，每钻进2米捞取岩屑样1个。
每个样不小于0.5kg，分别编号，详细描述，作好记录，装袋保存，以划分地层、指导钻进。
二、测井设计
测井项目见下表：
序号
井段（m）
测井项目
1
50~1100
井径
井斜
电阻率
自然电位
自然伽玛
人工γ
井温
2
1100~1800
三、简易水文地质观测
钻进施工过程中，要求按规范进行简易水文地质观测，参照GB11615-89《地热资源地质勘查规范》有关简易水文地质观测要求进行。
1．目的层井段，必须经常对泥浆槽液面及泥浆池中的泥浆量的变化进行观察，注意是否有漏失，漏失量及速度、漏失前后泥浆性能的变化；
2．详细记录钻进中的涌水、井喷、漏水、涌砂、逸气、掉块、缩径、坍塌等现象的起止时间、井深、层位及采取的处理措施等。
对涌水或井喷还应详细观察记录涌、喷量及高度，连续或间断的涌喷规律、涌喷前后的泥浆性能变化等；
3．系统测定井口泥浆的温度变化，在钻入热储目的层段时应加密观测并做好记录；
4．钻进过程中对蹩、跳钻，放空等情况应认真记录起止时间、井深、层位、蹩跳程度、钻时情况，做好地质方面的分析判断。
四、洗井与抽水试验
1．洗井
采用清水冲孔、酸化、二氧化碳和泵抽联合洗井法。
步骤如下：
（1）清水冲孔，用清水替浆并冲刷井壁；
（2）若在目的层中钻进使用泥浆，注入0.6~0.8%浓度的六偏磷酸钠浸泡8小时，然后清水冲孔破坏泥皮；
（3）酸化洗井，必要时进行二氧化碳洗井，即用28%的盐酸注入目的层段酸化24小时后，自水位下每400m注入20瓶CO2，直到水清砂净；
（4）泵抽洗井，用潜水泵连续抽水，达到水清砂净（含砂量<
1/20万）。
2．抽水试验
按单井稳定流抽水试验进行。
抽水试验设计三个落程，稳定延续时间8~12小时，用以确定流量与水位降低的关系，概略的取得含水层渗透系数、给水度或弹性释水系数，压力传导系数。
直接从孔口测量水位时，应同时测量孔内水温，以换算为相同密度的水位。
五、相关支持性文件：
1．GB11615-89《地热资源地质勘查规范》；
2．SY/T5412-1996《下套管作业规程》；
3．DZ/T0148-94《水文地质钻探规程》；
第二部分工程技术设计
第一章设备选择及器材配备
由于该井不要求取芯，从钻进效率与设备能力两方面考虑选择TSJ-2000型水源钻机施工，设备选择及器材配备见下表：
设备选择表
类型
规格
数量
钻机
TSJ-2000型
台
钻塔
JJ50/27A型
部
泥浆泵
TBW-1200/7B
柴油机
6135-190HP,12V135-240HP
发电机组
75Kw
电焊机
交流300型
器材配备表
数量
吊环
DH-20
副
吊卡
Φ127
Φ89
安全卡瓦
吊钳
5b、5a钳头
水箱
2m3
个
拉力表
10吨
公锥
3′/12″5″
各1个（正反扣）
母锥
管钳
套
链钳
把
4
自由钳
Φ127、Φ89、Φ73
3
测绳
米
350
万用表
块
三角堰箱
铁锤
3磅、18磅
泥浆性能测试仪
泥浆测试箱
箱
第二章钻井施工工艺
第一节设备与井架的安装
一、场地平整与地基修筑
由于该孔较深，为顺利下管，孔斜要求不超过1°
/100米，因此，必须平整夯实地基，根据当地的地形及地层情况选用浅槽地基，具体方法是在基台木槽底部垫入碎石、土等，夯实后再放入基台木。
二、钻机安装
钻机与基台连接必须平稳、坚固、可靠。
转盘平面水平偏差应小于2‰；
设备的传动系统应做到安装误差其平行度<
2.0mm。
三、钻塔安装
由于采用的是A形塔在起塔前在地面连接好，做到所有的连接部件必须锁死防止脱落。
连接完毕后利用起塔装置进行起架，其具体操作过程可参照《钻塔拆装作业指导书》。
钻塔安装完毕后，应做到：
天车、大钩、钻孔三者中心在一条铅垂线上。
第二节开孔前的准备
一、开钻前先进行“三通一平”工作，即通水、通电、通路到现场，平整场地，做到充分合理利用周围空间。
二、按标准设置钻井液循环系统：
泥浆池不小于30m3，沉淀池不小于2个（2×
2×
1.5m3）。
三、整理现场。
要求钻具按规格排放整齐，不合格的单独放置。
把工具器材进行分类放置，做好标识。
四、一切就绪后要进行严格检查验收，内容包括：
钻机、钻塔、基台、泥浆泵、柴油机、提升系统、传动系统、刹车系统是否良好，各种仪表是否灵活、可靠，各种施工材料配备是否齐全。
安全防护设施是否齐备、牢固、可靠。
五、制定设备“三定”（定人、定机、定操作规程）清单，做到主要设备专人专管。
然后召开钻前工作会议进行安排布置及技术交底。
第三节钻孔结构
按合同要求下泵段直径φ340mm，深度300mm，及出水量要求100m3/h，设计终孔直径φ152mm，根据施工地层条件及钻探设备能力设计钻孔结构见下表：
井身结构设计
开钻
次序
井段
（m）
钻头尺寸（mm）
套管尺寸（mm）
环空水泥浆返高（m）
备注
一开
0~50
φ550
φ426
50
水泥标号不低于525#，二开、三开套管对接同时下入井内
二开
50~300
φ394
φ340
300
三开
300~1100
φ346
φ245
800
四开
1100~1550
φ215
φ178
460
五开
1550~1800
φ152
裸眼
第四节钻进方法与规程
为预防孔斜，提高钻进效率，采用满眼钻具结构与塔式钻具结构相结合的匹配方式，钻具稳定性好、刚度大，提供钻压大，能保证孔身垂直、下管顺利。
1．一开钻进（0~50m）
φ550钻头+φ197钻铤（18米）+方钻杆
2．二开钻进（50~300m）
φ394钻头+φ392扶正器+φ197钻铤（9米）+φ392扶正器+φ178钻铤（18米）+φ392扶正器+φ178钻铤（9米）+φ127钻杆（18米）+φ89钻杆+方钻杆
3．三开钻进（300~1100m）
φ346钻头+φ197钻铤（9米）+φ340扶正器+φ178钻铤（18米）+φ340扶正器+φ127钻杆（18米）+φ89钻杆+方钻杆
4．四开钻进（1100~1550m）
φ215钻头+φ127钻铤（18米）+φ89钻杆+φ73钻杆+方钻杆5．五开钻进（1550~1800m）
φ152钻头+φ89钻杆+φ73钻杆+方钻杆
第五节钻进参数的选择
一、钻压选择
钻压应达到所钻岩石的破碎强度值，在中硬以上较硬岩层中钻进宜采用10-12吨，在中硬以下较软地层钻进中可采用8-11吨，否则将影响钻头使用寿命、钻进效率，且亦发生牙轮滞转，局部磨损。
二、转速选择
转速应依据实际施工情况为宜，遇卵砾石层或严重破碎地层可相应降低，当地层完整、硬度较低时，可采用快速。
具体情况见钻进参数表。
三、泵量选择
为了满足冲洗液上返速度，在设备能力达到的条件下，应选用大值，避免岩屑在孔底发生重复破碎。
在钻井过程中应根据钻进地层的类型，钻头规格及设备条件等因素来合理选择钻进参数，以达到最高的钻井效率。
具体参数见下表：
钻井参数表
钻头
钻压（吨）
转速（r/min）
泵量（L/min）
备注
Φ550
6-8
50~60
1200
Φ394
8-11
60~80
Φ346
10-12
80~110
Φ215
110~120
Φ152
110-120
第六节坍塌掉块、缩径等复杂地层的施工工艺
一、防坍塌，防缩径
在第四系地层由于大部分为粘土，亚粘土夹砂、砾石层，易发生坍塌、掉块、流砂，可以将泥浆转化为钙处理泥浆。
该泥浆具有抑滞孔内坍塌、缩径、掉块等性能。
配制方法为：
首先在基浆中加入Na2Co3（加量为2%~3%），采用石灰作为絮凝剂，其加入量为泥浆体积的0.3%~0.5%；
栲胶碱液加入量为1%~2%；
Na-CMC加前先配成3%~5%溶液，再加入泥浆中，加入为0.1%~0.3%；
再用1/10~1/20浓度的NaOH来提高PH值，使PH值保持在11左右。
其性能为：
比重1.2~1.3；
漏斗粘度20~30S，失水量5~12ml/min；
泥皮厚0.7~0.8mm。
二、防卡
全井应把防止卡钻做为施工的技术重点
1．对易卡地层必须同时抓住两个环节：
（1）大力加强泥浆地面净化工作，保持孔底干净，并使泥浆起到良好的护壁效果。
（2）保持泥浆的五低性能，即：
低固相、低粘度、低切力、低失水、低含砂。
性能指标要求为：
比重：
1.02~1.10为宜
粘度：
20S左右
失水量：
12ml以下
含砂：
<
2%
泥饼：
1.0mm
2．应尽量减少钻具在井内的静止时间，如果因设备修理等原因长时间停钻时，应将钻具提至套管内。
3．坚持每钻一个单根划眼3次，即每钻半个单根划眼1次，钻完1个单根划眼2次。
第七节泥浆的应用及护壁堵漏
一、冲洗液的选择与配制
为了提高钻进速度，防止孔内事故，在目的层之上（0~1550m）使用以C-PAN-KHm处理剂为主的低固相泥浆。
该泥浆具有粘度低、流动性好、沉砂能力强、防塌护壁效果好等优点。
其配制方法为：
处理剂膨润土Na2CO3C-PANKHmCMC
加量6%4%1‰2~3‰1~2‰
泥浆性能为：
漏斗粘度22~30秒
API失水量≤8ml/min
比重1.06~1.10
泥皮厚0.7~0.8mm
PH值8~9
含砂量≤4%
在目的层中钻进，大漏以后，采用清水钻进。
二、冲洗液的维护与管理
1、泥浆循环系统长度不小于15米，循环槽坡度1/100，为加速颗粒的沉淀，可在循环槽设挡板。
沉淀池不小于2个，规格为2×
1.5m3；
2、泥浆处理时，药剂应均匀加入，防止加药过猛引起泥浆性能大幅度变化。
泥浆加水，一定要在泥浆槽出口处均匀加入；
3、施工期间每个小班应由付班长负责检测冲洗液性能至少1次，发现变化较大应及时调整。
三、护壁堵漏
第四系地层中松散岩类裂隙发育，易发生大漏，易引起孔内事故，必须进行护壁堵漏。
采取的堵漏措施有以下三种：
1．粘土球堵漏
先把粘土用水浸泡，再加入适量锯末，搅拌均匀搓成球形，用岩芯管送到漏水层位，然后用粗径钻具将其捣实，挤压进裂隙中起止漏作用，最后再用20″左右的液体泥浆扫孔钻进。
2．快干水泥堵漏
在425#普通硅酸盐水泥中加入速凝剂CaCl2。
配方为：
CaCl2：
水泥：
水=2kg：
100kg：
40kg
CaCl2的加入量不得少于1%或大于3%，而2%是最优加量。
3．配制防塌堵漏浆液
每立方米堵漏浆液材料配比见下表：
类别
堵漏浆液配为（Rg/m3）
性能
粘土
PAN
PAM
石棉
纤维
云母片
801堵漏剂
水泥
NaOH
比重
PH值
中等漏
26~28
1.5
0.5
5~7
4~6
8~10
0.3
1.10
9~10
全漏
28~30
2~2.5
10~12
7~10
12~15
1.12
第八节施工中孔内安全防范及处理措施
一、钻进中的安全防范措施
1．钻井中遇有钻进回转困难、动力机响声异常、泥浆泵泵压升高、孔口循环冲洗中断、钻具上提或下放遇阻、提钻后钻具有泥包现象等情况时应及时处理，不得凑合作业。
2．提下钻遇阻要进行反复扫孔，不准强拉、硬墩。
钻进、扩孔、扫孔阻力过大时，不准强行开车。
当发现卡钻、埋钻、烧钻等事故征兆时，应立即窜动或转动钻具，严禁关泵断水。
3．用三牙轮钻头钻进或扩孔，必须配备保径接头，要根据地层情况尽量满足钻头的钻进参数，合理控制回次钻进时间，防止钻头直径严重磨损或掉牙轮事故。
提钻后必须测量钻头直径，磨损大于3mm，则下入新钻头，下时要注意下钻遇阻时扫孔。
4．中途停钻，必须将钻具上提和提钻后向孔内灌注冲洗液以保持孔底清洁。
5．要随时盖好孔口，谨防小工具或其他物件掉入孔内。
二、孔内事故处理的基本要求
1．孔内事故发生后，要分析发生原因、探明遇顶深度，根据提出钻具的损坏状况，正确判断孔内情况，采取相应处理措施。
2．孔壁不稳定，要先护孔，调整好泥浆性能后处理孔内事故。
3．当强力起拔孔内事故钻具或井管时，要对井架、钻机提引系统进行检查、固紧，并要安装灵敏、准确的拉力表（指重表），严防超过设备、工具等的起重负荷能力。
操作人员要采取安全防护措施。
4．用千斤顶强力起拔钻具或套管时，要将工具绑牢，倒杆要用下卡瓦卡住钻杆，禁止用升降机提吊事故钻具倒杆松卡瓦。
严禁用钳子返孔内钻具。
5．钻进中发生钻具折断或脱落事故，用公锥或其它工具对好后要轻拉活动钻具，当确认捞出时应立即提出钻具，严禁继续钻进或卡取岩心。
三、孔内事故处理
1．埋钻事故处理
发生埋钻事故，要开泵循环泥浆，并转动钻具，将坍塌物挤碎，冲出孔外，采取上扫方法慢慢上提，不得强拉。
2．粘吸卡钻处理
通常采用油泡解卡，即在被卡钻具孔段内注入一定量的原油或柴油，浸泡3~5h后或更长时间，上提活动钻具，使其解卡。
处理无效时，可采取爆炸松扣，套铣打捞方法处理。
3．井管事故处理
（1）若发生井管脱扣、跑管事故，可采取内卡互打捞矛打捞，如打捞不动，可用水压割刀将套管割断，分段割断，采取套扫、卡取打捞。
（2）如井管在已接近下完时发生折断、脱扣、跑管事故，可将断口以上井管起出，试探下部井管，如断口以下井管完好，又下到预计深度，可采取对接方法处理。
第三章钻探施工中的技术措施
第一节保证施工质量的措施
施工钻进中的防斜措施：
1．开孔及换径时应采用小规程参数，轻压慢转，逐步加长粗径钻具。
2．严禁采用过度磨损的钻头，严禁使用弯曲磨偏严重的钻具。
3．钻具级配应合理。
粗径钻具与钻杆直径应力求接近，不得相差悬殊。
4．尽量采用钻铤加压，严禁使用钻杆加压，钻铤重量应大于孔底所需的钻压，使中性点落在钻铤上，而使上部钻杆处于拉伸状态。
5．软硬交错的地层中钻进，要掌握好交界面钻进操作。
当由软变硬时，要减压1/3~1/2，快速扫孔到孔底，在硬地层中钻进超过钻头长度后，恢复正常钻进。
当由硬变软时，应顺其自然地钻下去。
6．严格按设计要求用好扶正器，当扶正器外径磨损大于3mm时，
应及时进行修补。
第二节提高钻探效率的措施
一、提前准备好下步施工所需材料，合理组织安排现场工作，做到互不冲突，有条不紊，提高时间利用率。
二、尽量采用大功率泥浆泵，利用喷射力碎岩。
三、节约换钻具时间，延长纯钻进时间。
四、及时采取措施，消灭事故苗头。
严格按设计要求匹配钻具，选择钻头类型及钻进参数，以提高钻进效率。
第四章下管工艺
一、下套管
为保证成井质量，要求0.00-1550.00m均下入厚壁无缝套管。
套管柱设计见下表：
套管柱设计
套管程序
尺寸（mm）
长度（m）
壁厚（mm）
钢级
表层套管
Φ426
50.5
10
45#钢
技
术
管
Φ340
300.5
9
J-55
Φ245
800.0
N-80
Φ178
460.0
二、下套管施工工艺
1．入井的套管应严格检查外表，丈量长度、通径、钢级，测壁厚并作好记录，特别是入井记录。
连接方式：
焊接或丝扣；
2．各次下套管前，对该下井段要用长度不少于12米的套管试下顺利后，方可抓紧时间将套管下入孔内；
3．下套管前，应对地面设备，包括井架、基墩、底座、拉筋、猫头轮、提升系统、钢绳、指重表、钻机传动部分、刹车系统、泥浆泵、电机等进行严格检查。
对下套管用的钢丝绳、横杠、吊卡、卡瓦等要检查是否完好、耐用；
4．在0~1100m井段，由于一次性下入的套管重量很大，为安全期间，故决定采用浮板法，利用泥浆对井管的浮力，减少整个管柱的重量。
下管要求：
①浮力塞在使用前必须进行密封试验，且浮力塞钢板厚度不少于20mm；
②井管下到孔底，要在浮力塞以上的井管内注满清水，才能将浮力塞解脱。
1100~1550m井段采用送管器直接提吊法，注意穿袖长度不小于10m。
5．套管柱结构：
木引鞋+套管鞋+旋流短节+止水器+套管柱
注意：
严格保证套管柱在井内居中，保证固井质量。
第五章固井工艺
固井作业既是关键工序，又是特殊过程，属于隐蔽工程，施工后无法返工，不易检查，但其质量又直接关系到整个钻孔的质量。
一、固井
注水泥设计
固井前泥浆密度（g/cm3）
水泥浆返高（m）
水灰比
水泥浆
密度（g/cm3）
水泥量（t）
水泥等级
1.05~1.10
1.85
5.94
525#水泥
11.68
810
23.35
6.57
525#水泥
二、固井施工工艺
1．固井前应将漏、涌层封好，确保水泥浆的上返高度；
2．做好固井前的冲孔换浆工作，防止固井过程中水泥浆呈直线上升，影响固井质量；
3．固井方式：
0~50m井段用真空止水法，井管下入预定位置后，提离孔底一定高度，井管在孔口临时固定，下入钻杆到孔内，封闭井管，然后泵入水泥浆，灌注完后，放井管到孔底，提出钻杆，候凝72小时。
50~1550m两井段采用止水器固井：
（1）止水器焊接位置在套管底脚以上4m，止水器弹簧压力调整在4kgf/cm2；
（2）下钻杆对上正反接头（可提动一下确定是否对上）；
（3）泵入隔离液，其目的是检查管路是否畅通，并悬浮岩粉冲洗井壁；
（4）泵入水泥浆；
（5）泵入替浆清水；
（6）反出钻杆。
4．为了保证固井质量，水泥浆平均密度不低于1.85kg/cm3；
5．固井后凝固72小时后，采用注水观测法，使管内外有10米水位差。
管内水位升降不超过0.02米为合格。
第三部分施工管理
第一章组织结构
1、项目部：
实行项目经理负责制，下设材料组、技术组、安检组、预算组。
组成人员有项目经理、技术负责人、施工员、材料员、安全员、质检员和预算员。
均持证上岗。
2、井队：
实行机长负责制，定员24人。
其中机长、副机长、大班记录员、炊事员、修理工和电焊工各1名，正副班长6人，钻工12人。
项目部和井队人员按岗位责任制各负其责，精心施工，保证质量完成施工。
施工组织机构图
第二章施工管理
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