地热打井钻探详细规程.docx

1、地热打井钻探详细规程目 次前 言本规程包括了地热钻探工程施工设备及器具的选择、安装、拆卸、搬迁和钻探工艺、钻井液、成井工艺、抽水试验、钻探工程质量以及井内事故预防与处理、设备的使用与维护保养、安全与健康管理、环境保护等方面的内容，是地热钻探工程施工、管理和检查验收等各项工作的依据和准则。本规程遵循GB/T 1.1-2009的起草规则，首次以技术标准形式发布。本规程由山东省地质矿产勘查开发局提出。 本规程由山东省国土资源厅归口。本规程起草单位：山东省地质矿产勘查开发局、山东省地矿工程勘察院、山东省鲁北地质工程勘察院、青岛地矿岩土工程有限公司 (青岛地质工程勘察院)、山东省鲁南地质工程勘察院、山东

2、省烟台地质工程勘察院、山东省地矿测绘院。本规程主要起草人：张 敏、孙丙伦、赵光贞、滕德宾、赵长亮、任志康、赵 辉、王德敬、赵 成、蒋 杰、刘玉仙、田庆华、毛连义、赵玉祥、李新勇、侯新文、周世海、刘长春、陈占成、安 辉 地热钻探规程1范围本规程规定了地热钻探工程施工过程中各工序的技术要求及相关管理规定。 本规程适用于水热型地热资源勘查、开发所进行的钻探工程施工，尚不包括干热岩型、岩浆型地热资源和通过热泵技术开采利用的浅层地热能的勘查、开发所进行的钻探工程施工。2规范性引用文件下列文件对于本规程的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本规程。凡是不注日期的引用文件，其最新版

3、本（包括所有的修改单）适用于本规程。GB/T 1.1 标准化导则 第1部分：标准的结构和编写GB 6067 起重机械安全规程GB 7144 气瓶颜色标识GB/T 8538 饮用天然矿泉水检验方法GB/T 9151 钻探工程名词术语GB/T 9808 钻探用无缝钢管 GB 9809 水文水井钻探用套管、岩心管、取粉管螺纹 GB 9810 水文水井钻探用钻杆GB 9812 水文水井钻探用钻铤GB 50027 供水水文地质勘察规范GB/T 11615 地热资源地质勘查规范GB/T 16950 金刚石岩心钻探钻具设备GB/T 16951 金刚石绳索取心钻探钻具设备AQ 2004 地质勘探安全规程DZ/

4、T 0055 水文水井钻探用硬质合金钻头 DZ/T 0056 水文水井钻探用三牙轮钻头DZ/T 0088 地质钻探用钻塔系列DZ/T 0148 水文地质钻探规程DZ/T 0227 地质岩心钻探规程SY/T 5025 钻井和修井井架、底座规范SY/T 5964 钻井井控装置组合配套安装调试与维护DB37/T 1811 地质钻探安全标准3术语和定义下列术语和定义适用于本规程。3.1地热钻探 geothermal drilling以勘探或开发地热资源为目的的钻探工作。3.2地热资源 geothermal resources能够经济地被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及其有用组分。目前可利用的地

5、热资源主要包括：天然出露的温泉、通过热泵技术开采利用的浅层地热能、通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地热资源。3.3地热储 geothermal reservoir简称热储（heat reservoir），埋藏于地下、具有有效空隙和渗透性的地层、岩体或构造带，其中存储的地热流体可供开发利用。 层状热储 stratified reservoir以传导热为主、分布面积大并具有有效空隙和渗透性的地层构成的热储。泛指沉积盆地型热储。带状热储 zoned reservoir以对流传热为主、平面上呈条带状延伸、具有有效空隙和渗透性的断裂带构成的热储。3.4盖层 cap rock覆盖在热储之

6、上的不透水或弱透水岩层的总称。在层状热储中，通常将覆盖在主要热储或开发利用热储之上的地层通称之为主要热储的盖层。3.5地热井 geothermal well利用钻掘工艺在地下形成的用于开采地热资源的圆形通道。3.6取心钻进 core drilling以采取圆柱状岩心为目的的钻进方法与过程。3.7全面钻进 non-core drilling将孔底岩石全面破碎的钻进方法。3.8潜孔锤钻进 down-hole hammer drilling高能气、液介质通过孔（井）底冲击器产生的冲击功与钻具回转相结合的钻进。3.9气举反循环钻进 air-lift reverse circulation drilli

7、ng压缩空气在一定深度的钻杆内孔与冲洗液混合，利用钻探内外液体密度差进行反循环的钻进技术。3.10钻井液 drilling fluid钻井过程中用于冷却与润滑钻具、排离与携带岩屑、维护井壁稳定的冲洗介质，如泥浆、水、泡沫等。 3.11泵室段 pump chamber segment 安装抽水泵等开采设备的井段。3.12井管 well casing安装在地层中，用于采取地下水的取水管道。3.13井壁管 wall casing保护非含水层井壁和隔离含有害物质的地下水而下入井中的管材。3.14过滤管 screen pipe与井壁管相连接，与含水层相对应，具有滤水挡砂作用的装置。3.15沉砂管 san

8、d sediment pipe连接在井管最下端，起沉砂作用的管子。3.16浮力下管法 pipe sinking by floating 将具有足够强度的浮力塞或浮力板置于井壁管内适当位置（过滤管以上），封闭部分井壁管，利用液体浮力减轻管柱重量，从而实现一次提吊下管的下管方法。4基本规定4.1热储类型根据地热井热储结构、形态特征分为层状热储和带状热储。就山东省地热田地层特点具体可分为孔隙型、裂隙型和裂隙岩溶型热储。4.2地热井类型地热井类型分为地热勘探井（孔）、地热开采井、地热回灌井、地热探采结合井等四种类型。4.3地热井深度地热井按深度划分为浅井、中深井、深井和特深井（见表1）。表1 地热井深

9、度分级 单位：m地热井类别浅井中深井深井特深井深度范围50050015001500300030004.4地热井口径系列地热井常规口径系列见表2表2 地热井常规口径系列单位：mm序号口径/对应最大管径序号口径/对应最大管径1152/1146279/2192190/1407311/2453200/1688346/2734216/1789406/2985245/19410445/340地热取心钻探口径系列参照DZ/T 0227和DZ/T 0148执行。4.5钻进方法分类与选择按照钻进的目的和要求不同，将钻进方法分为两大类，即取心钻进和全面钻进。取心钻进主要有硬质合金、金刚石及金刚石复合片、聚晶金刚石

10、等钻进方法；全面钻进主要有牙轮、合金、金刚石复合片以及潜孔锤钻进、气举反循环等钻进方法。地热井钻探应依据地热井类型、地热田控制情况、钻遇地层特性和钻井结构确定钻进方法。在已有取心钻孔控制的地热田，可采取全面钻进方法；在尚无取心钻孔控制的地热田，可采取取心钻进方法适当取心。取心钻进适用于地热勘探井和地热探采结合井。依照DZ/T 0227规定，根据不同岩石钻进特性可采用硬质合金、金刚石及金刚石复合片、聚晶金刚石等钻进方法，坚硬致密打滑地层宜采用冲击回转钻进。全面钻进适用于地热开采井、地热回灌井以及地热探采结合井。依照DZ/T 0148规定，根据不同岩石钻进特性可采用牙轮、合金、金刚石复合片等钻进方

11、法，根据具体条件还可以选择采用潜孔锤、气举反循环等钻进方法。4.6基本要求地热钻探工程施工前应编制地热钻探工程技术设计（参见附录A），并通过审查后执行。编制地热钻探工程技术设计，应根据项目地质设计、地热钻探工程技术要求和有关规程、规范、标准以及合同（协议）规定进行，做到设计合理、工艺先进、要求明确、便于执行。地热钻探工程施工结束后，应编制地热钻探工程技术报告（参见附录）。5钻探设备及器具选择5.1钻探设备的选择钻机的选择地热钻探钻机应根据地热井类型、地热井结构、岩层特性、钻井工艺方法及施工条件等选择和配套使用。可依据地热井类型等选择地质岩心钻机、水文水井钻机或石油钻机等。地热钻探钻机常用类型及

12、其特点和使用条件见表3。表3 各类钻机特点和适用条件钻机分类主要特点适用条件地质岩心钻机配备动力小、扭矩小、转速较高小口径、取心钻进水文水井钻机配备动力较大、扭矩较大、转速较低大口径、浅井及中深井取心和全面钻进石油钻机配备动力大、扭矩大、转速较低大口径、深井及特深井全面钻进钻塔的选择 应根据钻机类型、地热井的深度、井径等选择配套钻塔，满足提下钻具或井管的承载能力，并具备安放设备、钻具、工作台等足够的高度和空间。所选钻塔应符合DZ/T 0088或SY/T 5025（“K”形塔）的规定。目前，常用的钻塔类型有“”形塔、“K”形塔、“门”形塔、四脚塔和桅杆等。泥浆泵的选择应根据钻机类型、钻井工艺方法

13、和钻井结构选择配套泥浆泵，满足地热井深度、井径、钻进方法对泵量、泵压的要求。常用的泥浆泵为往复式泥浆泵、立式泥浆泵和砂石泵等。空压机的选择进行空气潜孔锤钻进、气举反循环钻进或采用空压机洗井时，应选择配备相应的空压机。进行空气潜孔锤钻进和气举反循环钻进，应根据工作所需的风量、风压以及井深、水位等工况选择；采用空压机洗井时，应根据抽水管直径、水位、预计降深等选择。常用的空压机有螺杆式空压机和活塞式空压机两种类型。井控装置选择在高温、高压热储和含油气地区施工，应根据热储和油气层的压力等, 宜按照SY/T 5964选择配备井控装置。井控装置主要包括：井口装置、井控管汇、其它井控装置和井控作业专用设备。

14、其中，防喷器公称通径与套管公称直径的组合应符合表4的规定。其它装置和设备的选择配备均宜遵照SY/T 5964执行。表4防喷器公称通径与套管公称直径的组合表井控装置公称通径mm（in）井控装置最大工作压力MPa14213570105套管外径mm（in）180（71/16）114.3（41/2）177.8（7）230（9）193.7（75/8）219.1（83/4）280（11）219（83/4）244.5（95/8）219（83/4）244.5（95/8）346（135/8）298.4（113/4）339.7（133/8）273.1（103/4）298.4（113/4）426（163/4）404

15、.4（16）476（183/4）-473.1（185/8）528（203/4）-508.0（20）-540（201/4）580.0（227/8）-附属设备地热钻探工程施工应配备相关附属设备，如泥浆搅拌设备、泥浆净化设备、电气焊设备等。5.2钻具、井管及仪器仪表的选择钻具的选择钻杆应根据钻进方法以及所选钻机和钻进深度、口径等具体选择。a） 取心钻进所用钻杆、钻具应符合GB/T 16950、GB/T 16951、GB 9810、GB 9808、GB 9809的规定；b） 全面钻进常用钻杆应符合GB 9810的规定；c） 反循环钻进，应配备SHB114、SHB127、SHB140等双壁钻杆；d） 常

16、用钻杆基本参数及尺寸见附录C。钻铤应根据地层岩石特性、钻进方法以及钻进技术参数选择使用。钻铤应符合GB 9812的规定，常用钻铤型号及参数见附录D。钻头钻头应根据地层特性、岩石硬度、研磨性、钻进方法等选择。a） 进行取心钻进，根据不同岩石特性可选择合金钻头、金刚石复合片钻头（PDC）和金刚石钻头等。具体可参照DZ/T 0227、DZ/T 0148和DZ/T 0055选择；b） 进行全面钻进，通常根据地层特性和所采用的钻进方法等合理选择：第四系、新近系、古近系等沉积岩可选用铣齿牙轮钻头、金刚石复合片（PDC）钻头；石炭-二叠系、奥陶系、寒武系等沉积岩以及火成岩、变质岩可选用镶齿牙轮钻头或潜孔锤。

17、三牙轮钻头型号可参照DZ/T 0056选择。常用三牙轮钻头型号见附录E。潜孔锤进行潜孔锤钻进时，应根据钻井深度及井径、岩石特性和所采用的工艺方法等合理选择相应的潜孔锤。a） 取心钻进，宜选用液动潜孔锤或贯通式气动潜孔锤；b） 全面钻进，宜选用气动潜孔锤（包括贯通式和非贯通式）。地热井管材井壁管 井壁管类型、型号主要根据地热井的深度选择。a） 浅井，可采用普通管材，机械性能符合钢级Q235及以上，管材壁厚不宜小于8mm；b） 中深井以深地热井，宜采用石油（API标准）管材，其机械性能符合钢级J-55及以上，管材壁厚应大于6mm。地热井常用井壁管可参照GB/T 9808-2008选择（见附录F）。

18、过滤管过滤管的类型依据地热井热储类型确定。a） 孔隙型地热井热储应采用圆孔形全焊式梯形缠丝过滤管，其花管孔隙率16%，缠丝间隙应根据含水层的颗粒情况确定，缠丝间隙0.5 mm0.9mm；b） 裂隙岩溶型、裂隙型地热井热储段一般为裸眼。若热储不稳定，可采用圆孔形、条形过滤管，应慎用桥式过滤管。仪器仪表地热钻探设备应配有孔底压力指示表、泵压表和泥浆测试仪、测温仪，推荐配备转速表、液压表、扭矩表、钻压仪、测斜仪、流量计等。使用空压机应配备风压表、风量表；电力驱动应配有电压表、电流表和功率表。6钻探设备的安装、拆卸及搬迁6.1机场地基修筑机场地基应平整、稳固、适用。钻塔底盘下填方部分不得超过底盘面积的

19、1/4，并应对填方部分进行加固处理。在坡度较大的场地修筑地基，应削坡为平，岩土稳固时，放坡坡度应小于80；岩土松散不稳定时，坡度应小于45，并清除坡上活石。钻塔底盘对地基的要求a) 钻塔底盘处天然地基允许承载的安全压力应大于施工过程中实际承受的压力,塔基承载力计算见附录G；b）浅井施工，地基允许承载安全压力相差较小时，可采用浅槽地基局部卧枕加固，木卧枕规格不宜小于300mm300mm1500mm，数量不宜少于6根；c）深井施工，地基允许承载安全压力相差较大时，宜采用混凝土基础，混凝土强度等级不宜小于C20，基础顶面标高应一致。塔基混凝土基础尺寸计算见附录H。应避开可能发生洪水、泥石流、滑坡等自

20、然灾害的地带。在山谷、河沟、地势低洼地带雨季施工应修筑防洪坝，在林区、草原施工应遵守防火等相关规定。机场地基应满足井口边缘距地下电缆线水平距离大于5m，距地下通讯电缆、构筑物、管道等水平距离大于2m的要求。易燃、易爆等特殊管线应按相关规定执行。机场内应留有人行便道，各种管材、材料的存放及施工配套设施的设置应符合施工和安全要求。6.2钻井液循环净化系统的设置钻井液循环净化系统主要包括泥浆池、沉淀池、循环槽以及振动筛、旋流除砂器等，应根据井深、井径、岩层性质、钻进方法和机场条件等设置。泥浆池和沉淀池应按“三大一小”设置，其中沉淀池为“一大一小”。大池规格以6m6m2m为宜，小池规格以2m2m1.5

21、m为宜。若池壁土层不稳定，应用砖砌成，并用水泥抹平。循环槽长度不宜小于15m, 断面宜为0.4m0.4m，坡度为1/1001/80，槽边缘应高出地面100mm。采用钻井液进行深井钻进，当靠循环系统自然净化而钻井液性能达不到要求时，宜采用振动筛和旋流除砂器等泥浆固控设备净化钻井液。6.3基台的安装除整体车装、履带式钻机外，钻井设备应固定在连成一体的基台上。基台由型钢地梁组成，通常分为上下两层，用螺栓固定，主要着力点下应垫好木板或枕木。基台的平面尺寸应比钻塔底盘大200mm500mm，联接螺栓直径不得小于16mm，并加防松垫片。联接后的整体基台应稳固、方正、水平。在高温、高压热储和含油气层地区施工

22、需安装井控装置的，基台的高度应满足安装井控装置要求。6.4钻塔的安装与拆卸安装、拆卸钻塔应在机长或安装队长统一指挥下进行，严格遵守高空作业安全守则，塔上塔下不得同时作业。安装、拆卸钻塔前，应严格检查钻塔构件、工具、钢丝绳和挑杆或起落架的可靠性。安装、拆卸钻塔时，钻塔外边缘与输电线路边缘之间的安全距离应符合最小安全距离的规定（见表5）。表5 钻塔与输电线路边缘之间的最小安全距离 电压kVl11035ll0154220350550最小安全距m4681015夜间或5级以上大风及雷雨、雾、雪等天气，不得进行钻塔安装和拆卸作业。安装、拆卸四脚塔应遵守下列规定a） 安装时，应自下而上进行，各连接件应安装齐

23、全、牢固。安装结束后应进行检查、调整，保证钻塔稳固、周正；b） 拆卸时，应自上而下进行，不得先拆下部构件或同时拆卸上下部构件。安装、拆卸“A”形、“K”形、“门”形塔及桅杆应遵守下列规定a） 应将钻塔及桅杆在地面或固定装置上组装、连接好，整体起、放；b） 使用绞车或人力起、放钻塔时，应提前埋牢起落架地锚，在塔顶拴好绷绳，检查确定塔脚销轴灵活可靠；c） 采用液压起、放钻塔或桅杆时，起、放前应检查液压系统是否稳定，起、放后将液压系统锁定；d） 起塔开始，应首先将塔缓慢起升至离开支架100mm200mm时停住，进行全面检查，检查起塔钢丝绳是否锁牢，刹车、支架等是否牢固、可靠，一切完好方可将塔缓慢拉起

24、；e） 起、放过程中，操作应缓慢、稳妥，不得快起、急刹，应随时注意观察起塔地锚有无松动，并有专人控制绷绳；f） 作业人员应离开钻塔起落范围。6.5机械设备的安装钻机、泥浆泵、发电机组等各种机械设备安装应稳固、周正、水平。钻机安装时，钻塔天车轴中心线或天车轮前缘切点、回转器中心与钻孔中心应成一条直线，直线度范围15mm。车装钻机支腿应垫实，并调整支腿使汽车底盘呈水平状态。泥浆泵应安装在便于操作人员观察泵压表的适当位置。各种机械设备的防护设施、安全装置应齐全完好，外露的转动部位应设置可靠的防护罩或防护栏杆。电器设备应安装在干燥、清洁、通风良好的地方。发电机组、电动机、配电箱、电器开关等应安装防水、

25、防雨等设施。配电箱或开关箱应安装漏电保护装置。各类机电设备、设施外壳应采取保护接地或接零，接地电阻应小于4。6.6附属设施的安装钻塔绷绳的安装a） 钻塔绷绳应采用直径16mm以上钢丝绳；b） 18m以下的钻塔应设4根绷绳；18m以上的钻塔应分两层设8根绷绳；c） 绷绳安装应牢固、对称。绷绳与水平面夹角以及绷绳投影与钻塔底盘中心线夹角均以45为宜。当受条件制约确实无法实现时，不得超出3060范围；d） 地锚宜采用埋设式，材料以工字钢、槽钢或钢管为宜，其断面和长度分别不应小于400cm2和1.5m，埋设深度不应小于1.2m；锚绳应采用直径18mm以上钢丝绳，锈蚀或磨损不超过标准要求；e） 各绷绳应

26、通过紧绳器（反正螺旋）与锚绳连接，并调整使之张力均匀，张紧适宜。避雷针的安装a） 避雷针安装应高出塔顶1.5m以上，与钻塔之间应使用高压瓷瓶间隔；b） 引下线宜采用截面积不小于25mm2的铜质绞线或35mm2的钢质绞线，与钻塔绷绳间距应大于1m；c） 接地极与电器接地体、孔口管、绷绳地锚和人行便道距离应大于3m。不得将接地极放在泥浆池内；d） 避雷针、引下线和接地极之间连接应紧密牢固，接地电阻应小于15。活动工作台的安装a） 采用四脚塔的机台应安装活动工作台；b） 活动工作台底盘、立柱、栏杆应成整体，并应安装可靠的制动、防坠、防窜、手动定位、安全挂钩、行程限制等安全装置；c） 活动工作台应安装

27、2根导滑钢丝绳和1根提引（或平衡）钢丝绳。导滑钢丝绳上下两端均应安装行程限定装置；d） 活动工作台应安装1对防坠器。防坠器应采用直径不小于12mm的滚珠或柱高不小于9mm的滚柱，数量不应少于8颗；e） 活动工作台围栏高度宜为1.2m，底盘周围护板高度不应低于0.2m；f） 电动式活动工作台应采用自控方式，自控装置应采用安全电压，电缆要与活动工作台保持良好绝缘；g） 手动式活动工作台的手拉绳以棕绳为宜，直径不小于30mm，长度应与钻塔高度相匹配；h） 手动式活动工作台的平衡重锤应安装在钻塔外，与地面之间距离应大于2.5m。重锤下落范围应设围栏。重锤应制成牢固的容器，不应散挂它物。基台地板、塔梯及

28、塔上工作台的安装a） 基台地板铺设应平整、紧密、稳固，宜采用厚度大于40mm的木地板或厚度大于3mm的防滑钢板；b） 塔梯应坚固、可靠，梯阶间距应小于0.4m，坡度小于75。当坡度大于75时，应设置封闭式防护栏；c） 塔上固定工作台，应安装可靠防护栏杆。防护栏杆高度应大于1.2m，木质踏板厚度应大于50mm，防滑钢板厚度应大于3mm，采用螺栓或焊接方式固定牢固。井控装置的安装在高温、高压热储和含油气地区施工，应按照SY/T 5964的规定安装井控装置。6.7设备的拆卸与搬迁设备拆卸时不准许猛打硬敲。拆下零部件应做好保存、防护工作，防止零部件丢失和气孔、油孔或油路被污物堵塞。设备装卸过程中，应指

29、定专人指挥，并采取相应的安全措施，以防设备翻倒毁物伤人。设备运输过程中，所运设备、物资应放稳捆牢，不准许人货混装。车装钻机迁移时，必须放倒并固牢塔架。不得在高压电线下和坡度超过15坡上或凹凸不平及松软地面整体迁移钻机。使用起重机械起吊设备时，应遵守GB 6067。7钻探工艺7.1钻井结构设计钻井结构时，应依据地热井类型、地热储类型、地层特点、水文地质条件、水量、钻井深度、终孔直径、开采设备、钻井工艺方法等因素综合确定。地热井钻井结构，宜按二至四级口径设计，各级与其相应深度构成相应井段。第一级为表层管段、第二级为泵室段、第三级为井壁管段、第四级为热储开采段。地热勘探井（孔）口径应满足取样、测井及

30、完井试验的要求，若不作抽水试验，可按三级口径设计（不需设计泵室段），终孔口径不宜小于91mm。地热探采结合井口径还应满足设计产量和安装开采设备要求，泵室段井径应大于开采设备最大外径，通常不宜小于225mm，终孔口径不宜小于150mm。7.2钻进方法取心钻进应根据地层特性参照DZ/T 0227选择相应的钻进方法。全面钻进应根据不同热储类型地层特性参照DZ/T 0148选择相应的钻进方法。孔隙型地热井宜采用牙轮、金刚石复合片等钻进方法。裂隙型、裂隙岩溶型地热井宜采用牙轮、潜孔锤、金刚石复合片等钻进方法和气举反循环钻进技术。7.3钻进工艺地热钻探取心钻进工艺应参照DZ/T 0227的规定执行。全面钻进工艺应根据不同热储类型地层特性采用相应的钻进工艺。孔隙型地热井钻进工艺第四系宜采用牙轮钻头、刮刀钻头、金刚石复合片钻头泥浆钻进，穿过砂层、钻遇稳定黏土层下入表管或泵室段井管，并进行止水或水泥固井。新近系、古近系（含热储段）宜采用牙轮钻头或金刚石复合片钻头泥浆钻进。钻进技术参数a） 采用牙轮、