浅谈我国地热井钻探工艺及方法刘延广

浅谈我国地热井钻探工艺及方法刘延广

刘延广

河北省地矿局第三水文工程地质大队河北衡水053000

摘要：现阶段能源的使用问题逐渐成为人们关注的热点。随着人口的不断增加，能源的消耗也呈现出逐年递增的趋势，为了使人们的能源需求得以满足，我国研究人员逐渐探索可再生的清洁能源，地热能源就是其中的一种。于地热能源而言，其具有稳定性好、储量丰富、分布广、用途广泛等特点，并且地热能源可以循环利用，地热能源不会受到外界因素的干扰，因此地热能源具有较好的发展潜能，其钻探工艺以及方法也成为人们关注的重点内容。

关键词：地热井；钻探工艺；泥浆正循环钻探工艺

相关人员对我国地热资源的储量进行了调查，发现我国的地热资源储量较为丰富。台湾东部、西藏南部、云南西部等地区是高温地热资源较为集中的几个区域。相关人员根据地热资源埋藏深度的不同，将其分为：干热岩地热能、浅层地热能、中深层地热能。不同埋藏深度的地热能提供给人们生活、生产的能源量有所不同，利用地热能可以减少二氧化碳的排放量，从而达到保护环境的目的。地热发电是地热能资源利用的主要途径。

一、地热井钻探情况的发展分析

地热钻井是应用在地热水、地热蒸汽方面的钻井。地热钻井是开采、勘探地热流体必用的一种技术手段。地热钻井技术手段中包含裂隙统计、岩芯编录、采集岩石磨片样和化学分析样等一系列方法，通过这些方法可以对地质界线变化、地层变化等情况有详细的了解，从而对前期地热成矿模型进行有效验证。

我国的地热能源勘察是从20世纪70年代开始的，勘察地点是天津、北京。最初的探采埋藏孔深控制在500米至1000米之间，因此只能发现埋藏深度较浅的地热资源，利用小径打大径，并扩径成井，这是当时普遍应用的一种勘探成井工艺。这一阶段的地热井钻探技术相对较少，在钻探过程中的钻探周期较长，并且钻探效率较低，一眼千米的地热井需要8个月至12个月才能完成。

随着相关人员对地热钻探技术的不断研究，在20世纪80年代我国的地热勘察技术得到了进一步发展，地热勘察的范围也逐渐扩大，在勘察过程中，相关人员逐渐使用一些先进的钻进方法，其中包括刮刀钻头、牙轮钻头，并利用三级口径成井的工艺，在一定程度上缩短了成井的周期，并且将钻井效率大幅度提高。

我国大面积开展地热勘察工作是在20世纪90年代初，国内的地热勘察设施日益完善，石油系列的钻机油ZJ45型、ZJ30型，水系列钻机包括:TSJ-3000型、GZ-2000型、GZ-2600型等。石油系列的泥浆泵有3NB1300泵、3NB-500泵，水系列的泥浆泵有BW-1200泵、3NB-350泵，并且逐渐增大了排量，从而使2000米至4000米的钻井深度需求得以满足。随着钻进设施的不断完善，钻井效率得到了大幅度提高，并且保障了成井质量。一眼2000米的地热井只需要3个月到6个月就能完成。

二、地热井钻探工艺分析

钻井工程是指相关人员利用钻井设备开展地下钻凿孔眼工作，开发地下水、地下石油、天然气、地热资源等工作的钻井工程。近些年来，我国钻井工艺将地热施工与石油钻井中的相关工艺进行了有机结合，在利用现有设备的基础之上，引进了一批先进的设备，普遍应用近喷射钻井的方式，并且将该方式进行大力推广，在一定程度上缩短了钻进的周期，大幅度提升了钻井效率。下面将具体介绍我国的钻井工艺。

1.泥浆正循环钻探工艺

该工艺利用泥浆的循环、钻井液对钻井井壁进行保护，并保证出渣，通过泥浆、钻井液的循环，可以从钻孔中带出钻渣。于正循环钻机而言，充分利用了泥浆泵，将泥浆或者钻井液抽到钻杆当中，然后通过钻杆将其输送到钻井中，然后携带钻渣离开钻井，将钻渣排放在地面上。泥浆正循环钻探工艺具有诸多优势，其中包含成本低、操作简单等。现阶段使用较多的一种钻探工艺就是正循环回转钻，因此这种钻探工艺具有较好的适用性。该钻探工艺也存在相应的缺点，排渣时主要依靠泥浆钻井液的自然循环方式，因此排渣能力相对较弱，只能排出部分的钻渣，并且这部分钻渣的颗粒较小，较大颗粒的钻渣难以排出，在一定程度上影响了钻井速度，并且对钻具的磨损相对较大。

2.气举反循环钻探工艺

该钻探工艺是现阶段地热钻探工艺中效果最好的一种技术。气举反循环钻探工艺利用了空气压缩的原理，使管内形成诸多的小气泡，钻杆中的液体与小气泡形成了一种水气混合物，利用压差的原理，在向上运行时就会产生气举，以最快的速度将岩屑、空气、冲洗液从钻杆的内管带到外管，岩芯、井底岩粉被带到地表，然后将其排入到沉淀池。经过沉淀之后，钻井液可以回收再利用，钻井液由井底进入到钻杆内，使钻井液的消耗空间得到了有效补充，在不断循环的过程中，逐渐形成了连续钻井的过程。

3.高压喷射钻探工艺

于高压喷射钻探工艺而言，其利用了喷射式钻头，通过相应的设备产生泵压，使泥浆自钻头喷嘴产生较高的喷射速度。该工艺利用喷射出的泥浆对井底进行冲刷，使钻头破碎岩石更加容易，并且可以使钻头、井底得到有效的清洗，使钻进速度不断加快。在使用高压喷射钻探工艺的过程中，需要使用大功率的强力泵，并利用低固相泥浆，在一定程度上保障了泥浆的净化以及除砂效果，其可以将钻速提高1-2倍，从而大幅度提高了地热井的钻井效率。

在1948年美国推出了喷射钻井技术，在20世纪60年代，该技术得到了进一步推广。我国在20世纪60年代初期逐渐研究喷射钻井技术，在一段时间之后，我国的喷射钻井技术日益成熟，泵压得到了大幅度提高，在一定程度上也提高了钻井的速度、水功率。

三、地热井钻探过程中需要注意的问题

在地热井钻探的过程中，相关人员需要对地层的特点进行分析，在分析的基础之上，科学地选择钻探方式。岩浆、流热原型、异常高压层型、高温岩层等是比较常见的地层，不同的地层需要使用不同的钻探技术。例如，岩浆地层，它主要是由火山岩、变质岩构成的地层，热水型的地层压力与静水压力接近，而蒸气型的地层压力相对较低，在钻探过程中容易发生事故，当钻井设备长期处于腐蚀、高温的环境时，钻井效率较低，容易引发管材损耗、机械磨损等一系列问题。

第一，重视泥浆的漏失问题。出现泥浆漏失现象时，相关人员需要对泥浆漏失问题进行分析，有的是全漏失，使循环中断；有的是部分泥浆漏失，这些问题都会使孔内岩粉停滞，从而使钻井效率受到影响，并且会导致钻孔液面下降，严重时会导致井喷、地层坍塌、泥浆沸腾等一系列问题；第二，对环境保护问题提起重视。对于含水层而言，在钻探的过程中，由于裂隙发育可能会发生大面积的漏失事故，这就会污染含水层。为了避免这一问题的发生，相关人员可以利用气举反循环钻进工艺，使用不含膨润土的冲洗液，从而使这类事故的发生几率得到有效控制。在钻探中会产生一系列的危害，例如特殊臭味的扩散、微粒子的扩散、地面下沉、盐水的扩散、地下水污染等，因此在地热井钻探过程中，相关人员需要对产生的环境问题进行全面分析，并制定有效的解决对策，在钻探的过程中保护好环境，从而使钻探工作有效开展。

结束语

于地热井钻探技术而言，其可以保证地热资源的有效开发与利用。为了使地热资源的开发、利用得到进一步推进，相关人员需要对地热井钻探技术进行分析与研究，使地热井钻探技术日益成熟，从而更好的应用在地热资源的开发当中，在控制钻探风险的基础之上，不断提高钻井的成功率。

参考文献

[1]朱岩华.关于我国地热井钻探工艺的研究与探讨[J].科技经济导刊,2018,26(03):54.

[2]鲍宇.地热井开发环节多工艺空气钻探技术的应用[J].住宅与房地产,2017(24):278.

[3]王洪伟.浅谈我国地热井钻探工艺及方法[J].西部探矿工程,2015,27(02):39-41.