地热井钻完井技术

地热井钻完井技术二〇一六年八月特色技术井下作业公司提纲一、前言二、地热井与热采井完井方式的不同三、地热井完井方式四、地热井试采技术五、地热井利用技术六、结束语地热是蕴藏在地球内部的一种巨大的“绿色能源宝库”，具有可持续和可再生等特点，不仅资源储量大，分布广，还是一种新型清洁能源，开发利用地热能具有良好的社会效益、环境效益，市场潜力巨大，发展前景广阔。国外主要是利用高温地热资源、热能储量丰富的储层进行发电。实现高投入、高回报的绿色工业开发。目前国内处在地热资源开发利用的起步阶段，主要是利用中、低温地热资源进行采暖、保健、疗养等。一、前言由于国内地热开发起步较晚，在完井方式及地热能有效利用方面缺乏经验，在完井方式上考虑欠缺，致使完井后，因水温水量达不到要求而无法利用。为此，研究完井工艺成为地热领域的一大课题。一、前言通过对国内地热资源开发利用的研究及我们在地热钻井方面积累的经验，发现在国内地热井完井通常采用两种完井方式，一是在储层为潜山地层采用技术套管加裸眼方式完井，二是在储层为砂岩等不稳定地层采用套管悬挂方式。处于成本考虑，开发商在止水时只是采用止水器或“穿鞋带帽”等简单的止水方式。这些完井方式存在着很大的弊端，地热水在通过1000多米的运移到达井口的过程中，热能损失较大，而且在高温、高压地层及胜利油区内存在很大的安全隐患。一、前言目前，国内很多专业公司都在研究地热资源的高效利用。我们通过对“不同区域、不同地层、不同岩性”的完井方式研究，制定出适合该区域地层特点的完井方式，提高“水温、水量、完井质量”，使地热资源得到充分利用。防止由于热能损失较大导致地热井不能充分利用甚至报废。一、前言井下作业公司提纲一、前言二、地热井与热采井完井方式的不同三、地热井完井方式四、地热井试采技术五、地热井利用技术六、结束语1、保温管被动保温稠油热采井采用的隔热管保温技术，在现场应用的隔热管包括隔热油管及隔热套管，其中应用最多的是隔热油管，也主要是应用于稠油热采注蒸汽开发井中。二、地热井与热采井完井方式的不同（一）热采井井筒保温技术1、保温管被动保温保温管也称隔热管，大致由连接扣、惰性腔室和外管组成。它利用不同介质导热系数不同而制成，是用于隔绝或阻滞热交换的工具。保温管的结构类似于保温瓶，即在油管等载流管材的外部再增加一层，使得内外层间形成一个环空，再将环空或抽成真空或加注惰性气体，以降低环空的导热能力，使内管在相对高温的流体流过时与外部低温体的接触式热交换速率受到很大限制，保证流体流过管径段后不发生温度的快速下降。二、地热井与热采井完井方式的不同1、保温管被动保温国内外普遍使用的“隔热管+伸缩补偿器+封隔器”的隔热完井管柱，其中最重要的保温措施是隔热管，常用双层预应力隔热管，隔层通常需要充惰性气体、抽真空或充填其它隔热材料。该技术主要用于稠油热采注蒸汽开发井，是目前最为有效的隔热完井技术。（下图为隔热管组成结构示意图）二、地热井与热采井完井方式的不同1、保温管被动保温存在的问题：一方面，预应力隔热管的制造工艺复杂，以致真空度普遍偏低；另一方面，随着隔热管长期的使用，在经过多轮次的蒸汽吞吐或长时间使用后，由于氢害及磨损严重等问题，依然存在着隔热效果差及蒸汽泄露，导致热损失严重及过早失效等问题。此外，目前隔热油管及套管下井深度通常在1600m左右，不能满足深层地热井深度的需要要求，并且投资大，影响地热井的高效经济开发。。二、地热井与热采井完井方式的不同2、增大环空热阻被动保温通过改变完井管柱结构从而增大环空热阻，该技术与隔热油管隔热原理类似，地热井油管和表层套管之间的空气夹层(环空)是地热水热量向地层散失的主要热阻环节。影响环空热阻的主要因素是环空厚度和环空内气体介质的热导率。所以，增大该环节热阻的主要途径为：增大环空厚度(比如双油管保温)或在环空内注入热导率比较低的气体(氮气或惰性气体)。二、地热井与热采井完井方式的不同1、主动保温技术研究表明，地热井与油井类似，根据能量守恒方程和沿井筒径向的传热过程，地热井井筒内地热水的温降梯度分布研究表明，越靠近井口，地热水温降越大，热损失越大。这是因为越靠近井口，深度越小，地层温度越低，地层与地热水的温差越大，散热损失越大。因此在地热井底部，地热水温降很小，散热损失也很小。二、地热井与热采井完井方式的不同（二）地热井保温技术1、主动保温技术数值模拟分析研究表明，井深2000m、7in井眼的地热井，井底温度100℃，地面温度15℃时，产液量大于500m3/d时，地热水井口温度下降5℃，产液量大于1000m3/d时，地热水井口温度仅下降2.5℃，该研究从温度损失的角度考虑，并采用了大泵提液的主动保温技术。二、地热井与热采井完井方式的不同流量与地热水井口温度关系1、主动保温技术该技术主要适用于日产400m3以下的地热井，采用大排量提液技术可以显著降低井筒热损失，进而大幅提高地热水井口温度，为后续地热梯次利用环节提高保障。该技术适用于对温度要求不高的地热资源应用方式，而对于温度要求较高，如地热发电等技术，从能量损失角度考虑，则大排量提液亦没有避免总的地热能量损失。。二、地热井与热采井完井方式的不同通过对国内地热资源开发利用的研究及我们在地热钻井方面积累的经验，发现在国内地热井完井通常采用两种完井方式，一是在储层为潜山地层采用技术套管加裸眼方式完井，二是在储层为砂岩等不稳定地层采用套管悬挂方式。从成本考虑，开发商在止水时只是采用止水器或“穿鞋带帽”等简单的止水方式。这些完井方式存在着很大的弊端，地热水在通过1000多米的运移到达井口的过程中，热能损失较大，而且在高温、高压地层及胜利油区内存在很大的安全隐患。二、地热井与热采井完井方式的不同（三）地热井完井方式井下作业公司提纲一、前言二、地热井与热采井完井方式的不同三、地热井钻完井技术四、地热井试采技术五、地热井利用技术六、结束语三、地热井钻完井技术地热井井身结构目前的地热开发根据储层类型主要采用以下两种完井井身结构：（1）砂岩地热储层：一开下套管固井，二开直接下套管，仅封固一开与二开套管重叠区域的部分层段，三开悬挂筛管或滤水管取水；（2）基岩地热储层：一开及二开下套管固井，三开裸眼段取水。地热井井身结构目前地热井开发商由于考虑成本等原因，钻井方式一般前期采用Ø215.9mm钻头钻至设计井深，根据测井解释资料，采用Ø311.1或Ø444.5钻头扩眼至300－450米。套管结构：Ø244.5（Ø339.7）套管+变径接头+Ø177.8套管+筛管下至井底。使用“戴帽”方式对上部固井，在第一根入井的177.8套管安装1－3组橡胶止水器封隔上部，在筛管上部安装1－3组橡胶止水器封隔下部出水层；开采基岩水的一般采用Ø311.1钻头钻至基岩，采用Ø444.5钻头扩眼至300－450米。套管结构：Ø339.7套管+变径接头+Ø244.5套管，采用“穿鞋戴帽”的方式固井后，下Ø215.9钻头钻至设计井深完井。三、地热井钻完井技术上述完井方式存在上部地层水进入井内、层间串层、出水量不稳定等情况，地热井使用周期较短；还有些开发商只考虑出水，不考虑回灌，致使储水层枯竭，后期没有能力等现象；针对上述情况，我公司建议甲方，从安全、使用寿命等方面考虑，使用自主研发的套管悬挂器；延用油井固井的分级固井技术，杜绝上部水进入井筒、层间串层等现象的出现，延长地热井的使用寿命。三、地热井钻完井技术井下作业公司三、地热井钻完井技术目前地热井普遍采用的完井工艺有如下确定(1)二开套管和三开套管是坐底悬挂，利用止水伞止水，不能有效的防止浅层凉水进入井筒；（2）二开套管固井只是简单的“穿鞋带帽”，没有完全固井套管失去了保温层，产层水运移到井口，热损大；（3）二开没有固井，套管直接与地层液体接触，套管受液体腐蚀速度快，不利于以后的生产。针对这一现象，我们改进了完井工艺，采取了一开、二开套管全固井，重叠部分采用密封套管悬挂器等措施，既保证了水温又保证了水量。军新热1井原设计为上部“戴帽”固井，下部采用橡胶止水器止水的完井方式；根据当地地层情况，后改为一下入Ø339.7套管固井，二开悬挂后分级固井的完井方式，投产2个采暖季，效果明显好于其余井。三、地热井钻完井技术华瑞探采1井为一口在胜利油区内的探采井，地质复杂，地层压力紊乱，该井一开采用444.5mm三牙轮钻头钻至设计井深，下入φ339.72mm无缝石油套管；为保障在表套与生产套管重叠段的密封效果，我们特别订做加工了悬挂密封装置，该装置的悬挂器底座安装在表层套管鞋以上两根套管的连接处；该悬挂器上有两道铜密封和一道橡胶密封，能够有效起到密封效果，下表套前我们特意利用悬挂器进行井口密闭性试验，正打压20MPa，稳压30min，压力不降，试验证实该悬挂装置能起到良好的密封效果。三、地热井钻完井技术三、地热井钻完井技术Ø339.7套管悬挂Ø177套管密封装置底座Ø339.7套管悬挂Ø177套管密封装置悬挂器三、地热井钻完井技术Ø339.7套管悬挂Ø177套管密封装置三、地热井钻完井技术悬挂密封装置的悬挂器座：该装置的悬挂器底座安装在表层套管鞋以上两根套管的连接处；该悬挂器上有两道铜密封和一道橡胶密封，能够有效起到密封效果，下表套。三、地热井钻完井技术原设计生产套管不固井，如不固井，无法有效的封隔层间，给后期的生产带来很大的隐患，极易造成层间串层，井喷失控等恶性事故的发生。根据该井实际情况，建议修改完井结构；完井结构为根据电测结果确定生产层后，对准生产层下滤水管+套管+盲板+管外封隔器+分级注水泥器+套管串+悬挂器，对上部套管固井封固，只有这样才能长期、有效地避免井喷失控等恶性事故的发生。三、地热井钻完井技术三、地热井钻完井技术井下作业公司提纲一、前言二、地热井与热采井完井方式的不同三、地热井钻完井技术四、地热井试采技术五、地热井利用技术六、结束语井下作业公司四、地热井试采技术筛管顶部注水泥完井工艺流程井下作业公司1、研制了地热井悬挂器、止水伞、滤水筛管等完井工具，优选出抽水泵。2、研究出泡沫保温水泥浆体系。通过地热井完井工具的改进及泡沫保温水泥浆体系的研究，既能保证地热井的出水量及出水温度，又提高了地热井的使用周期，最大限度的利用了地热资源。四、地热井试采技术四、经济效益及推广应用前景分析根据项目实施情况及已完工地热井情况，开采过程中的热损由立项前的3-5℃；降低到1-2℃，地热供暖井以每年每口井开采150天，开采排量80m3/h计算，年抽水量28.8万立方水；据初步估算，开采井降低热损1-2℃，可最大限度的利用地热资源，相当于节省原煤82368吨，二氧化碳减排302290.56吨，将获得良好的经济效益与社会效益。地热能源作为绿色能源在国内将会有很大的发展前景，对该技术成果需要现场进一步验证、改进、完善，形成一套较为完善实用、配套成熟的地热井完井工艺技术。井下作业公司井下作业公司提纲一、前言二、地热井与热采井完井方式的不同三、地热井钻完井技术四、地热井试采技术五、地热利用技术六、结束语（一）、地热发电地热发电是地热利用的最重要方式。高温地热流体应首先应用于发电。地热发电和火力发电的原理是一样的，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不象火力发电那样要装备庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地热能。五、地热利用技术地热发电相关专利技术推介：利用地热能发电的方法及装置该技术利用成熟技术集成；采用优选的专利低沸相变工质系列材料，它可以确保能够利用30摄氏度以上的热源吸收；自动抽热，井下的地热能，可以自动的以2-30/s的速度抽送到地面，不需另外用泵抽送。随着应用范围的扩大，效用辐射面扩大，必定产生良好经济效益。可应用于钢铁冶金等加热工产业向电冶、电热转变。煤、油、气产业由能源产业向化工原料产业转变。远程输电供电向就地近距供电变等，市场前景良好。五、地热利用技术（二）、地热供暖将地热能直接用于采暖、供热和供热水是仅次于地热发电的地热利用方式。因为这种利用方式简单、经济性好，备受各国重视，特别是位于高寒地区的西方国家，其