關中地區第三系地熱資源豐富, 20世紀80年代以來, 地熱資源開發進入黃金時期, 截至2005年已施工200余眼開采井, 井口水溫最高達120℃, 一般60 ～ 70℃。西安市長安區東大鄉北石村構造上位于秦嶺北側斷裂(BF4)上盤, 為第四系洪積扇沉積, 下盤為元古界淺變質巖系, 為燕山期花崗巖及花崗閃長巖侵入體, 古生界變質巖系, 斷裂帶寬度200m。電測深資料反映, 第四系地層中有EW與NW向兩組斷裂追蹤延展, 沿斷裂帶巖石擠壓破碎, 糜棱巖發育, 喜山期以來一直作強烈垂直差異運動, 表現為張性并具左旋剪切現象, 與上述一級斷裂貫通, 沿斷裂帶有地熱異常分布。該區與秦嶺北側東西向約400 km的地質儲熱特征一樣, 富集了大量地下熱水資源。東大鄉區內已開發的地熱療養院、地熱水漁場已有五六家, 初具規模。

 

  1 地層巖性及含水性特征

 

  北石村位于東大鄉的東部, 南距秦嶺山脈僅1 000 m, 西距已開發的漁場熱水井僅600 m, 東鄰灃峪口森林公園3 km, 開發地熱資源條件非常優越。

 

  經鉆探巖屑地質錄井, 北石村熱水井地層巖性如下:0 ～ 30.00 m為表層耕作黃土層及漂石、卵石,成份為花崗巖, 含有潛水。30.00 ～ 354.36 m為亞砂土、亞粘土及粉砂土互層, 其中亞砂土、亞粘土為相對隔水層, 粉細砂、細砂土為潛水涼水含水層。

 

  354.36 ～ 360.16 m為亞粘土, 系隔水層也是保溫層。360.16 ～601.00 m為中粒砂土及細粒砂土, 為儲熱含水層, 具承壓性。

 

  2 成井工藝

 

  施工設備采用了水源-1000型鉆機, 17.5 m四角鉆塔, BW -850 /50泥漿泵, 6135 柴油機, WY-10/7型風泵。鉆井結構見井管結構示意圖。

 

  鉆進方法:一開采用 311 mm牙輪鉆頭無芯,鉆穿表層河卵石, 漂石;采用 500 mm的三翼刮刀式鉆頭擴孔至井深30 m;下入 377井壁管30 m、井壁管上端與機架固結;二開采用 311牙輪鉆頭, 鉆至井深355.00 m。鉆具組合為 89 mm鉆桿+121 mm鉆鋌+ 280 mm扶正器+ 311 mm牙輪鉆頭;三開采用 215 mm牙輪鉆頭。開鉆時, 帶280 mm扶正器, 找中鉆進2 ～ 3 m。恢復正常鉆進后, 采用鉆具組合為: 89 mm鉆桿+ 121 mm鉆鋌+ 200 mm扶正器+ 215 mm牙輪鉆頭, 鉆進至井深601 m, 達到井深位置。

 

  泥漿參數:儀器配備有粘度測試儀、比重稱、泥漿失水儀、pH試紙等。一開采用黃泥土造漿, pH值8 ～ 9、粘度30 ～ 40 s, 比重1.15 ～ 1.20 g/cm3 , 不需控制水;二開與三開均采用腐植酸鉀-CMC鉆井液, 泥漿配方為:膨潤土8% ～ 12%, CMC為0.10%～ 0.15%, 腐植酸鉀0.15% ～ 0.18%, NaHCO3 為0.10% ～ 0.15%, 泥漿性能參數為:粘度25 ～ 28 s,比重1.10 ～ 1.15 g/cm3 , 失水量小于30 L/30 min,pH值8 ～ 9。

 

  異徑井管止水:地熱水井成井的關鍵是如何有效的完全隔離涼水含水層。以往成井的經驗是用水泥封閉, 加上孔壁的自然塌落。主要是下入井管后,水泥在保溫層的頂部是否量足或者是否能完全按設計到位, 另外水泥在保溫層頂部或凝固或稀釋的狀態, 這些都很難確定或驗證。所以設想:在保溫層頂部下入長約3 ～ 5 m的異徑井管后, 再用水泥封閉上部涼水含水層。其它則按施工要求, 進行破壁換漿、洗井、抽水試驗等。

 

  3 成井效果

 

  北石地熱水井按上述成井工藝施工后, 自溢流量60 m3 /h, 抽水流量大于100 m3 /h, 水溫高達94℃, 居東大鄉各地熱水井之首。與其距離最近的地熱井相比(水溫60℃), 熱效提高30%, 達到了預期目的。