地熱井與油氣井不同,地熱井的鉆井液必須循環冷卻,以防汽化。注水泥的方法也是特殊的。地熱井發生井噴,壓井技術也與油井的控制技術也不同。如果井噴發生在淺水層,解決的難度更大。

 

  1955年z月,在美國內華達州的FallonJ夕付近,Ormat公司14一6號井發生了井噴。此井與其它生產井一樣,使用相同的鉆井方案施工。由于意外事故引起了循環液漏失,最后發生井噴。

 

  Ormat能源系統公司立即請休斯頓的Neal八dams消防隊承擔壓井作業。控制作業要求地表和地下控制相互結合。重要的是時間,這口鉆井要噴出溫度350“F、每分鐘出水量5000加侖(18。gm”)的地下熱水。

 

  井噴過程14一6號鉆井共鉆進887英尺,在鉆到大為882英尺時,發生泥漿漏失,約250桶。隨后加注泥漿處理。漏失被止住,又繼續鉆進約4英尺,遇硬巖后停止鉆進,認為這是熱儲層的頂部。

 

  為解決井漏問題擬定了一項方案。在熱儲層頂板的頂點注砂塞,然后在下套管之前在裸眼中注水泥塞。

 

  正當拉起鉆桿準備點注砂塞和水泥時,發生井噴,此時,孔內下了1根鉆挺立根,井架上懸掛著1根鉆挺立根(2節鉆挺和1節鉆桿)。

 

  井架工發現蒸汽上升到井口,自管線流出的液流中含有粘土塊。關閉環心防噴器,液流開始流到鉆機周圍。1.5小時以后,產生了一個噴井口,淹沒了鉆機。

 

  流體噴出量估計5000加侖/min,產生了蘑菇狀蒸汽云,蒸汽云高出井口2000英尺左右。

 

  在水流進入排水溝的情況下,熱水和蒸汽造成一個巨大的噴井口,其噴口尺寸為105英尺x115英尺。噴井口平均深度為100英尺。

 

  井噴的控制方案選擇壓井方法時需要特殊考慮。通常可用冷水抑制井噴,但冷水在井底受熱變成蒸汽時,又將發生井噴。故鉆井液需循環冷卻,以抑制井噴。

 

  由于地下水的壓力引起井底壓力變化,所以該井比其他地熱井復雜。既需要冷水,又需要重泥漿。另外還要考慮在熱儲層頂部、砂質巖的裂隙、斷裂間循環液的漏失問題。裂隙、斷裂將使泥漿或水泥漏失。壓井之后,熱儲層壓力開始逐漸上升,將井內的部分泥漿或水泥柱推出井外。因此,還需要頂部壓井。其時間應在井底壓井的同時或緊接井底壓井之后。頂部壓井也不容易,因為井架底座和防噴器已經沉入100英尺的噴井井口中。總方案如下:

 

  ·鉆一口解救井,與噴發井在井底相交;·如果要控制鉆井,應以大泵量泵送冷水或泥漿;·向噴發井的底部注水泥;·在井噴被處理之后,應清理噴井口;·切害q掉或爆炸掉井架底座和其它沒備,以讓出裝置防噴器的通路;·利用留在噴發井內的鉆具向井底泵送鉆井液;·根據井底注水泥情況,把小直徑鉆桿柱盡可能深地下到井底水泥塞的頂部,并注水泥至地表,·爆炸切斷和打撈防噴器;。

 

  回填解救井。

 

  解救井方案解救井是控制井噴的特殊方法。這是一項復雜的作業,包括鉆井、定向、專門的井噴壓井方法和大的壓井泵送系統。

 

  解救井的目的是把壓井液泵送到噴發井的井底。由于下列因素,故比較復雜:

 

  ·噴發井的地表位置沒有明確的標志,也沒有其它井場位置作參考;·由于噴井口充滿了沸水,不可能準確地定出井噴噴口的位置,·對‘鉆井井底的位置不能進行測量。

 

  然而,井噴又有下列有利條件:

 

  ·井底位置淺,所以難于測量的錐形漏斗小;·原17’/2英寸(444.5mm)的井徑,由于井噴沖蝕而變大;·如果井噴已看不到,解救井就緊靠鉆井,以便與高滲透性熱儲層的頂部或高傳導性斷層相交。

 

  解救井的設計與施工,鉆機應盡可能接近噴發井,使鉆進的角度和水平移距減到最小限度。要求彎曲度為6一7。/100英尺。該消防隊在前一年曾用13。/100英尺的彎曲度施工一個解救井,控制了一次井噴。盡管大彎曲度不是很理想的,但對淺井是容易控制的。

 

  解救井比典型的地熱井多用一套附加套管柱。它是為解決淺部井噴時可能發生地下污染而配備的,這在其它作業中曾經用過。

 

  主要靶區是熱儲層以上10英尺的井噴井身。即使解救井不與噴發井相交,解救井將在噴發井以西15英尺、以東6英尺共21英尺誤差的范圍內與熱儲層或斷層相交。

 

  為了熱水的流散,從最壞的情況出發,按100桶/min的流量,設計建造了一個容積為7000桶(lii2.9m8)的貯水池。此外,配制了1200桶、密度為11磅/加侖(1318kg/m3)的壓井泥漿,并且_用密度為30磅/桶(85.6kg/m“)堵漏材料配制了300桶的高粘度泥漿,必要時泵入裂隙。萬一有井漏,現場備有壓注柴油—水泥和硅酸鈉球的堵漏材料。壓井液通過防噴器泵入鉆孔的環狀空間。在壓井泵送系統與防噴器四通的2個出口連接,作為主要的流動通道,與鉆桿柱連接,以便沿鉆桿泵入壓井液。對該系統作了最大流量為100桶/min的試驗。

 

  壓井作業該井是按無異常的情況下鉆進設計的。95/:英寸套管下到800英尺深并注水泥。在鉆出馬5/。英寸套管之前,對壓井系統作了流量試驗,對防噴器也進行了試壓。全系統功能達到·13·設計要求。

 

  套管內的水泥被鉆到離套管鞋5英尺。然后,進行自導定向測量,測定確實的井位,以決定達到靶區的解救井軌跡是否可被壓井作業所允許。設計表明解救井應當在3英尺半徑范圍內擊中靶區。

 

  鉆進的終孔段與靶區相交。大約在925英尺發生井漏,按照設計方案繼續鉆到937英尺,漏失速度在允許的范圍內。

 

  關閉防噴器—首先關閉環心,然后關閉并鎖緊閘板。卸去主動鉆桿,接.上泵送接頭,使泵送系統的2英寸管線與鉆桿連接。

 

  通過3英寸壓井管線開始向環狀空間泵送壓井循環介質。流量從5桶/min提高到25桶/min,共泵送925桶,井噴很快停止,噴井口液面慢慢下降。

 

  假定壓井系統所泵送的壓井用水在噴發井內不再明顯上升時,則可認為壓井用水沿斷層進入熱儲層,使井的周圍地層壓力上升。

 

  壓井結束之后,立即注水泥。由于鉆井被抑制,不要期望熱儲層涌出熱流而中斷注水泥。水泥配制如下:

 

  成分數量(桶)水510男氯化鈣40水5防護液40水6水泥〔G級+觸變填加劑(Thixo￡111)〕142置換水56最后加注水泥到862英尺的深度。當考慮到排出液(氣)體的數量和井眼沖蝕時,頂部的水泥應具有一定的深度。

 

  在設備搬到噴井口位置后,對鉆井觀察36小時,如無問題,表明井噴已被壓死。

 

  噴井口評價和注水泥壓井作業的第二階段是從地表注水泥。包括抽出噴井口的水和研究水泥注入地層的方法。

 

  用2500加侖/min(9.5m“/min)的潛水泵排除噴井口的水。由于液面下降,噴井口的陡壁坍塌,對人員在噴井口邊工作或行走時造成危險。為了安全,將噴井口邊圍起來,經過幾天坍塌井口周圍穩固下來。噴井口直徑增加了約30英尺。

 

  井架底座以35。角度下沉在噴井口中,轉盤在最底下。鉆挺在夾持器中。鉆挺上部母扣已成卵形。噴井口處的許多設備,被土壤覆蓋在井架底座之下。

 

  從噴井口采集了水樣,水溫不高(80一gooF),所以,是來自地下水,不是來自熱儲層。

 

  噴井口作業的主要目的是盡可能深安置良好的水泥塞。

 

  在離原井位3~5英尺處施工一個鉆孔,鉆頭直徑6’/:英寸,鉆孔鉆至300英尺,此深度應封孔止水,這涉及了當地居民區的用水問題。在此深度注入水泥。

 

  深度超過250英尺鉆井液開始汽化,該地區淺部地層溫度比預想的要高得多。

 

  (下轉第7頁)34。(圖1)、勘探砂礫獷床抓斗裝置KFo一12(圖2)。研制了yPB一3A3鉆機用的鉆探與氣動取心的整套技術裝備等。使用這些裝備縮短了勘探周期及保證了高效率。

 

  yFB一50M,yPB一2.5A,yPB一3AM,yPB一ZA一ZrK等鉆機在使用時,配備有遮擋雨雪的外罩。目前使用yyC一1型移動式沖擊鉆機,靠它的沖擊器沖擊地表產生彈性扳動以代替用爆破法產生彈性波。

 

  在春秋季節勘探疏松性建材,大量采用水力取心的高效鉆機KrK一100。在冬季對此鉆機進行了鉆進試驗和用空氣及泡沫洗井試驗。1988年上半年使用泡沫劑鉆進了1000多米。應用CBK一255/340振動鉆具并配合KrO一12抓斗裝置勘探砂礫礦床是很有前景的。它們的可靠性和高效率已為實踐所證實。CBK255/34。鉆具在勃良斯克州和莫斯科州的磷灰巖礦床施工了28個孔,總進尺283.4m。計時觀測表明回次平均鉆速為3.7一3.,gm/h。比西馬科夫取土器鉆速高。.3倍。鉆具結構能保證快速取心。巖心采取率為90%~100%。

 

  聯合體研制的抓斗(與yPB一3A3型鉆機配套)在礫石含量為35%~45%、巨礫含量為20%一35%的地層中能施工深12m,支護外徑為1120~102omm的淺井。在莫斯科州和加里寧州勘探砂礫礦床時,取出的巨礫尺寸為300~40omm,個別的達到600一650mm。取出的樣品在數量上和質量上都完全滿足地質要求。目前,根據蘇聯地質部的安排,中央地質聯合體已著手研制yPB一2.5A自行式鉆機用的施工孔徑為600~900mm的抓斗裝置。孔徑小,能量消耗下降,鉆速提高、勞動條件獲得改善。

 

  今后,提高淺井掘進和大口徑鉆孔鉆進的效率,必須使施工現場準備、井壁支護、起下鉆作業、取樣、清除孔口巖石等操作工序實行機械化。技術裝備的完善,施工質量和工藝水平的提高顯然在一定條件下為過渡到程序工藝和普遍使用計算機為數據處理和最佳方案的選擇創造了前景。