地热资源勘查方法及地热钻探施工技术探析

地热资源勘查方法及地热钻探施工技术探析

王莹

中国煤炭地质总局广西煤炭地质局广西壮族自治区柳州545005

摘要：地热资源勘查是为查明某一地区的地热资源进行的地质调查、物探异常查证、化学勘查以及钻探施工、降压试验等地质工作。地热资源勘查施工是地热勘查中的最重要的工程，在地热资源勘查过程其费用占比一般在90%左右。本文浅析地热资源勘查方法及地热钻探施工技术。

关键词：地热资源；热储层；勘查技术方法

引言

地热资源勘查工作的内容和投入的工作量应根据勘查阶段、勘探类型和工作区地热地质复杂程度等因素综合考虑确定。应选择经济有效的勘查技术方法、手段和合理的设计施工方案，达到工作阶段的要求。总结以往地热资源勘查工作，提出采用的主要技术方法为：资料收集，地质测量，物化探，地热探采结合井施工，抽水试验，取样化验，水位、水温、水量监测等。

1地热资源的勘查方法

1.1地质测量

地质测量是在充分研究利用工作区以往石油勘查资料和地质调查资料的基础上进行，其主要任务是查明地热田的地层时代、岩性特征、地质构造、岩浆活动，阐明地热田形成的地质条件。松辽盆地北部主要为层状热储勘查类型，地质测量图件比例尺区域性图件应选择1／10万～1／2.5万，地热田图件应选择1／5万～1／2.5万。

1.2地球化学调查

在地热资源勘查各阶段中都应进行地球化学调查。采取具有代表性的地热流体、常温地下水、地表水、大气降水等样品进行化验分析，对比分析它们与地热流体的关系。进行温标计算，推断深部热储温度。测定稳定同位素和放射性同位素，推断地热流体的成因与年龄等。地球化学调查比例尺应与地质测量比例尺一致。

1.3地球物理调查

地球物理调查是地热资源勘查工作中的重要组成部分，一般应在普查阶段进行，详查阶段要在普查的基础上，对有希望的地区进行补充工作，主要圈定地热异常范围和热储体的空间分布；确定地热田的基底起伏及隐伏断裂的空间展布。如松辽盆地北部，该区主要为层状热储，勘查一般利用人工地震法较准确的测定断裂位置、产状和热储结构；利用磁大地电流法确定地热田的热储位置和规模。地球物理调查比例尺应与地面测绘比例尺一致。对获得的物探资料，应结合地热地质条件、地热流体特征进行分析，提出综合解译成果，作为勘探井的布置依据。

1.4钻探

（1）勘探井的设计、施工以及勘探井内各种测试应满足查明地热地质条件，取得有代表性的计算参数和评价地热资源的需要。主要查明热储的压力、水位、温度、流量和地热流体质量。勘探井应保持垂直，在100m深度内其井斜不应大于10。勘探井口径应满足取样测井以及完井后安装抽水试验设备要求，探采结合井还应满足生产井设计抽水量及水泥固井及可能下入滤水管的要求。地质勘探井终井口径一般不小于91mm。（2）每一热田应有1-2个勘探井要求全部取芯，探采结合井可间断取芯，但必须做好岩屑录井、钻时录井、钻井液录井。岩芯采取与岩屑录井应满足划分地层、确定破碎带、储层岩性、厚度等要求。（3）勘探井在钻进过程中和完井后必须进行地球物理测井，测井项目取决于地质需要，一般井段做井径、井斜、电阻率、自然电位、自然伽玛、井温和井底温度等项目。完井后除做上述项目外。还应进行稳态井温测量。对中低温大型地热田还应做密度、声波、中子和流量测井。（4）钻进过程中的简易观测：目的层井段，必须经常对泥浆槽液面及泥浆池中的泥浆量的变化进行观察，注意有否漏失，漏失量及速度、漏失前后泥浆性能的变化。详细记录钻进的涌水、井喷、漏水、涌砂、逸气、掉块、塌孔、缩径等现象的起止时间、井深、层位及采取的处理措施等。对井涌或井喷还应详细观察记录涌、喷量及高度，连续或间断的涌喷规律、涌喷前后的泥浆性能变化等。系统测定井口泥浆的温度变化，在钻入热储目的层段时应加密观测并做好记录。钻进过程中对蹩、跳钻、放空等情况应认真记录起止时间、井深、层位、蹩跳程度、钻时情况，做好地质方面的分析判断。（5）完井试验，勘探井和探采结合井都应进行完井试验，测定地热资源评价必须的计算参数。完井试验又分为非稳定流抽水试验和稳定流抽水试验。非稳定流抽水试验，抽水井涌水量应保持常量，其变化幅度不大于3％。稳定流抽水试验一般要进行三个稳定降深。完井试验分为单井抽水试验、多井抽水试验和群井抽水试验三类。单井抽水试验一般做三个落程，稳定延续时间8～12h，用以确定流量与水位降低的关系，概略的取得含水层渗透系数、给水度或弹性释水系数、压力传导系数等。试验期间应尽量采用井下压力计测量水位的变化。直接从孔口测量水位时，应同时测量孔内水温，以换算为相同密度的水位多井抽水试验是指带有观测井的主井抽水试验，一般做一个落程，稳定延续时间24～72h，求得较为准确的计算参数。在详查阶段每一地热田进行1～3组试验。群井抽水试验是指在影响半径范围内，两个或两个以上钻井同时进行并有观测井的抽水试验。在勘探阶段可结合开采方案进行1～2组试验，一般做一个落程，抽水延续时间不少于7昼夜，以确定水位下降与总开采量的关系和合理开采方案。抽水、涌水、放喷试验中，均应观测水位（压力）温度的变化，温度观测读数应准确到0.5℃，并换算成相同密度的水位（压力）值。试验结束后观测其恢复水位（压力）。水位（压力）的变化宜用井下压力计观测，直接测量水位时应同时测量孔内水温，以便换算和比较。

2常用钻探技术施工工艺

2.1常规钻进液回转钻进工艺

常规钻进液回转钻进时应控制好钻压、转速、泵量。在进行常规钻进液回转钻进施工时应满足以下钻进操作要求：（1）钻进需要加压时应使用钻铤加压，钻铤总重量按所需钻压值的1．3倍估算。（2）钻头的类型和尺寸应与所钻地层、孔径相适应。下钻前应检查钻头水眼畅通情况和钻头磨损情况，不得使用不符合要求的钻头。新钻头应先磨合钻进0．5m左右，再逐渐增加到设计钻压。当钻速下降，应提钻检查。钻头提出后应进行分析、测量，如果非正常磨损严重则该型钻头不适应所钻地层，应更换。（3）接单根钻杆下放钻具前，应先开泵、启动回转器，再下放钻具到井底，逐渐加压钻进。下钻应平稳，遇阻不得猛墩、硬压。（4）保持钻井液性能良好，使孔内清洁、孔壁稳定，防止卡、埋钻事故发生。（5）正常钻进中要求操作平稳，均匀给进，不得猛放猛压。注意钻具扭矩变化，如有异常，随时调整钻进参数。同时，要确保钻井液排量满足要求。（6）钻遇泥岩井段时，若钻速下降明显，可适当提高钻压，降低转速；若钻遇硬夹层发生轻微蹩钻现象时，可适当降低钻压，同时降低钻速，等钻穿后再采用正常参数钻进；钻进卵砾石、破碎带时，应调整钻压，适当降低转速，防止钻头在井底跳动、剧烈震动和蹩车。

2.2各种钻进工艺适用的地层

在松软地层可选用钻井液回转钻进，在较硬地层可选用钻井液回转钻进、气动潜孔锤钻进和气举反循环钻进，在热储开采段可选用钻井液回转钻进、空气钻进、泡沫钻进和气举反循环钻进。

2.3气动潜孔锤钻进工艺

在进行气动潜孔锤钻进时应控制好供气量、供气压力、钻压、转速等钻进参数。钻进施工时应满足如下施工要求：（1）气动潜孔锤钻进加接钻杆时，应注意检查被加接钻杆内有无堵塞物。下钻前，应在地表做气动潜孔锤启动试验，检查冲击器是否工作、卡钎套是否牢固等，正常后方可下钻。（2）气动潜孔锤每次下钻，不得将钻具直接下到孔底，当钻具距孔底0．5m左右时，即开始送气，待气畅通后，方可慢速回转并下降钻具。当钻头接触孔底后，冲击器应立即启动冲击，如不冲击，可上下窜动钻具，确认冲击器工作正常后，再将钻进参数调整至正常值进行钻进。（3）气动潜孔锤钻进时，发现蹩泵、潜孔锤停止冲击，经上下窜动钻具、调整气量无效时，应提钻检查。（4）气动潜孔锤钻进时应随时注意观察气压变化情况。压力突然下降，是钻杆、冲击器活塞、钻头折断或接头漏气，应提出钻具进行检修；压力突然增加，是由于孔内坍塌掉块或岩粉过多，应停止钻进，上下活动钻具，大气量冲孔排粉。

结语

地热资源是一种绿色新能源，地热资源、地热能的开发利用符合当今社会绿色、可持续的发展理念，前景广阔，因此加强地热资源的勘查意义重大。

参考文献

［1］胡燕，林黎，林建旺，等．天津市地热资源可持续开发潜力评价［J］．天津：天津地热勘查开发设计院，2017．

［2］程万庆，等．天津地区砂岩热储回灌研究［J］．天津：天津地热勘查开发设计院，2018．