浅析清水气举反循环在勘探施工中的应用

浅析清水气举反循环在勘探施工中的应用

李利彬

身份证号:13052119890307****

摘要：地热能的直接利用是使用地热能的最古老、最广泛的常见方式之一。2022 年6月，国家发展改革委等九部委联合发布了《可再生能源“十四五”规划》，提出积 极推动地热能规模化开发。随后，全国各地掀起地热能开发利用浪潮，相关政策频繁出台，地热能被赋予了新的历史使命，地热市场也因此变得极为活跃。因此，地热钻井施工诱发地质结构失稳防治措施研究成果的应用，能够为地热开发保驾护航，市场前景十

分广阔。

气举反循环钻探技术是将压缩空气通过双壁钻杆环隙,送至井内气水混合器部位, 空气与钻杆内钻井液混合形成密度较小的充气混合液流,这样就在排浆管与钻孔内产生

了液柱压差,孔底被破碎的岩屑在压差作用下被携带至地面。

近年来,随着全国各地地热市场的繁荣 ,钻探深度也飞速增加。例如,1996年前, 钻探1000～1500m的称为深井,现在单井钻探深度已突破4100m。2000m以内的地热井较

少,2000～4000m常见。

关键词：地热能、气举反循环、“十四五”规划

第1章前言

1.1背景

清水气举反循环钻井，是一种相反于正循环钻井的工艺。即清水从套管与钻具的环 形空间灌入，一般灌入量不小于40m3/h，到达钻具底部（安装有混气器）形成负压，岩

屑随着清水一起从钻具内孔返出的工艺。

1.2目的意义

针对漏失量比较大的基岩地热井，正循环顶漏钻进一方面是钻进速度慢，另一方面是风险大，沉砂埋钻的风险很大。反循环钻井技术，可以有效解决针对漏失层位钻进时正循环的弊端，大幅度提高钻进效率，机械钻速增加1/3左右；因为是清水钻进，故对 产层污染小，增加了水量，地层单位涌水量也得到了很大程度的提高；对改善成井参数

效果非常明显。

气举反循环钻探技术具有钻进效率高、岩心采取率高、判断准确、成井质量好、钻头寿命长、成本低等优点。为了更好地推广应用,就其应用条件及推广应用中应注意的

问题提出一些个人浅见。

1.3研究范围

气举反循环钻探技术的应用条件综合有关钻探单位的施工经验,其应用的条件是:

1.3.1地下水位与孔深需适当。一般要求地下水位在3m 以下为宜,但也不宜太深, 因为地下水位深时就可能导致地层漏水严重难以实现连续反循环。同时,如果水位深而 孔浅,则没有使用价值。因为气举反循环钻进在浅孔时为低效区,30～50m孔深以后才为

高效区,因此,只有当地下水位在3m左右,孔深在50m以下才有使用意义。

1.3.2不宜用于大漂卵石地层。因为当漂卵石砾径大于双壁管内径时,它们不能从内

管中通过,如果回转钻头不能将它们破碎,则将会逐渐集聚于孔底,给继续钻进带来困难。

1.3.3在第四系漏水地层或地下水贫乏的地区施工时,应有充足的水源才能保证气

举反循环的正常钻进。

气举反循环钻探技术是将压缩空气通过双壁钻杆环隙,送至井内气水混合器部 位 ,空气与钻杆内的钻井液混合形成密度较小的充气混合液流 ,这样就在排浆管与钻

孔内产生了液柱压差 ,孔底被破碎的岩屑在压差作用下被携带至地面。

1.4要求达到的技术参数

清水气举反循环，主要应用于地层相对稳定的基岩地热井，可以减少对地层的污

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染，从而增大出水量约1/3，增加水温约0.5℃—2℃。当该井是回灌井时，因为减少了

地层的拥堵，所以可以一定程度上增加地层的回灌量。

第2章各种工况井漏处理预案

2.1钻进过程井漏应急程序

2.1.1 坐岗人员发现井漏，立即报告当班司钻；

2.1.2司钻上提方钻杆后，检查泵压变化情况；

2.1.3观察井口钻井液液面是否下降，同时向井队值班干部、技术员和井队平台经

理汇报，并再次确定已漏失钻井液体积及钻井液漏失速度；泥浆工收集整理漏失时间、

井深、钻时、地层、漏速、钻井液性能等数据；

2.1.4确定漏失类型为渗透性漏失且漏失速度小于3m3/h，则采取：起钻静止、打高 粘度钻井液起钻静止、提高钻井液粘度、适当降低钻井液密度、减小排量抢钻、加随钻

堵漏剂钻进等措施；

2.1.5 确定漏失速度大于3m3/h、小于10m3/h且停泵井口液面下降时，立即起钻， 起钻中灌入相同钻具体积的方法起钻至安全井段（套管内），用GD-Ⅰ、GD-Ⅲ或加其它

桥堵材料桥塞堵漏；

2.1.6 确定漏失速度大于3m3/h、小于10m3/h且停泵井口液面稳定时，如通过配制 钻井液能保持循环所需要的钻井液量，则继续循环采取相应堵漏措施。或者降低循环排量，观察漏失是否停止。如果不停止，则再降低循环排量至单凡尔排量，直到把漏失减少到完全可以用配制新钻井液来维持循环，同时采取适当降低钻井液密度、加随钻堵漏

剂等措施。单凡尔还存在漏失，则应立即起钻；

2.1.7 发生大于10m3/h或只进不出的漏失时，立即起钻至套管里，判断井漏类型制

定科学合理的堵漏技术方案；

2.1.8 使用螺杆PDC钻具的必须简化钻具更换为大水眼牙轮钻头下钻堵漏。

2.2下钻过程井漏应急程序

2.2.1 坐岗人员下钻发现井口2柱不返钻井液，立即报告当班司钻，观察井口钻

井液液面情况；

2.2.2 井口液面正常，可小排量顶通，逐渐增加排量，必要时要处理好钻井液（加

随钻堵漏剂）后再下钻；

2.2.3 井口液面下降，立即向环空灌满泥浆，把钻具起到安全井段（套管），研究

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处理办法；

2.2.4 继续下钻时，环空不返或从钻杆内返喷钻井液，应起到正常井段，分段下钻

循环清洁井眼，开泵操作应特别慎重，以免再次井漏；

2.2.5 若单凡尔开泵中出现环空蹩压和钻井液漏失应果断停泵起钻至安全井段，

可在加入随钻堵漏剂GD-Ⅲ等堵漏措施后，分段下钻畅通井眼；

2.2.6 若单凡尔开泵井口不返钻井液和环空无回压等情况，立即起钻至安全井段，

判断井漏情况，制定详细的钻井液堵漏技术措施和堵漏施工技术方案。

2.3循环加重过程井漏应急程序

2.3.1做岗人员发现漏失立即汇报司钻，司钻应按钻进工况处理漏失，若为非控制

油气浸和井下出水类加重作业应立即停止加重；

2.3.2发现渗漏，井下条件许可可适当降低钻井液密度，或在循环系统中加入2%的

GD-Ⅲ观察渗漏是否解除；

2.3.3若在控制油气浸和井下出水类加重作业发现井漏，可先堵漏后加重。

第3章清水气举反循环钻进实例

3.1南开区NK-14B井

天津市南开区NK-14B井，2015年3月25 日开钻，当钻进至1801米时，井大漏不 返浆，经过测试，漏失量达到105m3/h，顶漏钻进11.3米，突然钻机、转盘负荷加剧， 别钻严重，接不上单根；又采取不开泵干磨地层方案，该方法对钻具和套管产生了较大的损害，并且不能继续钻进；最后采用了清水气举反循环钻井工艺，经过了8天时间， 累计钻进深度535米，平均机械钻速达到6.2m/h，钻进至井深2336米，达到设计要求，

故申请了完钻；成井水量140m3/h，水温60℃,均符合设计要求。

3.2东丽区DL-80B井

天津市东丽区DL-80B井，2015年6月13 日开钻，钻进至断层破碎带，正在沧东断 裂的次一级断裂上，地层稳定性差，经常伴有地层坍塌、掉块，埋钻风险极高。因为该井的施工，公司曾派到现场多名专业技术人员，并且时常有教授级高级工程师到现场进行指导。天津市规划和自然资源局的领导也意识到该井的复杂程度，多次组织专家例会， 研究施工方案。施工困难程度很大，风险高，但是最终运用清水气举反循环钻井方式， 成功钻进至井深1552米完钻，水量126.03m3/h，水温93℃,在井深1500米里的地热井

中，该井的温度堪称最高，得到了规自局、水务局等管理部门和甲方、监理公司的高度

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好评，竣工验收当天，由规自局出面，邀请天津电视台到现场进行采访报导，完井之后，

倍受鼓舞。

3.3河西区HX-51B井

天津市河西区HX-51B井，2016年1月13 日成井。后遭到土方施工队伍不小心挖开 井口，流入了大量的混凝土、施工渣土、鞋底、塑料瓶等杂物，多达80立方米，之后 进行了漫长的修井过程，最开始另外一只施工队伍采用正循环钻井工艺进行修井，历时20天，不见成效；后来开发商找到我司，经过了现场考察，了解了该井的成井参数和成 井结构后，制定了修井方案，最终历时40天时间，修井完成。其实在施工过程中，我 们也遇到了很多困难，但是始终坚持一个信念，相信清水气举反循环工艺一定可以解决这个问题，结合之前的施工经验，我们通过变换水龙头、钻头等方式，最终圆满完成了

修井工作，井深2219米，水量126m3/h，水温87℃,所有参数均符合当时成井的参数。

3.4河北省保定市蠡县LX-12井

LX-12井，从井深2702米处开始大漏不返浆，经过了多次尝试其它方法无果后，我 们采用清水气举反循环钻井工艺，成功钻进至3808米，完钻。成井水量126m3/h，水温

120℃,超出了设计要求。

2017年4月1 日，党中央宣布设立河北雄安新区，打造无烟城，雄县95%以上供暖

为地热供暖，打造雄县模式。

第4章结论

经过了大量的实际案例，关于气举反循环相比正循环钻井的优点，总结如下：

4.1吸程缩小

简易气举反循环钻具是一种井下水力吸砂器，吸点在钻头上，钻头在哪儿，就抽 吸到哪儿。吸砂时，钻头在砂面上，吸程为零，清洗含水层时，吸程仅为钻头直径与井壁间环空间隙（40—50mm）。而一般正循环吸砂洗井，下风管450—500m。它的负压吸点

固定在500m。

4.2携砂力增大

反循环冲洗液上返水速度成倍增加了，携砂能力增高了。我们现在使用的反循环上返水速度达到5.36m/s，是同等直径钻具中正循环速度1.33m/s的4倍。由于上返水速 度增大，原来携不动的钻屑被带上来了。如2012年于北京市顺义区后沙峪顺热灌-3号

井，于2840m处吸排上粒径长30mm、宽20mm、厚14mm的罕见白云岩掉块。

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4.3清洗能力强

因钻头距离井壁很近，抽吸力比常规洗井抽吸力更大，能从井壁上吸排出较大颗粒。 在今后的施工中，我们会不断的摸索清水气举反循环钻井的深一层次知识，并且争取

将该工艺应用于“一井两用”中，“一井两用”我司已经向国家知识产权局申请发明专利， 目前取得了突破性的进展。未来我们会争取将一些很难使用正循环钻井的复杂地热井一

一攻克，为地热井行业做出应有的贡献。

采用清水气举反循环钻进的地热井，在同区块同层位中成井参数均超过设计值上 限，是合格并且优质的地热井，得到了天津市规划和自然资源局、天津市地下水资源管理办公室、天津地热勘查开发设计院、各甲方单位、天津市规国地质工程监理有限公司

的高度好评，为我们今后施工类似地热井提供了宝贵的经验。

参考文献

［1］李任年. 利用清水气举反循环修复堵塞的基岩地热井［M］地质出版社 2012，30：

55～56.

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