高温地热钻井技术概述及操作流程

 针对以上难题，国内外经过实践探索，初步形成了以下高温地热井钻井技术。

 

  高温井钻井安全控制技术

 

  对于300℃以上温度，国内外应用较成功的是采用泡沫钻井液体系，中国石油钻井工程技术研究院与长城钻探工程公司合作，曾在肯尼亚成功钻出一口地热井，地层温度达350℃，证明在地层温度达350℃情况下泡沫钻井流体可适应高温要求[8]。该井钻井过程中交替采用了泡沫循环与注水冷却措施，防止循环流体过热导致液体汽化。该技术每采用清水钻进一段时间后，就打入一段泡沫，解决岩屑携带问题。安排专人监测返出钻井液的流量与温度，如果温度超过设定的警戒值，则立即关井，从环空与钻具内同时入清水冷却。安装完善的井口压力控制装置，一旦发现有蒸汽喷出，能立即关井。安装完备的节流与压管汇系统，能实施节流排出蒸汽与返向灌入清水。

 

  此技术要求泡沫可以回收利用，需准备一个较大的水池，将返出泡沫灌入池中，待泡沫自行消泡后可以重复使用。泡沫必须能抗高温，必须有适中的自行消泡时间井场，必须准备空气压缩机、增压机等设备。

 

  抗高温固井水泥浆技术

 

  固井水泥石的抗温能力是保证水泥环长期有效封隔的关键。目前在稠油开发中已应用成功的加砂水泥可以大幅度提高水泥石的抗温能力。一般水泥中加砂量在30%—40%，可以适应稠油热采井采用300℃过热蒸汽进行吞吐开采的要求，但仍不能满足高温地热水（汽）开采要求，需进一步采用以下技术：（1）采用加砂（硅粉）水泥、紧密堆集水泥浆技术可以提高水泥石抗温能力；（2）加入空心玻璃微珠不仅可以降低水泥浆密度，减少固井时漏失，还可以大幅度提高水泥环的保温能力，有利于提高采出水温度；（3）采用抗高温缓凝剂控制高温情况下水泥浆凝固时间；（4）采用正注、间歇反挤法保证在固井漏失情况下套管外完整充填，即使水泥已粉化，仍能实现套管外的可靠封隔。

 

  抗高温井下工具

 

  中国石油钻井工程技术研究院研制出抗高温橡胶，制成C5LZ172X7.0-G耐高温螺杆钻具系列。涡轮钻具可以耐更高温度（图3）。

 

  井眼轨道监测与控制技术

 

  对于钻定向井与水平井来说，由于地层温度太高，仪器的抗高温性能实现难度很大，即使在技术上可行，其成本也太高。采用单点测斜是唯一可用的测斜方式。在这种情况下，需要发展与单点测斜相适应的井眼轨道控制技术。在满足高温地热定向井对于井眼轨道控制精度并不是太高的情况下，采用单次测量取代连续测量，可以解决井眼轨迹测量与控制问题。

 

  采用自浮式单点测斜方式，开泵将测斜仪器送到井底，并保持循环到测斜结束后停泵，可让测斜仪上浮。仪器采用保温筒结构，可提高仪器短时间抗温能力，满足测量需要。

 

  抗高温钻头技术与提高钻速技术

  定向钻进等需要采用井下动力钻具，国内耐高温螺杆钻具可以耐210℃高温，基本适应地热定向钻井的需求。更高温度下的钻进需要采用涡轮钻具，该类钻具可以没有橡胶密封件，因此理论上可以适应更高的地层温度。

 

  针对常规钻头密封件中橡胶不能抗高温，导致钻头寿命太低的问题，采用金属密封代替橡胶密封，可以提高抗温能力（图4）。

 

  为提高钻速，需要增加钻铤尺寸与数量，增大钻压，使钻头产生高效率的体积破碎；采用高性能钻具接头，特别是钻铤丝扣应有应力减轻槽；也可以在钻具中加装减震器，试验采用液力冲击器等技术。

 

  高温地热井成井与测试技术

 

  因为地热井大多是火成岩，稳定性较好，高温地热井通常采用裸眼完井[9-11]。井口装置安装在表层套管上，技术套管下完固井水泥浆返到地面，并采浮动结构，防止采蒸汽时技术套管热胀冷缩损坏井口。通过技术套管进行电测，完井不电测，直接进行生产测试。

 

  肯尼亚高温地热井钻井实例

 

  中国石油长城钻探工程公司在肯尼亚曾成功钻过地层温度达350℃的地热井，初步形成了地热井的钻井技术，OW904井泡沫钻井。其关键技术包括：（1）抗高温泡沫钻井流体技术（抗地层温度350℃）；（2）间断注水冷却技术，降低井筒温度；（3）采用加砂水泥、紧密堆集的高温固井技术；（4）井口安全保护技术。