河北省地质测绘院 河北廊坊 065000
摘要：科技的进步，促进人们对能源需求的增多。地热资源是一种清洁可再生能源，随着煤、石油等常规能源不断开发利用、环境污染等日益突出，节能减排和应对气候变化使得新能源和可再生能源的开发利用成为世界各国能源发展的重要战略。高温地热资源一般埋藏较深（>1000m）、产层温度高、地层岩性坚硬、缝、洞发育，给高温地热井建井带来一系列复杂问题。本文就高温地热井钻完井关键技术展开探讨。
关键词：高温；地热井；钻井；固井；钻头
引言
高温地热井钻井施工存在较高的作业风险，稍有不慎就可能导致钻井事故，引起惨重的设备损伤、环境污染、危害钻井工人的健康，甚至是生命安全。钻井施工单位应始终做好健康、安全和环保等方面的工作，切实保护好工人的健康和人身安全、钻井设备和井身结构安全，以及保护钻井现场周围的生态环境免受破坏，认真做到安全钻井、绿色钻井。
1高温地热井钻完井技术难点
（1）钻具易磨损。高温地热井由于地层、特殊钻井液等原因，钻具易磨损。地热井内的环境常常具有强腐蚀性。在钻进变质岩和火成岩时，会有某些非凝聚性气体存在，如：一氧化碳、二氧化碳以及硫化氢等。这些气体对钢的影响作用是：变脆、形成微裂痕等等，加剧钻具磨损，严重情况会导致断钻具。（2）钻头寿命短。大多数情况下，高温地热井要钻遇变质岩、火成岩地层。地层岩石硬、地层研磨性强、钻井难度大，地层温度高容易导致常规牙轮钻头牙齿磨损速度快、掉齿严重、轴承系统早期失效，缩短钻头寿命，常规钻头已经不能适应高温地热井钻井技术的需要。（3）漏失层位固井质量差。高温地热井固井要求每层套管的水泥封固必须长期可靠。地层温度高、漏失严重增加了固井难度，挤毁套管，这种情况如果出现在靠近地面的表套与技套之间，其后果更严重。（4）安全钻井难。高温地热井钻井过程中，从地表可能就有高温蒸汽出现，温度高达150℃以上；随着井深的增加，产层最高温度高达350℃以上，安全钻井难。
2高温地热井钻完井关键技术研究
2.1高温岩体地热钻井技术
高温岩体的施工对象主要是花岗岩，在提取花岗岩自身热能量前需要对花岗岩实施钻孔并通过水力作用进行压裂以形成垂直裂缝，然而对于高温高压环境下的井孔围岩，其岩体强度显著降低，流变性加剧，钻孔施工中缩颈、变形失稳、井壁坍塌等现象非常严重，致使钻井费用巨幅增加，更导致工程计划难以实现，为解决这些问题，需要对深部钻井施工及热一流一固多场耦合作用下的井孔围岩系统稳定性技术进行深入细致的研究。对于地热井井壁围岩，由于高温高压及其钻井液的存在，使得井壁的稳定性变得复杂化，在温度变化的作用下会使得岩石的物理力学特性产生变化;同时由于钻井液的渗透作用，使得钻井围岩产生热破裂，导致花岗岩的力学特性下降;最后在井眼钻进的过程中，井眼的形成破坏了地层原始的平衡应力，在钻井液的液柱压力作用下，使得井壁围岩的应力重新分布，当井壁上某一处的应力超过了花岗岩在高温高压作用下及热一流一固耦合作用下的强度极限时，会引起井壁失稳现象的出现。因此为了解决热一力耦合作用或热一流一固多场耦合作用下钻井围岩系统稳定性问题，需要对高温三轴应力状态下钻孔变形规律及其钻孔稳定性进行系统深入研究，确定高温岩体地热开采中钻井围岩的变形规律及其稳定性准则，为高温岩体地热开发钻井施工提供理论与技术储备。
2.2高温漏失层位固井技术研究
高温深井水泥浆体系除了应具有良好的流变性能、充分的稠化时间、低失水等通常固井作业所要求的性能外，还应具有优越的悬浮稳定性以保证水泥浆在长时间替注过程中保持密度均匀和固液相相对的稳定。
另外水泥浆水化硬化后必须形成具有抗高温强度衰退、低渗透率和较强承载能力的水泥石，以保证水泥环在高温高压井下的完整性和长期有效。
2.3近平衡或欠平衡钻井技术
地热井的井喷风险远小于油气井，同时为了保证地层和流体不被污染和影响，中高温地热井钻井推荐采用近平衡或欠平衡钻井技术，并配套相应的欠平衡钻井防喷器装置，实现中高温地热井的高效、安全勘探开发作业。
2.4安全高效钻井研究
高温地热井井控的原则是以预防为主，钻井过程中要防止高温蒸汽上窜到地面。（1）内防喷工具的使用。高温地热井钻井采用空气泡沫钻井时，在接单根或进行其它作业需要卸开方钻杆时，如果没有钻杆单流阀，钻具内的压缩气体就会从钻杆内喷出。钻杆单流阀的作用就是在接单根时用于阻止钻具内的压缩流体释放。（2）井底浮阀的使用。在非定向井进行空气泡沫钻井时，钻具内的压力将大于环空压力，当接单根或进行其它作业需要卸开方钻杆时，首先要释放钻具最上部钻杆单流阀以上的压缩气体，浮阀的作用就是在钻具内压力需要释放时，短时间内快速隔离钻具和环空，阻止环空中的气流和岩屑倒流至钻具内部而造成钻井事故。
3高温地热井施工中安全措施
钻井施工应进行危害与影响的评价和风险管理，采取风险削减措施，如预防事故、控制事故、降低事故的影响以及善后措施等部分，制定切实可行、符合高温地热井钻井现场实际的事故应急预案，经常开展针对性的演练活动。同时，根据施工地区气候，按照冬季安全生产操作规程，制定详细的冬防保温和冬季施工的具体措施，确保冬季安全生产的顺利进行。（一）易燃易爆物品。(1)井队须制定易燃易爆物品管理条例及紧急处理措施，专人签订责任书；(2)易燃易爆物品单独存放，定人定岗管理。配备警示牌及使用记录；(3)使用易燃易爆物品必须远离油罐区、营房等人员集中和严禁动火地区,且必须通知井队安全监督员，由其指导和监督；(4)钻进油气层段时严禁使用易燃易爆物品，确需使用时要向上级有关部门申请并备案。（二）安全标志牌。(1)井场必须按区分类，按易损伤类型安放警示牌。警示牌由专人负责安放与保养，字迹清楚，位置明显；(2)营房区安放防火、防漏电、防跌落等标识；(3)钻台区在易发生损伤位置固定防落物、防滑、防机械碰伤、防跌落、劳保齐全上岗标识；(4)机房区在明显位置放好防火、防机械伤害、劳保齐全上岗的标识；(5)油罐区安放严禁动火、防漏电标识；(6)泵房罐区安放防化学污染、防滑、劳保齐全上岗标识。（三）用电设备。(1)营房内严禁使用乱拉电线，乱接电器。确保开关完好，有防漏电措施；(2)油罐区不允许空中架线，电路开关必须是防爆开关，照明使用防爆灯；(3)水罐、泥浆罐上使用防爆开关，有防水措施；(4)定期检查，及时更换非正常线路及用电设备；（四）防火。(1)井队必须有专人负责，制定有防火安全管理条例；(2)按要求配齐各类消防器材，并定期检查是否完好，及时更换；(3)进入目的层严禁动用明火，确须动用明火必须报有关部门审批备案；(4)成立防火救险小组。
结语
为了解决高温地热井钻头寿命短、钻具易磨损、安全钻井难以及漏失层位固井质量差等关键技术难题，通过高温地热井高效钻头技术、延长钻具使用寿命方法、安全钻井技术以及高温水泥浆配方优化等措施的使用，较好的解决了以上钻完井技术难题。
参考文献
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