{dy}節  對井施工初步設計
一、井身結構設計
設計對井地面距離210m，目的層為新近系館陶組。
設計開采井為二開直井，設計井深2330m，一開用φ444.5mm三牙輪鉆頭鉆至400m，停鉆應選在泥巖段，下入φ339.7mm表層套管，不留口袋；二開用φ241.3mm三牙輪鉆頭鉆至2330m，下入φ177.8mm井管、φ177.8mm過濾器及φ177.8mm沉淀管。其中過濾器對應取水層位，過濾器長度應根據測井資料確定，井身結構設計方案見表3-1。
設計回灌井為二開定向井，采用射孔成井工藝，設計斜深2350m，一開用φ444.5mm三牙輪鉆頭鉆至400m，停鉆應選在泥巖段，下入φ339.7mm表層套管，不留口袋；二開用φ311.2mm三牙輪鉆頭鉆至2350m，下入φ244.5mm井管至二開底，不留口袋，射孔位置視測井結果而定，井身結構設計方案見表3-2。對井井身結構示意圖見圖3-1。

表3-1  設計開采井井身結構設計方案
 
回次  井徑及鉆深 管材直徑及下入深度   
  井徑(mm) 深度(m) 直徑(mm) 下入深度(m)   
一開 444.5 400 339.7 400   
二開 241.3 2330 177.8 視測井結果而定(含過濾器)

表3-2  設計回灌井井身結構設計方案
 
回次  井徑及鉆深 管材直徑及下入深度   
  井徑(mm) 底板垂深(m) 底板斜深(m) 直徑(mm) 下入深度(m)   
一  開 444.5 400 400 339.7 400   
二  開 311.2 2280 2350 244.5 2350

設計回灌井定向基本數據：
1.方位角：225°；
2.{zd0}井斜角：18°；
3.井底水平位移：500m；
4.井身剖面：
垂深0～600m——直井段；
斜深600～700m——造斜段；
斜深700～880m——增斜段；
斜深880～2350m——穩斜段。

 圖3-1    設計對井井身結構示意圖

二、鉆井施工、成井工藝要求
1．套管程序及套管質量要求
(1).設計開采井
套管程序
一開：下入φ339.7mm表層套管，不留口袋；
二開：下入φ177.8mm井管、φ177.8mm過濾器及φ177.8mm沉淀管，與表層套管重疊不少于30m，井底留大于10m口袋，沉淀管長度不少于20m，過濾器長度不少于60m。
套管質量要求
表層套管質量要求  直徑：φ339.7mm；壁厚：9.65mm；鋼級：J－55；符合API標準石油套管；
井管質量要求直徑  直徑：φ177.8mm；壁厚：8.05mm；鋼級：J－55；符合API標準石油套管；
過濾器質量要求  采用φ177.8mm井管制作，管體打孔，孔徑14mm，孔隙率12％，過濾器采用梯形碳絲鍍鋅防腐篩網，纏絲間距0.5—0.7mm之間。
(2) 設計回灌井
套管程序
一開：下入φ339.7mm表層套管，不留口袋；
二開：下入Φ244.5mm井管不留口袋，超過目的層30m，與表層套管重疊不少于30m。
套管質量要求
表層套管質量要求  直徑：Φ339.7mm；壁厚：9.65mm；鋼級：J-55；符合API標準石油套管；
技術套管質量要求  直徑：Φ244.5mm；壁厚：8.94mm；鋼級：J-55；符合API標準石油套管。
2．鉆具組合
(1) 設計開采井鉆具組合
一開：φ444.5mm SKG124鉆頭+φ203mm鉆鋌+φ127mm鉆桿；
二開：φ241.3mm MP2（SKH517）鉆頭+φ203mm鉆鋌+φ159mm鉆鋌+φ127mm鉆桿。
(2)設計回灌井鉆具組合
一開：φ444.5mm SKG124鉆頭+φ203mm鉆鋌+φ159mm鉆鋌+φ127mm鉆桿；
二開直井段：φ311.2mm MP2鉆頭+φ203mm鉆鋌+φ159mm鉆鋌+φ127mm鉆桿；
二開造斜段(600～700m)：φ311.2mm MP2鉆頭+φ197mm螺桿鉆具+2.5°彎接頭+φ203mm無磁鉆鋌+φ203mm鉆鋌+φ159mm鉆鋌+φ127mm鉆桿；
二開增斜段（700～880m）：φ311.2mm MP2鉆頭+φ310mm扶正器+φ203mm鉆鋌+φ203mm無磁鉆鋌+φ310mm扶正器+φ203mm鉆鋌+φ310mm扶正器+φ203mm鉆鋌+φ159mm鉆鋌+φ127mm鉆桿；
二開穩斜段（880～2350m）：φ311.2mm MP2鉆頭+φ310mm扶正器+φ203mm短鉆鋌+φ310mm扶正器+φ203mm無磁鉆鋌+φ310mm扶正器+φ203mm鉆鋌+φ159mm鉆鋌+φ127mm鉆桿。
3．鉆進參數
一開：鉆壓10～220KN， 轉速60r/min， 排量2200～2500 L/min；
二開：鉆壓100～180KN， 轉速60r/min， 排量2200 L/min，泵壓5Mpa。
在施工中應根據技術要求隨時調整鉆進參數。
4．鉆井液技術要求
(1) 設計對井鉆遇地層多為泥巖、砂巖，要求鉆井液具有良好的護壁性能，鉆井液的護壁能力，包括兩個內容：一是濾失數量，二是在井壁形成濾餅質量的好壞。鉆井液的造壁性能不佳對鉆井及地質均有不良的影響，濾失量過大易泡垮易塌地層，形成不規則井眼，造成一系列井下問題，如電測困難、起下鉆阻卡甚至造成卡鉆；在高滲透地層易造成較厚的濾餅而引起阻卡，甚至發生壓差卡鉆。因此，要求鉆井液濾失量要低，要求泥餅薄而堅韌、以利于護壁，避免壓差卡鉆，保證井下安全，防止縮徑及井壁坍塌；
(2) 嚴格控制固相含量，對鉆井液中的無用惰性固相必須徹底qc。固相含量高，鉆井液柱壓力大，鉆速降低，濾失量大時，濾餅必然厚，摩阻系數增大，因而易引起井下復雜情況；固相含量高，鉆井液的流變性難以控制，且流阻大，功耗多，鉆井效率低。因此，應根據需要配備良好的凈化設備，徹底qc無用固相，嚴格控制澎潤土的含量，以保證鉆井液凈化效果；
(3) 鉆井液的粘度和切力對鉆井與地質工作有較大的影響，粘度切力過大和過低都不利于鉆井。在實際鉆進過程中，盡可能采用較低的粘度及切力，進行調整時應注意對原漿性能影響不大時可加清水、稀漿降低粘度切力，若添加降粘劑，應根據實際情況合理選擇、適量添加；鉆井液應滿足攜砂要求，防止砂橋卡鉆等井內事故；
    (4) 設計回灌井為定向井，二開裸眼井段較長，鉆井液要具有良好的潤滑性和攜屑性，加入優質潤滑劑，防止粘卡。
(5) 泥漿工應按要求測定和記錄鉆井液性能，并及時向現場技術人員匯報鉆井液性能的異常變化。
鉆井液參數（粘度測量均采用馬氏漏斗）
① 一開：密度1.05～1.10g/cm3，粘度35～40s；
② 二開：密度1.10～1.15g/cm3，粘度40～45s，失水＜8ml，pH值9～10；含砂量＜0.5%。
5．定向井施工技術要求
(1)定向井眼軌跡控制 
井眼軌跡控制技術是定向井施工中的技術關鍵，它是一項使實鉆井眼沿著預先設計的軌跡鉆達目標靶區的綜合技術。
井眼軌跡控制貫穿鉆井的全過程，其內容包括：優化鉆具組合、優選鉆井參數、采用先進的工具儀器、應用計算機進行井眼軌跡的檢測預測、利用地層影響軌跡的自然規律等等。
因此，井眼軌跡控制技術對于指導定向鉆井施工、減少井下復雜情況安全優質鉆達目標、實現鉆井目的有著重要的意義。
井眼軌跡控制技術按照井眼形狀和施工過程，可分為直井段、造斜段、增斜段、穩斜段、降斜段和扭方位井段等控制技術。
(2)施工要求 
① 按照設計鉆井參數鉆進，均勻送鉆，使井眼曲率變化平緩、軌跡圓滑；
② 及時測量，掌握井斜、方位的變化趨勢，如增斜率達不到設計要求時，應及時采取措施；
③ 控制井斜方位角的變化；
④ 斜井段進行設備檢修、保修時不要長時間將鉆具停在一處循環或空轉劃眼，以免井眼出現臺階。
(3)定向鉆井施工安全措施
定向井特別是高難度的定向井，井斜角大水平位移長，井眼的形狀復雜，因此，在鉆進過程中，必須制訂出相應的安全措施，預防發生井下復雜情況和井下事故。
① 防止壓差卡鉆。在定向鉆井中，斜靠在井壁上的鉆具與井壁的接觸面積大，作用在井壁上的正壓力也增大，因而鉆具與井壁間的摩擦力增大，采用潤滑性能優良的鉆井液是預防壓差卡鉆的一項重要措施。在起下鉆、鉆進、劃眼、接單根等工況下，盡量減少鉆具在裸眼內靜止時間，若因設備因素停止鉆進時，應將鉆頭提離井底，大幅度提、放活動鉆具。
② 預防鍵槽卡鉆。定向井在鉆井和起下鉆過程中，鉆具長時間拉磨碰撞井壁，容易形成鍵槽。預防鍵槽卡鉆是定向井一項重要安全措施。
每次起鉆，都要詳細記錄遇阻點井深，阻力大小，以便綜合分析井下情況，辨明引起井下遇卡的原因。
起鉆遇阻，無論何種原因引起，都不能強提，應反復上下活動，轉動方向，以求解卡。
③ 鉆具組合變換時，應嚴格控制下放速度，遇阻不得硬壓。用剛性小的鉆具組合鉆出的井眼，改換剛性強的鉆具組合以前，應先用剛性適中的鉆具組合通井劃眼后，再下入剛性強的鉆具組合。
④ 定向井應有較好的凈化系統，至少配備三級凈化系統。鉆井液含砂量不大于0.5%。
⑤ 控制鉆井液，提高攜屑能力，保持井眼干凈，以利于加快鉆井液速度和防止砂卡。
6．下套管作業
(1) 下套管前必須進行通井和換漿，將井內鉆井液粘度換至32s左右，并進行破壁作業，確保套管下至目的層；
(2) 下套管前要嚴格檢查套管質量，不符合設計要求的套管嚴禁下入井內；
(3) 對所有套管要進行通徑，并清洗絲扣，丈量每根套管長度并做好記錄；
(4) 下套管前必須進行通井，確保套管準確下至目地層；
(5) 套管重疊處、管串中間及目的層處應加扶正器；
(6) 所有下井套管都要用雙吊鉗緊扣；
(7) 設計開采井過濾器長度不少于60m，過濾器下部沉淀管長度不少于20m；
(8) 設計開采井在每段過濾器的上部泥巖段加裝橡膠止水器；
(9) 設計回灌井要求下入φ244.5mm套管超過目的層30m，避免長期使用時沉淀物堵塞熱儲層；
(10) 下管過程中做好灌漿工作。
7．固井作業技術要求
(1)設計開采井
① 表層套管固井
采用內管固井工藝，水泥漿要求返至地表，套管內水泥塞高度不少于10m, 固井水泥采用R32.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿密度不低于1.70g/cm3，候凝時間不少于36h。
② 井管固井
采用二級固井作業方法。{dy}級固井：在1450－1500m之間打旋流孔固井, 旋流孔應選在泥巖段，旋流孔下部加高強度橡皮傘，防止水泥漿下沉。水泥漿返高不少于400m，套管內水泥塞高度不少于10m；第二級固井：采用擠水泥作業方法。{dy}級固井候凝24h后進行第二級固井，干水泥用量不少于5T。固井均采用G級油井水泥，水泥漿密度不低于1.85g/cm3。候凝時間不少于36h。候凝結束后要進行試壓，試壓壓力不少于3MPa，穩定時間不少于10min，如達不到上述標準，要重新進行擠水泥作業。
(2)設計回灌井
① 表層套管固井
采用內管固井工藝，水泥漿要求返至地面。固井水泥采用R32.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿密度不低于1.70g/cm3，套管內水泥塞高度不少于10m，候凝時間不少于36h。
② 井管固井
采用二級固井工藝。{dy}級固井：水泥漿返高要超過目的層以上200m，套管內水泥塞高度均不少于10m；第二級固井：采用擠水泥作業方法。在{dy}級固井候凝24h后進行第二級固井，干水泥用量不少于5T，井管頂部水泥塞高度不少于10m。固井均采用G級油井水泥，水泥漿密度不低于1.85g/cm3。候凝時間不少于36h，候凝結束后要進行試壓，試壓壓力不少于3MPa，穩定時間不少于10分鐘，如達不到上述標準，要重新進行擠水泥作業。
8．射孔作業
設計回灌井射孔選用φ89mm槍/φ89mm彈，具體射孔井段視測井結果。
9．完井作業
(1)為了徹底qc井內泥漿，破壞井壁泥皮，抽出滲入含水層的泥漿和細小顆粒，防止泥皮硬化，在完井后應立即用Φ89 mm鉆具至生產層進行噴射洗井及換漿，換漿要求換至清水；
(2)用壓風機進hq舉洗井至水清砂凈；
(3)下入深井泵進行正式抽水，測出該井的出水量、動水位、靜水位及水溫等數據，達到設計要求后，準備齊全各種資料進行交井驗收；
(4)泵抽如果出砂，則考慮補下Φ177.8mm過濾器。
三、 地質資料采集及要求
1．地質錄井
地質資料采集主要進行巖屑錄井和鉆時錄井。
巖屑錄井具體要求如下：
由1000m——終孔，每2m取一包巖屑，當地層變化頻繁，要加密取樣，每0.5～1m取一包巖屑，接近于目的層館陶地層底板時，應連續撈取巖屑，切實卡準館陶組底板深度。
鉆時錄井要求做好鉆時記錄，并繪制鉆時曲線。
同時按規范要求，每100m測試一次泥漿遲到時間，確保巖屑準時反映地層情況，并確保巖屑洗凈、晾干、擺放整齊、裝袋及巖屑箱，嚴禁丟失漏寫巖樣標識。
2．測井項目要求
根據設計對井實際情況，測井項目要求如下：
孔隙型地層（二開）：
①標準測井：
A：2.5 m底部梯度電極視電阻率；
B：4.0 m電位電阻率；
C：自然電位。
②綜合測井：
A：補償聲波；
B：自然伽瑪；
C：雙感應八側向；
③連續測溫；
3．成井抽水試驗及要求
本論證抽水試驗依據津國土房熱[2006]239號文件《天津地區地熱單（對）井資源評價技術要求》進行編寫，試驗要求如下：
（1）抽水試驗前必須對地下水位進行24htr動態觀測，觀測頻率為1次/h，觀測精度為厘米；
（2）設計對井目的層為館陶組，屬于孔隙型熱儲，用非穩定流方法較為適宜；
（3）抽水進行三個降深試驗，反向抽水，先進行{zd0}降深抽水試驗，其后為中、小降深，降深比例分別為大降深的1/3和2/3左右。各抽水穩定（即觀測水位每小時波動小于5-8cm）延續時間分別為24h、8h、8h；
（4）抽水試驗過程中，要求動水位、出水量和流體溫度同步觀測。抽水前準確觀測水頭埋深及靜水水面溫度；
（5）試驗時，動水位、出水量和流體溫度的觀測時間（min）為開始時候第5、10、15、20、25、30、40、60、80、120min，之后每小時觀測一次；
（6）水位觀測單位為米，數據jq到厘米；
（7）流量和水溫觀測數據jq到十分位（小數點后一位）；
（8）{zd0}降深試驗結束后，立即進行水位恢復觀測。恢復水位觀測按非穩定流方法進行，拐點出現后，再觀測3-5個數據即可結束；
（9）抽水試驗結束前，取全分析水樣送檢。
4．回灌試驗設計方案
完井后對回灌井進行回灌試驗，井權單位必須提供相應的試驗條件，時間為一周，目的是通過回灌試驗確定回灌井的回灌能力。
（1）回灌試驗前準備工作
①原始水位、水溫測定
首先對該對井進行48h靜水位、水溫觀測，觀測時間間距為1～2h。
②管路沖洗
每組試驗開始前都必須進行管路沖洗，開采井抽水，通過輸水管道，從回灌井旁路的出口排出，沖洗輸水管和過濾裝置，直到水清。
（2）試驗觀測數據
①回灌井水位觀測
在每組回灌試驗中對回灌井的水位進行觀測，觀測時間為開泵后第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、35、40、50、60、80、100、120min，之后每60min觀測一次。
②回灌水溫度觀測
要求水位、水溫同步觀測，觀測時間間距一致。
③回灌量觀測
包括回灌總量和瞬時回灌量，與回灌井水位同步觀測，觀測時間間距一致。

第二節  施工風險分析及預案
鉆井風險影響因素很多，主要有地質因素和工程因素，本論證主要從這兩方面因素進行風險分析和預測。
一、地質風險
1.東疆港區原處淺海地帶，尚未進行過地熱地質勘查。本次論證中設計井區地熱地質條件僅參考塘沽區地熱井及石油井鉆探資料進行分析，地熱井鉆遇地層預測根據區域地熱地質條件變化規律外推確定，實際鉆遇地層深度和厚度具有一定誤差。
2.由于區域館陶組下段底礫巖在海河以北具有北厚南薄的沉積特征，設計井區館陶底礫巖厚度可能較小，為不影響最終出水量，可以選擇館陶組上段熱儲作為備用。若開采館陶組上段熱儲層，將使出水溫度有所降低。
二、工程風險
1.對于砂礫易垮塌層和泥巖縮徑井段，應提前進行預處理，起下鉆過程中，嚴格控制速度，避免壓力激動和抽吸而造成井垮，同時督促鉆臺確保灌好鉆井液。控制好失水，盡量減少自由水對地層的侵入，加快工程進度，減少易垮地層的浸泡時間。
2.二開井段較長,嚴格控制鉆進參數，密切關注鉆井液性能，使其具有良好的攜屑性、防塌性。
3.回灌井為二開定向井，嚴格控制井眼軌跡，使鉆井液具有較低的濾失量、很好的潤滑性，選配良好的固控系統，使含砂量小于0.5%。
4.準確計算射孔位置，保證射孔質量。
三、施工技術要求
1.地熱井施工時，應聘請專業監理人員進行監理。主要材質需報驗，重大變更需審批，關鍵工序要旁站，使鉆井工程全過程按設計要求和有關技術標準有序運行。
2.在鉆井施工過程中要密切注意地層巖性的變化，卡準地層。若在施工過程中出現實際鉆遇地層與設計不符，應經雙方領導及有關技術人員共同協商，調整施工方案，及時上報天津市地熱管理處，經批準后方可實施。
3.加強鉆具和設備防腐，經常檢查保養，xc隱患，防止事故。
4.地熱井終孔后必須洗井徹底，保證水清砂凈。

深圳百米井業打井鉆井有限公司
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