地熱井施工技術規(guī)范的方案設計

地熱井施工技術規(guī)范的方案設計地熱井施工技術設計編制單位：××單位隊長：××總工程師：×地質科長：×編寫：×審核：×時間：×年×月×日第一部分：水文地質第一章：前言為了開發(fā)當?shù)氐責豳Y源，開展溫泉洗浴，改善居民生活條件等，××單位擬施工××地熱井。于×年×月×日，我隊與××單位簽訂了該熱水井施工合同。主要工程量包括：1.施工熱水井1眼，鉆探進尺×米；2.全孔水文地質測井；3.抽水試驗1次；4.水質化驗1組（全分析、微量元素、細菌分析）。主要工程質量標準：1.設計孔深×m；2.出水量100m3/h，水溫40℃；3.終孔層位：薊縣系霧迷山組；4.封孔止水：侏羅系中統(tǒng)髫髻山組底板之上地層全封。水泥標號不低于525#；5.下泵段管徑不小于Ф340mm，下泵段深度不小于300m；6.鉆孔偏斜執(zhí)行GB11615-89《地熱資源地質勘查規(guī)范》。第二章：工程概況第一節(jié)：工程基本概況擬施工的×單位地熱井位于××，地處平坦，地面海拔標高39m。該地區(qū)交通便利，與每條高等級公路互連成網。本工程施工目的主要是獲取地下熱水資源，同時為研究×地質條件提供詳實的資料。有關技術要求原則上執(zhí)行GB11615-89《地熱資源地質勘查規(guī)范》，所獲取資料主要側重于與地熱相關的內容。第二節(jié)：施工地質條件×地熱井所處區(qū)域大地構造單元為中朝準地臺（Ⅰ級構造單元）上的華北斷陷（Ⅱ級構造單元）順義迭凹陷（Ⅳ級構造單元）內，其西北部與燕山臺褶帶（Ⅱ級構造單元）上的昌（平）懷（柔）中穹斷（Ⅳ級構造單元）相接；東部與平谷中穹斷（Ⅳ級構造單元）相接；南部與北京迭斷陷（Ⅳ級構造單元）相接。地熱井所處區(qū)域在陰山緯向構造體系南端燕山臺褶帶和祁呂賀山字型東翼反射弧構造體系及新華夏構造體系的復合部位，五大構造體系的復合、聯(lián)合作用構成了本區(qū)復雜的構造格局和控制了地層的沉積分布特征。區(qū)內地層自上而下有第四系、侏羅系中統(tǒng)髫髻山組、薊縣系霧迷山組。第四系（Q）主要為粘土，亞粘土夾砂、礫、石層，厚度約1090米，與下伏地層不整合接觸。侏羅系中統(tǒng)髫髻山組（Jt）主要為致密、堅硬的安山集塊巖，為熱儲蓋層，厚約450米，與下伏地層不整合接觸。3.薊縣霧迷山組（Zjw）是本區(qū)域的主要巖層，由含硅質條帶的白云質灰?guī)r組成，巖溶洞和裂隙發(fā)育，是熱水的目的層，厚度約260米，但尚未揭露。二、地熱“儲、蓋、源、通”條件本區(qū)域經歷了多次構造運動，特別是第三紀以來的華北平原拉張運動，使地殼較薄，地溫場熱流值較高，具備深部熱源條件。此外，本區(qū)域位于三大構造體系復合部位，斷裂構造十分發(fā)育，尤其是黃莊—高麗營斷裂是高角度張扭性深大斷裂，已經斷入上地幔軟流圈高導層中，破碎帶寬度大。這使得深部熱源能夠源源不斷地沿著斷裂帶上涌，在淺部遇到地下水被加熱，從而形成冷、熱水的對流循環(huán)，具備熱通道條件。在水熱深循環(huán)帶兩側，分布著巨厚的震旦亞界薊縣系霧迷山組白云質灰?guī)r，該組灰?guī)r經受過多次構造運動和巖溶化作用，古巖溶發(fā)育，新構造運動作用使古巖溶活化，并加強互相連通，在斷裂帶兩側形成了良好的熱水儲存空間。本區(qū)域的碳酸鹽巖地層分布廣泛，在山區(qū)裸露區(qū)接受大氣降水補給，并通過地下巖溶通道流向平原深部巖溶區(qū)，在深大斷裂帶及附近進行冷、熱水對流循環(huán)加熱，形成熱水儲層。本孔的熱儲層上覆蓋著巨厚的第四系砂土層（厚1090米）和侏羅系中統(tǒng)（厚約450米）火山碎屑巖，均為低熱導率的巖層，形成了良好的熱儲蓋層。三、水文地質設計一、巖屑錄井在鉆進過程中，需要進行巖屑錄井，該井為生產井，每鉆進5米撈取一個巖屑樣本；進入目的層后，加密采樣，每鉆進2米撈取一個巖屑樣本。每個樣本不小于0.5千克，分別編號、詳細描述、記錄并裝袋保存，以劃分地層和指導鉆進。二、測井設計測井項目如下表所示：序號井段（米）測井項目150~1100人工井溫、井徑、井斜、電阻率、自然電位、自然伽馬221100~1800井徑、井斜、電阻率、自然電位、自然伽馬、人工伽馬三、簡易水文地質觀測在鉆進施工過程中，需要按照規(guī)范進行簡易水文地質觀測，參照GB11615-89《地熱資源地質勘查規(guī)范》有關簡易水文地質觀測要求進行。1.對于目的層井段，需要經常觀察泥漿槽液面和泥漿池中的泥漿量變化，注意是否有漏失，漏失量和速度，以及漏失前后泥漿性能的變化。2.詳細記錄鉆進過程中的涌水、井噴、漏水、涌砂、逸氣、掉塊、縮徑、坍塌等現(xiàn)象的起止時間、井深、層位和采取的處理措施。對于涌水或井噴，還需要詳細觀察和記錄涌、噴量和高度，連續(xù)或間斷的涌噴規(guī)律，以及涌噴前后泥漿性能的變化等。3.系統(tǒng)測定井口泥漿的溫度變化，在鉆入熱儲目的層段時應加密觀測并做好記錄。在鉆井施工前，需要對場地進行平整和地基修筑，確保設備和井架的安裝穩(wěn)固可靠。二、設備安裝選擇TSJ-2000型水源鉆機進行施工，同時配備JJ50/27A型鉆塔、TBW-1200/7B型泥漿泵、6135-190HP和12V135-240HP型柴油機、75Kw型發(fā)電機組和交流300型電焊機等器材。詳細的設備選擇和器材配備請見設備選擇表和器材配備表。三、井架安裝在設備安裝完成后，需要對井架進行安裝。井架的安裝需要按照相關規(guī)范進行，確保其穩(wěn)固可靠。第二節(jié)鉆進工藝在鉆進過程中，需要認真記錄蹩、跳鉆和放空等情況的起止時間、井深、層位、蹩跳程度和鉆時情況，以便做好地質方面的分析判斷。第三節(jié)洗井與抽水試驗1.洗井采用清水沖孔、酸化、二氧化碳和泵抽聯(lián)合洗井法。具體步驟包括清水沖孔、用六偏磷酸鈉浸泡8小時后清水沖孔破壞泥皮、酸化洗井和必要時進行二氧化碳洗井。最后用潛水泵連續(xù)抽水，達到水清砂凈的效果。2.抽水試驗按單井穩(wěn)定流抽水試驗進行，設計三個落程，穩(wěn)定延續(xù)時間為8~12小時。通過試驗，可以確定流量與水位降低的關系，取得含水層滲透系數(shù)、給水度或彈性釋水系數(shù)，壓力傳導系數(shù)等參數(shù)。相關支持性文件包括GB11615-89《地熱資源地質勘查規(guī)范》、SY/T5412-1996《下套管作業(yè)規(guī)程》和DZ/T0148-94《水文地質鉆探規(guī)程》等。在進行下管前，需要保證孔斜不超過1°/100米，因此必須先平整夯實地基，并選用淺槽地基。具體方法是在基臺木槽底部墊入碎石、土等，夯實后再放入基臺木。在鉆機與基臺連接時，必須保證連接平穩(wěn)、堅固、可靠，轉盤平面水平偏差應小于2‰，設備的傳動系統(tǒng)應做到安裝誤差其平行度<2.0mm。鉆塔采用A形塔，需要在地面連接好，鎖死所有連接部件，然后利用起塔裝置進行起架。安裝完畢后，應確保天車、大鉤、鉆孔三者中心在一條鉛垂線上。在進行開鉆前，需要進行“三通一平”工作，即通水、通電、通路到現(xiàn)場，平整場地，充分利用周圍空間。按標準設置鉆井液循環(huán)系統(tǒng)，整理現(xiàn)場，對工具器材進行分類放置，并進行嚴格檢查驗收。鉆孔結構按合同要求下泵段直徑φ340mm，深度300mm，及出水量要求100m3/h，設計終孔直徑φ152mm。根據施工地層條件及鉆探設備能力設計鉆孔結構。為提高鉆進效率，采用滿眼鉆具結構與塔式鉆具結構相結合的匹配方式，鉆具穩(wěn)定性好、剛度大，提供鉆壓大，能保證孔身垂直、下管順利。一開鉆進（0~50m）采用φ550鉆頭+φ197鉆鋌（18米）+方鉆桿。、CaCl2、NaOH等物質，使其成為鈣處理泥漿。在鉆進過程中，鈣處理泥漿可以有效地防止孔壁坍塌、掉塊和縮徑等問題。二、鉆頭選擇鉆頭的選擇應根據地層類型、硬度等因素來確定。在較軟的地層中，可以選擇大直徑的鉆頭，而在較硬的地層中則需要選擇較小直徑的鉆頭，以保證鉆進效率和鉆頭壽命。三、鉆進液選擇鉆進液的選擇應根據地層類型、硬度等因素來確定。在較軟的地層中，可以選擇高濃度的鉆進液，而在較硬的地層中則需要選擇低濃度的鉆進液，以保證沖洗液的上返速度和鉆進效率。四、鉆進速度選擇鉆進速度的選擇應根據地層類型、硬度等因素來確定。在較軟的地層中，可以選擇較快的鉆進速度，而在較硬的地層中則需要選擇較慢的鉆進速度，以保證鉆進效率和鉆頭壽命。五、鉆進參數(shù)選擇鉆進參數(shù)的選擇應根據地層類型、硬度、鉆頭規(guī)格和設備條件等因素來確定。在鉆井過程中，應根據實際情況合理選擇鉆進參數(shù)，以達到最高的鉆井效率。鉆井參數(shù)表序號井段（m）鉆頭鉆壓（噸）轉速（r/min）泵量(L/min)備注一開0~50Φ5506-850~601200二開50~300Φ3948-1160~801200三開300~1100Φ34610-1280~1101200四開1100~1550Φ21510-12110~1201200五開1550~1800Φ15210-12110-12012002．二開鉆進（50~300m）鉆進方式為φ394鉆頭+φ392扶正器+φ197鉆鋌（9米）+φ392扶正器+φ178鉆鋌（18米）+φ392扶正器+φ178鉆鋌（9米）+φ127鉆桿（18米）+φ89鉆桿+方鉆桿。3．三開鉆進（300~1100m）鉆進方式為φ346鉆頭+φ197鉆鋌（9米）+φ340扶正器+φ178鉆鋌（18米）+φ340扶正器+φ127鉆桿（18米）+φ89鉆桿+方鉆桿。4．四開鉆進（1100~1550m）鉆進方式為φ215鉆頭+φ127鉆鋌（18米）+φ89鉆桿+φ73鉆桿+方鉆桿。5．五開鉆進（1550~1800m）鉆進方式為φ152鉆頭+φ89鉆桿+φ73鉆桿+方鉆桿。第五節(jié)鉆進參數(shù)的選擇一、鉆壓選擇為保證鉆進效率和鉆頭壽命，鉆壓應根據所鉆巖石的破碎強度值來確定。在中硬以上較硬巖層中鉆進，宜采用10-12噸；在中硬以下較軟地層鉆進中，可采用8-11噸。否則，將影響鉆頭使用壽命、鉆進效率，甚至會發(fā)生牙輪滯轉和局部磨損。二、轉速選擇轉速應根據實際施工情況來確定。在遇到卵礫石層或嚴重破碎地層時，應相應降低轉速。當?shù)貙油暾?、硬度較低時，可采用快速轉速。具體情況見鉆進參數(shù)表。三、泵量選擇為了滿足沖洗液上返速度，在設備能力達到的條件下，應選用大值，避免巖屑在孔底發(fā)生重復破碎。在鉆井過程中，應根據鉆進地層的類型、鉆頭規(guī)格和設備條件等因素來合理選擇鉆進參數(shù)，以達到最高的鉆井效率。第六節(jié)坍塌掉塊、縮徑等復雜地層的施工工藝一、防坍塌，防縮徑第四系地層大部分為粘土、亞粘土夾砂、礫石層，易發(fā)生坍塌、掉塊、流砂等問題。因此，可以將泥漿轉化為鈣處理泥漿，以抑制孔內坍塌、縮徑、掉塊等現(xiàn)象。配制方法為：首先在基漿中加入Na2Co3、CaCl2、NaOH等物質，使其成為鈣處理泥漿。在鉆進過程中，鈣處理泥漿可以有效地防止孔壁坍塌、掉塊和縮徑等問題。二、鉆頭選擇鉆頭的選擇應根據地層類型、硬度等因素來確定。在較軟的地層中，可選擇大直徑的鉆頭；而在較硬的地層中，則需要選擇較小直徑的鉆頭，以保證鉆進效率和鉆頭壽命。三、鉆進液選擇鉆進液的選擇應根據地層類型、硬度等因素來確定。在較軟的地層中，可選擇高濃度的鉆進液；而在較硬的地層中，則需要選擇低濃度的鉆進液，以保證沖洗液的上返速度和鉆進效率。四、鉆進速度選擇鉆進速度的選擇應根據地層類型、硬度等因素來確定。在較軟的地層中，可選擇較快的鉆進速度；而在較硬的地層中，則需要選擇較慢的鉆進速度，以保證鉆進效率和鉆頭壽命。五、鉆進參數(shù)選擇鉆進參數(shù)的選擇應根據地層類型、硬度、鉆頭規(guī)格和設備條件等因素來確定。在鉆井過程中，應根據實際情況合理選擇鉆進參數(shù)，以達到最高的鉆井效率。具體參數(shù)見鉆井參數(shù)表。：利用粘土制成球狀物，通過注入泥漿將其送入井眼中，填塞裂隙，達到堵漏的效果。粘土球的制作應注意質量，保證其具有一定的強度和可塑性。2．水泥漿堵漏：通過注入水泥漿，使其在裂隙中凝固成堅固的堵漏體，達到堵漏的效果。水泥漿的配制應注意比例和質量，以保證其凝固性和強度。3．化學堵漏：利用化學物質在裂隙中發(fā)生反應，形成固體堵漏體，達到堵漏的效果?；瘜W堵漏劑的選擇應根據地層情況和堵漏效果進行選擇，同時注意其對環(huán)境的影響。四、總結泥漿在井下鉆探中扮演著重要的角色，其性能對鉆井的效率和安全性有著重要的影響。在選擇和配制泥漿時，應根據地層情況和鉆井要求進行選擇，同時注意泥漿的維護和管理。在防卡和護壁堵漏方面，應采取有效的措施，保證鉆井的順利進行。首先，將粘土浸泡在水中，加入適量的鋸末，攪拌均勻并搓成球狀。然后，使用巖芯管將其送到漏水層，再用粗徑鉆具將其搗實，擠壓進裂隙中以停止漏水作用。最后，使用直徑約為20英寸的液體泥漿掃描鉆孔。其次，快干水泥堵漏的配方為：在425#普通硅酸鹽水泥中加入速凝劑CaCl2，配比為CaCl2：水泥：水=2kg：100kg：40kg。CaCl2的加入量應在1%至3%之間，最優(yōu)加量為2%。第三，每立方米堵漏漿液的材料配比見下表：粘土中等漏26~28全漏PANPAM1.50.51石棉纖維5~710~12云母片5~78~10。NaOH比重為0.3至0.5，pH值為9至10。801堵漏劑為4~6，7~10，水泥為8~10，12~15，28~30，2~2.5。最后，鉆進過程中應注意安全防范措施。如遇到鉆進回轉困難、動力機響聲異常、泥漿泵泵壓升高、孔口循環(huán)沖洗中斷、鉆具上提或下放遇阻、提鉆后鉆具有泥包現(xiàn)象等情況時，應及時處理，不得湊合作業(yè)。在中途停鉆時，必須將鉆具上提并向孔內灌注沖洗液以保持孔底清潔。如果發(fā)生孔內事故，應分析原因并采取相應的處理措施。在強力起拔孔內事故鉆具或井管時，要對井架、鉆機提引系統(tǒng)進行檢查、固緊，并要安裝靈敏、準確的拉力表以防超載。5.鉆進中發(fā)生鉆具折斷或脫落事故時，應使用公錐或其他工具將其對齊后輕拉活動鉆具。確認取出后，應立即將鉆具提出，嚴禁繼續(xù)鉆進或卡取巖心。三、孔內事故處理1.埋鉆事故處理發(fā)生埋鉆事故時，應開啟泵循環(huán)泥漿，并轉動鉆具，將坍塌物擠碎并沖出孔外。采用上掃方法慢慢上提，不得強拉。2.粘吸卡鉆處理通常采用油泡解卡，即在被卡鉆具孔段內注入一定量的原油或柴油，浸泡3~5小時或更長時間。然后上提活動鉆具，使其解卡。如果處理無效，可采取爆炸松扣、套銑打撈方法處理。3.井管事故處理（1）若發(fā)生井管脫扣、跑管事故，可采取內卡互打撈矛打撈。如果打撈不動，可用水壓割刀將套管割斷，分段割斷，采取套掃、卡取打撈。（2）如果井管在已接近下完時發(fā)生折斷、脫扣、跑管事故，可將斷口以上井管起出，試探下部井管。如果斷口以下井管完好，又下到預計深度，可采取對接方法處理。第三章鉆探施工中的技術措施第一節(jié)保證施工質量的措施施工鉆進中的防斜措施：1.開孔及換徑時應采用小規(guī)程參數(shù)，輕壓慢轉，逐步加長粗徑鉆具。2.嚴禁采用過度磨損的鉆頭，嚴禁使用彎曲磨偏嚴重的鉆具。3.鉆具級配應合理。粗徑鉆具與鉆桿直徑應力求接近，不得相差懸殊。4.盡量采用鉆鋌加壓，嚴禁使用鉆桿加壓。鉆鋌重量應大于孔底所需的鉆壓，使中性點落在鉆鋌上，而使上部鉆桿處于拉伸狀態(tài)。5.軟硬交錯的地層中鉆進時，要掌握好交界面鉆進操作。當由軟變硬時，要減壓1/3~1/2，快速掃孔到孔底。在硬地層中鉆進超過鉆頭長度后，恢復正常鉆進。當由硬變軟時，應順其自然地鉆下去。6.嚴格按設計要求使用扶正器。當扶正器外徑磨損大于3mm時，應及時進行修補。第二節(jié)提高鉆探效率的措施1.提前準備好下步施工所需材料，合理組織安排現(xiàn)場工作，做到互不沖突，有條不紊，提高時間利用率。2.盡量采用大功率泥漿泵，利用噴射力碎巖。3.節(jié)約換鉆具時間，延長純鉆進時間。4.及時采取措施，消滅事故苗頭。嚴格按設計要求匹配鉆具，選擇鉆頭類型及鉆進參數(shù)，以提高鉆進效率。第四章下管工藝一、下套管為保證成井質量，要求0.00-1550.00m均下入厚壁無縫套管。套管柱設計見下表：套管柱設計套管程序井段（m）尺寸（mm）長度（m）壁厚（mm）表層套管0~50Φ42650~300Φ340300~1100Φ2451100~1550施工前，項目部技術人員要對施工人員進行技術交底，明確施工工藝、操作規(guī)程和注意事項，確保施工人員能夠正確理解和執(zhí)行工作任務。四、材料管理材料組要按照施工技術設計的要求，制定材料采購計劃和驗收標準，并進行材料的采購、驗收、儲存和保管工作，確保材料的質量和數(shù)量符合要求。五、安全管理安檢組要制定安全生產計劃和安全操作規(guī)程，對施工現(xiàn)場進行安全檢查和隱患排查，確保施工過程中安全生產。六、質量控制質檢員要按照施工技術設計和驗收標準，對施工過程進行全程監(jiān)管和質量檢測，及時發(fā)現(xiàn)和糾正施工中的質量問題，確保施工質量符合要求。七、施工記錄大班記錄員要認真記錄施工過程中的各項數(shù)據和問題，及時上報項目經理和技術組，為施工質量控制提供數(shù)據支持。八、施工總結施工結束后，項目部要對整個施工過程進行總結，分析問題和不足之處，并提出改進措施，為今后的施工提供經驗和借鑒。技術交底階段劃分包括施工作業(yè)、現(xiàn)場布置、水文地質情況、關鍵工序和進