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地热井建设工程中井身结构的设计
作者:    发布于:2014-08-26 22:43:11    文字:【】【】【
摘要:  井身结构包括套管层次和下入深度以及井眼尺寸(钻头尺寸)与套管尺寸的配合。井身结构设计是地热井工程设计的基础。它不仅关系到地热井的经济技术指标和工作的成效,也关系到生产层的保护和产能的维持。所以,合理地设计井身结构是地热井工程设计的重要内容。

 
  井身结构包括套管层次和下入深度以及井眼尺寸(钻头尺寸)与套管尺寸的配合。井身结构设计是地热井工程设计的基础。它不仅关系到地热井的经济技术指标和工作的成效,也关系到生产层的保护和产能的维持。所以,合理地设计井身结构是地热井工程设计的重要内容。

  设计理论
   在裸眼井段中存在着地层空隙压力、泥浆液柱压力、地层破裂压力。三个压力体系必须同时满足于以下情况:
   Pf≥Pm≥Pp(6.1)。
   式中,Pf为地层的破裂压力(MPa); Pm为钻井液的液柱压力(MPa);P,为地层孔隙压力(MPa)。即泥浆液柱压力应稍大于空隙压力,但必须小于破裂压力以防止压裂地层发生井漏。由于在非密闭的洗井液压力体系中,压力随井深是呈线形变化的,所以使用压力梯度概念是比较方便的。式(6.2)可写成Gr≥Gm≥Gp(6.2)。
   式中,Gf为破裂压力梯度(MPa/m);Gm为液柱压力梯度(MPa/m); Gp为孔隙压力梯度(MPa/m)。
   考虑到井壁的稳定,还需要补充另一个与时间关系有关的不等式,即Gm(t)≥Gs(t)(6.3)。
   式中Gs(t)为某截面岩石的坍塌压方梯度,MPa/m,即岩层不发生坍塌、缩径等情况的最小井内压力梯度。
   以上条件的存在是钻井工艺中所必须的,是在施工中所要遵守的。

  设计的原则及依据
   井身结构设计的原则是应避免各种复杂情况的发生,为全井顺利钻进创造条件,使钻进周期最短。钻下部地层时所用的泥浆密度产生的液柱压力和含水层孔隙压力之间的压差应尽量小,不至产生井漏、压差卡钻事故。井身结构设计中所需要的基础数据包括岩性剖面、风险提示,及一些工程参数。

  设计方法与步骤
   (1)套管层次和下入深度的确定。
   套管层次和下入深度的确定是以井内压力系统为基础的,以地热井要钻遇地层年代,参照邻井的地层划分来确定的。
   (2)套管尺寸与井眼尺寸选择配合。
   确定井身结构尺寸一般由内向外依次进行,首先确定生产套管尺寸、再确定下人生产套管的井眼尺寸,然后确定中层套管尺寸等,依次类推,直到表层套管尺寸,最后确定导管尺寸。生产套管根据开采要求来定。套管与井眼之间有间隙,间隙值过大则不经济,过小导致下套管困难及注水泥后水泥过早脱水形成水泥桥。间隙值一般最小在9.5-12.7mm范围,现在国内生产的套管尺寸及钻头尺寸已标准系列化,可查阅相关的资料。

  常用井身结构
   井身结构是根据具体的地质条件设计的,下面介绍天津地区几种常用的井身结构的设计。
   1.第三系目的层井身结构。
   第三系地层结构比较简单,虽然不同区域馆陶组的埋深不相同,但总的来说其目的层埋深较浅,一般采用的井身结构也比较简单,依据其开采水量的要求可采取不同的井身结构。
   (1)开采水量小于50t/h。
   一开:Φ3llmm钻头钻至250-300m,下入Φ244. Smm套管。
   二开:Φ244.5mm钻头钻至目的层,下入Φ177.8mm过滤器。
   说明:在含水层部位要下入Φ177.8mm过滤器。过滤器要求缠丝间距不大于0.4mm。过滤器最好采用不锈钢过滤器,可延长其使用寿命。因取水量较小,下入的Φ244.5mm套管可以满足下入2”-3”的深井泵即可,这种井身结构缩小了施工的钻井直径和下入泵室(表层套管)的直径,可以节约施工成本。
   (2)开采水量大于50t/h。
   此类地热井的井身结构不同于上述井的结构,要加大泵室(表层套管)的直径来满足下入大尺寸深井泵的需要,井身结构如下:
   一开:Φ444.5mm钻头钻至300 - 350m,下入Φ339.7mm表层套管。
   二开:使用Φ244.5mm钻头钻至目的层,换Φ3llmm钻头扩眼至400m,下入Φ244. Smm+Φ177. 8mm套管串。
   说明:下入lOOm的Φ244.5mm套管,其中与上部Φ339.7mm表层套管重叠50m左右,是为了减小环状间隙,便于提高固井质量。
   (3)设计中的基本要求。
   此类地热井的井身结构比较简单,但是其棵眼井段较长,施工中要注意防止井壁坍塌事故发生,施工中不可粗心。为了满足下入大型深井泵的需要,选择使用+339.7mm的套管。由于近些年来地下水水位下降较大,表层套管与下部井管的重合部位,以300m左右为最佳深度。
   2.基岩井的井身结构。
   (1)奥陶系完井的原则是将第三系地层封固,遇基岩后下入技术套管。奥陶系的水量较大,故完井直径也较大。因奥陶系井段失失量较大,下入技术套管便于目的层的边精边镑技术的实施。
   (2)井身结构:
   一开:Φ444.5mm钻头钻至300-350m,下入Φ339. 7mm表层套管。
   二开:Φ311.2mm钻头钻至基岩界面,下入Φ244.5mm技术套管。
   三开:Φ216mm钻头钻至目的层。
   (3)雾迷山热储层井身结构。
   此类地热井的井身结构,因目的层埋深较深,故采用四开井的井身结构。
   一开:采用Φ444.5mm钻头钻至300-350m,下入Φ339.7mm表层套管。
   二开:采用Φ311.2mm钻头钻至基岩界面,下入Φ244.5mm技术套管。
   三开:采用Φ216mm钻头钻至雾迷山顶部,下入Φ177.8mm的尾管。
   四开:四开时采用Φ152mm钻头钻至地质设计要求的目的层,裸眼完井。
   (4)特殊并的井身结构。
   特殊井是指因地质条件较差,为了满足一些特殊要求而形成的特殊井的作业’如奥陶系的封固和雾迷山组三、四段封固。此类地热井一般也采用四开的并身结构,将表层套管的位置下移至基岩界面,技术套管将奥陶系封固,尾管将雾迷山组三、四段封固,下部为裸眼完井。此类地热井较少,表层套管下管工艺较复杂’要采用特殊的作业方法,这里不做详细的介绍。

脚注信息
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