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地熱井表層套管常見事故及處理技術(shù)

文檔作者：張勇彭新明文檔來源： 1．北京市地熱研究院 2．北京理工大學，		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月26日
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32 探礦工程(巖土鉆掘工程) 2011年第38卷第12期
地熱井表層套管常見事故及處理技術(shù)
張 勇 ，彭新明
(1．北京市地熱研究院，北京100143；2．北京理工大學，北京100081)
摘要：介紹了北京地區(qū)地熱井表層套管常見事故及處理技術(shù)，分別詳述了地熱井表層套管絲扣連接處發(fā)生卷起
破損以及地熱井表層套管拉槽破損2個地熱井表層套管事故案例，并提出了預防表層套管事故的一些技術(shù)措施。
關(guān)鍵詞：地熱井；表層套管；事故；處理
中圖分類號：P634．8 文獻標識碼：B 文章編號：1672—7428(2011)12—0032—03
Common Acciden~ of Geothermal Well Surface Casing and the Treatment／ZHANG Yong ‘．PENG Xin—ming (1．
Beijing Geothermal Institute，Beijing 100143，China；2．Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China)
Abstract：This article describes common accidents of geothermal well surface casing in Beijing with the handling technology
by 2 successful cases．One is the break at thread connections of geothermal well surface casing；the other is the pulling
scrach in the wall of geothermal well surface casing．Some technical measures for prevent su~aee casing accident were put
forward．
Key words：geothermal well；surface casing；accident；treatment
北京地區(qū)2000 m以深的地熱井一般采用四級
井身結(jié)構(gòu)，一開孔徑444．5 mm，下入0339．7 mE X
9．65 mm J55表層套管，水泥固井返至地表；二開孔
徑311．1 mm，下入0244．5 mm×10．03 mm N80技
術(shù)套管，0244．5 mm技術(shù)套管與表層套管重疊不少
于30 m，全套管環(huán)空水泥封固；三開孔徑215．9
mm，下入0177．8 mm x 8．05 mm(或9．19 mrn)N80
技術(shù)套管，0177．8 mm技術(shù)套管與0244．5 mm技術(shù)
套管重疊不少于30 m，全套管環(huán)空水泥封固；四開
孔徑152 mm，裸眼成井，如果地層不穩(wěn)定則下入
0139．7 mm花管。
1 北京地區(qū)地熱井表層套管常見事故及原因分析
1．1 “喇叭”口處進涼水
地熱井抽水試驗時，水溫偏低，甚至水溫低于
25℃，一般情況下是由于表層套管與技術(shù)套管重疊
處漏水，涼水進入了表層套管內(nèi)。一般采用以下處
理方法：
(1)擠水泥：從“喇叭”口外向技術(shù)套管環(huán)空內(nèi)
擠入水泥固井，一般水泥擠入量為2～5 t，泵壓為4
MPa左右，候凝4～7天后，抽水試驗檢查擠水泥效
果，必要時可進行二次擠水泥作業(yè)；
(2)止水膨脹橡膠封隔：一般采用0273 mm+
0177．8 mm管串短節(jié)，上下各三道止水膨脹橡膠，
下至“喇叭”口處，靜置幾天，膨脹橡膠充分膨脹后，
則可完全封隔住涼水。
1．2 表層套管破損
表層套管破損的原因一般為：(1)表層套管固
井時，因泥漿密度較高而產(chǎn)生串漿，對于固井質(zhì)量較
差的部位，在鉆桿抽擊或鉆頭敲擊下，管體破損；
(2)拉槽破損；(3)提鉆過程中，鉆頭將公扣處管口
卷起；(4)抽水過程中，熱潛泵泵頭敲擊。
表層套管破損程度較輕時，可加工導正器，將破
損部位朝井壁貼回，然后下人相應小一級套管，將破
損部位封補，并用水泥固好。表層套管破損嚴重時，
應視具體情況處理。
1．3 表層套管變形
表層套管變形的原因較復雜，一是表層套管與
技術(shù)套管重疊處沒有固好，采用全環(huán)空封固時，水泥
并未上返至“喇叭”口；采用“穿鞋戴帽”方法固井
時，“戴帽”作業(yè)不成功，因而導致表層套管外的水、
砂進入井內(nèi)，管外砂土層變得更加松散，甚至有空
隙，因而導致表層套管變形。二是管材質(zhì)量問題。
表層套管變形處理的方法一般為：(1)當表層
套管變形較小，不影響使用時，可于“喇叭”口外進
行擠水泥作業(yè)；(2)當表層套管變形量較大，不能下
入熱潛泵時，先在“喇叭”口外進行擠水泥作業(yè)，然
后在表層套管變形段管內(nèi)用油井水泥或其它高強水
泥打水泥柱、水泥塞或橋塞，用磨鞋將變形井管磨
掉，再下入小一級套管封補。
收稿日期：2011—04—29；修回日期：2011—11—03
作者簡介：~ (1969一)，男(漢族)，山東日照人，北京市地熱研究院院長、高級工程師，北京理工大學在職博士研究生，地質(zhì)工程專業(yè)，從事
地熱工程、地基與基礎(chǔ)工程的研究、設(shè)計、施工與管理工作，北京市海淀區(qū)田村路39號，pxm2001@163·com。
2011年第38卷第12期 探礦工程(巖土鉆掘工程) 33
2 北京地區(qū)地熱井表層套管事故處理二例
近年來，我院施工的地熱井有2口的表層套管
在洗井抽水階段發(fā)現(xiàn)破損，具體情況分述如下。
2．1 地熱井表層套管絲扣連接處發(fā)生卷起破損
2．1．1 地層情況
0—420 m為粘砂，中砂，砂礫；420～1954 m為
安山巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖；1954～2932 m巖性主
要為碳質(zhì)頁巖、砂巖；2932～3737 m巖性主要為玄
武巖夾砂巖；3737—3803 m巖性主要為砂巖。
2．1．2 成井結(jié)構(gòu)及事故描述
0—431．33 rn采用0444．5 mm牙輪鉆頭鉆進，并
下人0339．7／11／11×9．65／'I／ITI J55表層套管，水泥固井
返至地表；431．33～1243．64 rn采用0311．1 mm牙輪
鉆頭鉆進，下人0244．5 mm技術(shù)套管，并與表層套管
重疊50 m，水泥全環(huán)空固井；1243．64 ～3626．55 m采
用0215．9 mm牙輪鉆頭鉆進，下人0177．8 mm技術(shù)
套管，因3626 rn處漏失量大(漏失量為11 m ／10
rain)，無法固井；3626．55～3803．83 m采用0152 mm
鉆頭鉆進至孔底。鉆井至3731．49 m后，：進行測井、
射孔、洗井。抽水結(jié)果不理想，出水量由大變小。經(jīng)
過井下電視錄像，0339．7 mm套管在379．7 m破損：
套管絲扣連接處發(fā)生卷起破損(見圖1)，0244．5 mm
套管“喇叭”口處可看見已堵塞的泥砂表面(注：管
外的第四系砂礫已自套管破損處大量流入井內(nèi))。
圖1 0339．7 mm表層套管絲扣連接處刮開、
卷起“舌片”狀破損示意圖
2．1．3 事故分析
表層套管與技術(shù)套管重疊50 rn，0244．5 mm套
管“喇叭”口位于380．33 m，而379．7 m為表層套管
兩根管的絲扣連接處，0215．9 mm及015',2 mm牙輪
鉆頭在提鉆過程中由0244．5 mm套管進入0339．7
mm套管時，對絲扣連接處斜向撞擊，最終刮起、撕
裂，形成“舌片”狀撕片。
2．1．4 事故處理
下0215．9 mm牙輪鉆頭探孔，鉆頭不能通過
“舌片”；直接用0200 mm+0300 mm組合磨鞋(見
圖2)磨銑，其上帶有一組扶正器，因“舌片”有彈性
而失敗。
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／ ＼
、 ＼
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圖2 0200 mm+0300 mm組合屠鞋示意圖
采用0152 mm梨形磨鞋，探孔至0244．5 mm
技術(shù)套管口沉砂面以上0．5 1TI處，泵入密度為1．85
kg／L油井水泥漿4 m。，提鉆后，向井內(nèi)灌滿水，焊封
井口，再向井內(nèi)泵入3 ITI 水，關(guān)閘候凝5天后，打開
井口，下鉆探得水泥面在367．38 m。然后用0200
mm+0300 mm組合磨鞋順利磨鉆至380 m處。此
后換0215．9 mm牙輪鉆頭向下清理井內(nèi)沉砂，遇到
卵石則用撈砂筒，其中最大的卵石直徑達130 mm。
用0152 mm牙輪鉆頭清理0177．8 aim套管及裸眼
段沉砂。最后用管串對破損處進行了修補，管串規(guī)
格為：0273．1 mm套管48．09 ITI(309．3—357．39 m)
+0244．5 mm套管34．61 in(357．39～392 1TI)+
0177．8 mm套管27．16 m(392～419．16 m)，并固
井。事故成功處理完成。
2．2 地熱井表層套管拉槽破損
2．2．1 地層情況
0～56 In為第四系黃土、碎石、漂石及強風化基
巖；56～3500．58 m主要為灰?guī)r、頁巖、白云巖。
2．2．2 成井結(jié)構(gòu)及事故描述
一開采用0444．5 mm牙輪鉆頭，鉆進294 m，下
入0339．7 mm(6=9．65 mm，API J55)表層套管，水
泥漿固井返出地表。二開采用0311．1 mm牙輪鉆
頭，鉆進至1600 in，下人0244．5 mm(6=8．94 mm，
API N80)技術(shù)套管，與表層套管重疊32．41 m，水泥
漿全環(huán)空封固。三開采用0215．9 m／'n牙輪鉆頭，鉆
進至2879．53 ITI；四開采用0152 mm牙輪鉆頭，鉆進
至3500．58 1TI，裸眼終孔。
34 探礦工程(巖土鉆掘工程) 2011年第38卷第12期
洗井后進行試抽水，抽水溫度只有19％ ，表明
第四系涼水進入了井內(nèi)，通過井下電視發(fā)現(xiàn)：表層套
管內(nèi)壁自172～261 m有一道拉槽(見圖3)，其中
234～261 m區(qū)段拉槽較寬。
圖3 339．7 mm表層套管內(nèi)蟹拉槽示意圖
2．2．3 事故分析
井斜略大；鉆井過程中未進行“三點一線”校
正；鉆進時間長，自開鉆至終孔9個月。鉆頭提下過
程中沿同一軌跡，從而在表層套管內(nèi)壁形成拉槽，且
部分拉槽切穿了管壁，第四系涼水進入井內(nèi)。
2．2．4 事故處理
用木塞(見圖4)塞死13244．5 mm技術(shù)套管管
口。用釘子將木塞接頭(見圖5)與木塞釘在一起，
接頭上接鉆鋌及鉆桿。木塞進入技術(shù)套管“喇叭”
口內(nèi)，塞緊后，基本上將鉆具處于懸吊狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)即
可使木塞接頭與木塞松開，提鉆。
下入13273．1 mm鋼管261．6 m，固井，水泥返至
地表。然后掃塞。
事故處理后，出水溫度上升至正常地熱水溫。
3 結(jié)語
技術(shù)套管與表層套管重疊時，技術(shù)套管管口以
上2 m范圍內(nèi)宜沒有表層套管絲扣連接處，技術(shù)套
中2()()m
■●--—------------—-----------一
圖4 木塞
圖5 木塞接頭不惹圖
管下管前排管時略加調(diào)整即可。表層套管下管時使
用扶正器。二開、三開及四開時，均應校正“三點一
線”。對于回灌井，建議13244．5 mm技術(shù)套管調(diào)整
為13244．5 mm+13273．1 mm管串結(jié)構(gòu)且連接到地
面，而不采用重疊方式。
參考文獻：
[1] 彭新明，張勇，趙立新．北京地區(qū)地熱井鉆探r：藝發(fā)展[J]．探
礦工程(巖土鉆掘工程)，2004，31(8)：56—59．
[2] 李安寧，孫友宏，彭新明．北京地區(qū)地熱井鉆探技術(shù)[J]．探礦
工程，2001，(5)：36—37．
[3] 劉志國，等．千米地熱井施工技術(shù)(第一版)[M]．河南鄭州：黃
河水利出版社，2004．
[4] 北京市地方志編纂委員會．北京志地質(zhì)礦產(chǎn)水利氣象卷地質(zhì)
礦產(chǎn)志[M]．北京：北京出版社，2001．259—268．
河南省完成13個危機礦山接替資源勘查項目
《中國礦業(yè)報》消息(2011—12—06) 記者近日從河南省國土資
源廳獲悉，該省在危機礦山接替資源勘查方面獲得重大突破，在危機
礦山深部和周邊發(fā)現(xiàn)新資源預測價值超過800億元，可使礦山企業(yè)
平均延長服務(wù)12年。
據(jù)河南省國土資源廳有關(guān)負責人介紹，經(jīng)過幾十年的強力開采，
該省很多大中型礦山資源面臨枯竭，開采年限所剩無幾。按照國土
資源部部署，該省系統(tǒng)地對全省中型規(guī)模以上國有(含國有控股)礦
山進行了資源潛力排查，結(jié)果顯示，有62．2％的礦山存在不同程度的
資源危機。
面對這一嚴峻形勢，河南省國土資源部門積極在嚴重危機國有
礦山深部和周邊進行接替資源勘查項目。截至目前，已經(jīng)完成了全
部13個危機礦山接替資源勘查項目，累計查明資源儲量：金l16．82
t、煤1．538億t、鋁土礦146．31萬t、黏土礦69．3l萬t、鉬2．18萬t、硫
85．4O萬t、銅1．75萬t、鉛3．07萬t、鋅1．07萬t、銀251．7 t。其中勘
查出大型金礦1處，大型煤井田1處，中型金礦9處，小型金礦1處，
小型鋁土礦1處。所發(fā)現(xiàn)的資源量潛在經(jīng)濟價值超過800億元，延
長礦山企業(yè)服務(wù)年限5～21年不等，平均延長12年，穩(wěn)定就業(yè)人數(shù)在
1．7萬人以匕。

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