地热钻井是一项非常重要的特殊技术，它用于地热蒸气和地热水的钻井，是勘探和开采地热流体必须采用的手段之一。地热钻井的深度一般在1000米到3000米之间，大多数是在2000米左右，有少量的超过了3000米。随着时间推移及科学技术的不断发展变化，地热钻井技术也在不断发展着。

井身结构及套管结构

从20世纪70年代至今，井身结构经历了153/8”+81/2”、171/2”+121/4”+82/2”、171/2”+121/4”+95/8”、171/2”+95/8”、171/2”+121/4”+95/8”+81/2”

等几种不同型号的变化，与其配套的套管结构则经历了相应的

103/4”+51/2”、133/8”+103/4”+51/2”、133/8”+103/4”+7”、133/8”+7”、133/8”+103/4”+7”+81/2”

等几种型号。不得不说由简入精，井身结构及其配套的套管结构已经越来越成熟完善。

 

洗井工艺

传统的水井洗井方法就是反复地抽取和吸取。在地热井中则逐步引进了二氧化碳气举、酸化，高能气体压裂，压风机气举洗井以及活塞抽吸、高压喷射冲洗等方法，这些方法对于不同的地热井的施工都产生了良好的影响。    

 

完井工艺

   70年代的地热井的完井工艺主要采用水井式的完井方式，对于水层采用笼式过滤管，入井后采用投填砾料的方式，止水则采用投泥球封隔止水的古老方法。而90年代之后，由于地热井完井工艺的不断发展和完善，采用水井完井方式的同时还结合了石油完井工艺，针对不同的水层采取不同的方法。如：包网缠丝滤水管、不包网缠丝滤水管完井、裸眼完井等方式都产生了非常好的效果。止水方式上改进了传统的止水方法及装置，改进为混合式装置，又根据地热井多为大段混合开采的特点，在水层顶部设置了伞状防塌装置，确保了水层的稳定和寿命。

 

地热钻井常见的类型

一、地质探井：

　　主要用于了解勘探区有关地层剖面结构、厚度，埋藏深度，以及断裂构造等情况。多用于基本地质情况不明，勘探风险很大的地区。通常采用井径较小的取心钻进，但最好也能进行简单的抽水试验。

二、探采结合井： 

　　通过地球物理勘探、资料收集和综合分析，认为勘探区具有地下热储的形成条件，但还有某些重要资料有待查明，多布置钻采结合井。是目前我省地热勘察中最多采用的一种钻井类型。井径要求较大，表层套管部分，应满足下放潜水泵对泵室的要求。根据所存在的地质问题，可分段取少量岩心。

三、开采井（生产井）：

　　当一个地区已发现了地热田，并且控制了其范围，在地热天范围内按照合理的井距，以开采地热资源为目的的钻井。由于热储层的位置等都比较明确，因此，对录井工作的要求低，不需要取心。

四、回灌井（注水井）：

　　随着地热田的开发，产水层的水位会逐渐下降。如果水位严重下降，则会对地热田的开发带来威胁，特别是热储层为封存水或开采量明显大于自然补给量的地热田。因此，需要打注水井讲水回灌到储层中，以保持热储层的能量和水位，使地热田能够长期稳产。

钻井工艺

地热市场的占领在于将石油钻井中先进成熟的工艺和相关的水文、地热等条件有机结合起来，并且充分引进各种现代的设备，选用优质的钻头和各种机械参数，提高钻井的工作效率，缩短建井周期。再加上引进现代科学的泥浆工艺，在地热钻井过程中，针对不同的地层，采取不同的科学泥浆配方，以达到平衡钻井的目的。从70年代至今，钻井工艺也历经了非常大的变化，其变化更好地适应了现代地热钻井的施工和完成。

 成井技术的分析

成井过程是地热井施工中最为重要的工序之一，由于不同的地热井所处的大地构造背景和热储层岩性不同，因此需要采用不同的成井方法来实现工程的顺利完成。就目前国内相对比较成熟完善的成井方法而言，先期完成法、后期完成法、裸眼完成法、筛管完成法和射孔完成法这几种成井方法是比较具有代表性的。

先期完成法

先期完成法适用于井比较深、上部地层比较复杂的地热井，它是在钻井中采用分别排除的方法的一种钻井工艺，完井工艺较为安全。

 先期完成法是在钻达到目的层的顶部时，先下入技术套管来固定井壁，再用小尺寸的钻头钻至井深。下技术套管是为了能够封固住非采水段的井壁，隔绝深浅地层水以及满足下部施工的需要。

     先期完成法的缺点在上文中也显而易见了，它实施起来较为麻烦，因此造成工期较长，投入相对较大。

 2后期完成法

后期完成法能够根据钻孔的资料自由地选择取水井段，而且其钻井的工期较短，投入相对较小。

 后期完成法和先期完成法的区别在于，它在钻达到目的层的顶部时，先不下技术套管，而是用原有尺寸的小钻头钻至完钻井深，再根据各项资料的显示进一步下入技套或者其他工具来固定井壁。

后期完成法同样具有一些缺点，由其钻井过程可看出，它对钻井的技术要求非常高，而且完井下管和固定井壁的工艺也是相当的复杂。

筛管完成法

       筛管完成法一般适用于砂泥岩剖面等沉积型的地层。它采用的是在取水段下入筛管的完井方法，此种方法若辅以填沙工艺即可起到防塌和防砂的作用，其优点不言而喻，即较为简单且安全。

裸眼完成法  

      裸眼完成法一般适用于井壁比较稳定的地区，比如火成岩类的裂隙型热储层等。它采用的是不下井管的方法，相较于其他需要下井管的方法而言，裸眼完成法的优点在于其出水口的截面积较大、出水量较大、阻力较小并且不易发生堵塞事故以及投资较少等。但是这种方法却不适用与砂泥浆剖面的地热井，因此不得不说此为一大遗憾。

        射孔完成法是一种较为特殊的完井方法，它主要是针对水量不足而未取水层段进行取孔以弥补缺点，或者不下滤水管直接在取水段射孔取水。射孔完成法无疑是在施工过程中出现上述两种或者以上的问题时及时采取的一种完井方法。由此我们可以看出完井方法的多样性以及其技术的成熟和完备。

高温地热井钻井工艺技术的研究、发展

一、井身结构优化

早期的地热井相对较浅，通常使用单一井径。目前地热资源开发主要集中在中深两层，深度1500-4000米。早期地热井的井结构已不能满足要求。为此，井的结构设计以油井为基础，井的结构设计以储热型为基础。或三个裸眼井结构。砂岩孔隙型储热地热井采用双开井结构，开式泵室段（339.70mm套管）完全用水泥密封。第二次钻孔后，有两种完井方式：第一种是吊架悬挂177.80mm套管，177.80mm过滤管上部用挡水器密封；第二类用177.80mm套管悬挂，177.80mm过滤管上部用水泥完全密封。基岩裂隙型储热井采用三开井结构：一开口泵室段（339.70mm套管）完全用水泥密封；第二次钻孔后，用吊架将244.50mm的技术套管和水泥完全密封；3个裸眼（215.90毫米）完井或177.80毫米滤水管完井。

二、钻进工艺优化

目前地热井钻井主要采用钻井液正循环钻井工艺、清水正循环钻井工艺、清水充空气正循环钻井工艺、气举反循环钻井工艺。现场施工主要以正循环钻井为主，并积极推广使用气举反循环钻井技术。据初步统计，与积极的循环钻井液相比，气举反循环钻进效率的是增加了1-2次，钻井成本减少了1/3，钻头的使用寿命增加了1-2倍，和水产量增加了1/3。

1、钻井液正循环钻进工艺

虽然地热井钻井的钻进工艺较多，但目前还是以正循环钻进为主。钻井液设计和管理工作的关键是，正确处理漏失、井底高温、卡钻事故、腐蚀及环境保护等问题。漏失地层往往是热储地层，也是易发生涌喷的层位。在正常地层压力梯度下，常用钻井液的密度一般为1.05-1.20kg/L，PH值为9.0-10.0。

2、清水正循环钻进工艺

地热井用钻井液钻进热储层段容易污染储层，降低出水量，因此推荐采用清水作为循环介质进行正循环钻进。清水正循环钻进工艺具有钻速快、洗井效果好、保护热储层、对含水层伤害小、对环境无污染和成本低等优点；其缺点是影响井壁的稳定性、携岩能力低和大量岩屑充填在含水层裂隙中影响出水量。

3、清水充空气正循环钻进工艺

由于地热井储层段极易发生漏失，因此采取将空气注入清水中进行欠平衡钻进的技术措施，其优点主要是：

1）采用清水充空气形成欠平衡状态，使地层水向井内连续流动，阻止清水进入水层，有利于保护热储层；

2）消除压差型漏失；

3）降低井筒内液柱压力，可提高钻速；

4）消除正压差、不形成滤饼，可有效预防压差卡钻。

不足之处是：由于空气在清水中很容易滑脱聚集，因此正常钻进时对钻井施工配合和各工序时间控制的要求很高。例如，接单根时间过长时，环空内钻井液中的空气向上滑脱，形成段塞流，会造成钻井液喷出。

4、气举反循环钻进工艺

气举反循环钻进的优势在于：

1）采用反循环建立抽汲负压系统，解决了漏失严重只进不返情况下的钻进问题；

2）岩渣屑及流体介质均沿钻具中心通道上返，不与井壁及含水层发生接触，且反循环钻进过程同时是抽水洗井过程，有利于疏通含水层孔隙，简化了抽水洗井工序；

3）避免了正循环钻进时流体介质高速上返对井壁的冲蚀，有利于保护井壁、防止坍塌和减少井内事故的发生；

4）反循环通道过流断面面积较小，在满足最低气流上返速度的前提下所需压缩气体体积流量小，能够节省设备投资、降低空气压缩机燃油消耗；

5）压缩气体、岩渣和钻井液等沿双壁钻具中心通道上返至地表后经排渣管排放到半封闭的箱体中，对环境污染小。该工艺如用清水钻进，还可节约钻井液，钻进过程同时又是洗井过程，与钻井液正循环钻进相比，具有出水量大、洗井时间短、不污染含水层和成井质量好的优点，现场应用效果较好，具有推广应用价值。

三、完井工艺优化

固井地热井固井时，不同管径间的环空处，一定要用水泥封固，否则很可能会影响出水温度。二开井身结构的地热井，表层套管及滤水管以上部分全部采用油井水泥封固；三开井身结构的地热井，表层套管及技术套管部分全部采用油井水泥封固。

早期二开井身结构地热井开采段顶部采用在套管外设置橡胶托盘（伞式、盂式）或缠牛皮带、海带架桥，利用井壁自行垮塌和缩径的方式形成永久性的天然止水，但这种止水方式可靠性差，难以保证止水质量。目前，滤水管以上部分全部采用油井水泥封固的方式止水。

地热井通常采用裸眼完井和滤水管完井2种完井方式。为了最大限度地获取地热水，地热井一般要采用多种洗井方法洗井，以便使地热井的出水量和水温达到设计要求，并尽量达到最佳出水量及水温。

洗井方法一般可分为机械洗井和化学药剂洗井2类。机械洗井包括喷射洗井、气举洗井、活塞洗井和水泵抽水洗井；化学药剂洗井包括焦磷酸钠洗井、酸化洗井和液态二氧化碳洗井等。地热井洗井时，上述各种洗井方法基本不能单独使用，需要几种洗井方法组合在一起使用，才能形成一个完整的地热井洗井作业流程。

目前，砂岩热储地热井主要采用喷射洗井+气举洗井的洗井方法，基岩裂隙型热储地热井主要采用喷射洗井+酸化洗井（酸压洗井）+气举洗井的洗井方法。