地热井钻井工程施工组织设计教程文件.doc
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1、此文档收集于网络,如有侵权请联系网站删除地热钻井工程施工组织设计目 录第一章 前 言- 1第二章 概述- - 1第一节 自然地理与交通概况- 1第二节 区域水文和地热地质条件概述- 2第三节 地质构造和地层概况- 2第三章 钻井设备- 4第一节 钻井设备与配套- 4第二节 钻井设备的布设安装- 6第三节 井场动力解决方案- 8第四章 钻井与成井工艺- 9第一节 钻井结构与套管程序- 9第二节 钻井工艺- 11第三节 钻井综合技术措施- 12第四节 钻井液与固控措施- 14第五节 钻井新技术、新工艺的应用- 15第六节 成井工艺- 17第五章 地热井工程质量- 21第一节 钻井质量要求- 21第
2、二节 质量保证措施- 23第六章 施工环境保护- 25第七章 施工管理 - 26第一节 施工管理制度- 26 第二节 技术管理制度- 28 第三节 安全技术与文明施工- 30第八章 主要经济技术指标 - 31第九章 附件附图一:井身结构示意图附表一:水质分析报告附表二:成井井管、滤水管排列表附表三:抽水试验记录表 此文档仅供学习和交流第一章 前言地热井设计深度1000米,井口出水温度以满足并达到温泉洗浴需要,井口出水温度应不低于45摄氏度,每小时出水量保证在50100米3之间,含砂量不超过万分之一。 由于该区域尚无地热井施工先例,地层分布情况及地热源赋存情况尚不明确,为论证地热井施工的可行性,
3、拟在地热井施工处先施工一口探测孔,以探明地层分布情况及地热源性质、深度及水温状况,为地热井设计和施工提供依据。 第二章 概述第一节 自然地理与交通概况设计井区位于与之间,地形属低山丘陵地区,平均海拔标高为360406.3米,相对高差为46.3米,自然坡度一般在3045度之间。该区属亚热带季风气候,四季分明,雨量充沛,温和湿润,年平均气温14.2度,自然资源十分丰富,植被发育,森林覆盖率高达64,以毛竹、杉木、杂草为主,中小河流众多,水资源较丰富。境内交通较便利,高速公路横贯其中,铁路可直达市新城区-。第二节 区域水文和地热地质条件 区内水系发育,溪河密布,溪流蜿蜒曲折,属禾水河一级支流拿山河流
4、域,主要河流为拿山河一级支流。 区内地表径流量变化较大,年平均径流量1.512.1米3/秒,年平均降雨量1885毫米,38月属雨季(丰水期),11、12、1月属枯季(枯水期),降雨量占38月年平均降雨量的70.8%,其中尤以5、6月为甚。 区内水文地质条件较为简单,地下水类型以基岩裂隙水为主,主要赋存在风化裂隙和构造裂隙中,含水量贫乏中等,地下水泉流量0.11.0米3/秒,基岩裂隙水稳定水位埋深约在7.6米左右。近年来,通过遥感卫星照片发现该区域存在地热异常现象,这也是本次地热钻井工程施工的主要原因之一。第三节 地质构造和地层概况1、地质构造地质构造属前震旦纪与震旦纪之间的吕梁运动兴起,距今约
5、32亿年。主要地层构成为古生代前泥盆系变质岩,中泥盆系、中上泥盆系、石炭系的海陆交替砂页岩和泥质的不纯石灰岩,以及中生代侏罗纪的湖相沉积。该区区域构造上地处北东向向斜中段核部(该向斜从始由北东转为北东东5070),区域断裂构造发育,尤其是北东向断裂构造延伸长,规模大。2、地层概况 区内自上而下依次出露地层有:第四系(Q):以亚砂土、砂砾石等冲积层或亚砂土、岩石碎块等残坡积层为主。石炭系下统大塘组(C1d)上部以灰岩、生物碎屑灰岩、白云质灰岩为主,常夹薄层泥灰岩或钙质页岩,中部以石英粉砂岩为主夹粉砂岩,下部为粉砂岩夹泥质灰岩。岩石胶结紧密、坚硬。泥盆系上统锡矿山组(D3x)上部为中-巨厚层状石英
6、砂岩夹页岩、炭质页岩及铁矿层,下部上为砂岩、页岩夹泥灰岩及铁矿层,下为泥灰岩、砂质页岩、夹石英砂岩。胶结紧密,坚硬,中等裂隙发育。奥陶系中统龙溪组(O2l)主要有含燧石结核及条带的白云质灰岩、角砾泥灰岩、泥灰岩及泥质灰岩,并含火山岩系。动物群早期以笔石、鹦鹉螺类最重要,寒武系 牛角河群(1nj) 上部主要为灰色、深灰色厚层状变余杂砂岩、长石砂岩,灰色、灰黑色厚层变余沉凝灰岩及深灰、灰绿色粉砂质板岩、千枚状板岩等常含硅质、磷质结核下部为深灰、灰黑色厚层状变余沉凝灰岩及含炭硅质板岩,夹变余玻屑凝灰砂岩、粉砂质板岩、炭质板岩及含炭硅质岩,含菱铁矿结核。胶结紧密,坚硬。加里东期花岗岩:以中粒斑状花岗岩
7、及花岗闪长岩为主,浅部半风化,深部节理裂隙不发育,等粒结构为主。 第三章 钻井设备第一节 钻井设备与配套(一)、主要设备选型配套见下表:名 称规格型号单位数量用 途备 注钻机TSJ1500/660台1钻进、成井110KW泥浆泵TBW1200/70台1冲洗液循环206KWA型钻塔A27付1起、放钻具27M/70T钻压仪YC-3B个1指示、加压、称重钻铤178米10配重加压钻铤146米36配重加压API钻杆114米1000四方立轴127*127根112M送水器90T付1吊环90T(双臂)付1付绞车3T台1提、放钻杆牙轮钻头311.1(13 3/4 in)个3牙轮钻头215.9(12 in)个4牙轮
8、钻头150(57/8in)个2扩孔钻头350个1泥浆除砂器台1净化、除砂空压机WF10/60C台1洗井、抽水试验电焊机BXI-300台1排污泵3PN(36M3/H)台1回灌泥浆及排浆排污泵3PN(108M3/H)台1除砂器配套深井潜水泵50 M3/H台1泥浆测试仪1006套1测试泥浆性能柴油发电机组40KW台1现场照明、电焊、抽水柴油机6135AN台1钻机配套110KW柴油机G128ZLN2台1泥浆泵配套206KW安全卡瓦178/146套各1钻铤配套测斜仪XJY-46套1测量孔斜避雷针付1配电柜300A个1现场照明、电焊机(二)、主要设备基本参数1、TSJ1500/660钻机钻进深度114钻杆
9、1000米转盘通径660毫米转盘转数37、52、84、145转/分转盘扭矩86千牛.米单绳最大提升能力90千牛柴油机型号/功率6135AN/110KW外形尺寸3880*1965*1290毫米重量(不含动力)7553KG2、TBW1200/70泥浆泵公称流量1200升/分公称压力7兆帕活塞直径160毫米活塞行程270毫米柴油机型号/功率G128ZLN2/206KW外形尺寸3045*1440*2420重量(不含动力)7200KG3、WF10/60C空压机公称容积流量10米3/分排气压力6兆帕压缩级数3级结构形式W型、活塞式、风冷、压力润滑吸气压力常压柴油机功率220kW冷却方式风冷外型尺寸4600
10、21001800(mm,不含罩壳)全机重量5.5t第二节 钻井设备的布设安装一、机台地基修建施工现场总面积应不小于50m30 m,钻塔安装地基应根据地层情况确定,以防止施工中钻塔出现下沉:1、如为松散地层,必须浇筑水泥地基,水泥地基用料要求为:规格:石料(46毫米)、砂(粗砂)、水泥(500标号)比例:水泥:砂:石料=1:2:32、如为坚硬地层,可直接在平整好的地面上安放钻塔方木。二、机场布置图材料场在机台前面,面积约1428M2,中间有材料加工场和停车场发电机组泥浆泵房机 台76(米)沉淀池泥浆池20米3沉淀池泥浆池50米3三、钻机安装将钻机座在地梁方木之上,使转盘中心和钻塔天梁中心相重合,
11、然后用M24双头螺栓将钻机和地梁固定,并用水平尺调平,做到周正水平,确保天车、滑轮、转盘中心三点成一线。钻塔竖起后,四面要用14毫米的防风绳固定,风绳与地面的夹角不大于45,绷绳两端连接处均应用2个绳卡紧固,起降钻塔用的地锚管可用坚硬圆木或方木,规格为2500300300毫米,埋深不小于1.5米。四、泥浆泵与高压循环管路根据需要将泥浆泵安装于合适位置,修建泥浆池两个,体积各为20m3及50m3。泥浆循环槽的长度不短于30米,坡度为1/100-1/80。泥浆泵离钻机较远时,应用钢管加工高压管路(钢管壁厚不小于8毫米的无缝管),用法兰连接至钻机附近与高压管连接,泥浆泵出水口处应安装高压阀门和回水阀
12、门,并间隔一定距离。第三节、井场动力解决方案由于施工场地位于山区,电力供应不太方便,为保证施工顺利进行,除宿舍生活用电采用外接电源外,现场生产用电一律采用自配柴油机或柴油发电机组进行提供,具体配置如下:动力机名称功率型号单位数量主要用途柴油机110KW6135AN台1钻机动力柴油机206KWG128ZLN2台1泥浆泵动力柴油发电机组40KW4110台1电焊机、排污泵等第四章 钻井与成井工艺第一节、钻井结构与套管程序一、钻井结构一开:孔深0-20米, 孔径444.5mm(17 1/2in)二开:孔深20-300米, 孔径311.1mm(12 1/4in)三开:孔深300-850米, 孔径215.
13、9mm(8 1/2in)四开:孔深850-1000米,孔径150mm(5 7/8in)二、套管程序0-20米:下入339.7 8.38mm (13 in)无缝钢管做为井口管0-250米,下入244.5 8.94mm (9 in)无缝钢管做为泵室管250-850米,下入177.86.91mm (7in) 无缝钢管做为井管及滤水管850-1000米,裸孔,用作沉淀孔套管连接方式采用管箍焊接。筛管采用177.86.91mm (7in) 无缝钢管加工成割缝式滤水管。三、钻孔及套管结构详见井身结构示意图(附图一)第二节、钻井工艺一、钻进工艺流程技术交底修基础、设备进场设备组装、试运转钻 孔测 井换 浆下
14、井管填砾、止水、抽水试验验 收接通水源、电源修建泥浆池、槽申请开工报告准备验收资料编排井管顺序组焊滤水管准备井管材料二、钻进方法 1、一开钻具组合:444.5mm三牙轮钢齿钻头+178钻铤+146钻铤+四方立轴开孔钻具必须做到垂直,符合刚直要求,孔底压力不超过钻铤总重量的三分之二,尽可能采用一速钻进,做到轻压慢转,保证钻孔的垂直度,穿越表土及第四系风化层进入完整基岩后,及时下入339.7毫米表层套管进行护孔,表层套管应用水泥固定。2、二开钻具组合:311.1mm三牙轮镶齿钻头+178钻铤+146钻铤+114 API钻杆+四方立轴,钻进参数:孔底压力:50-80KN转数: 84-140r/min
15、冲洗液量:600-800L/min 钻进到指定层位后,下入244.5毫米置泵套管,并按规范要求对套管进行固井作业。 3、三开钻具组合:215.9mm三牙轮镶齿钻头+178钻铤+146钻铤+114 API钻杆+四方立轴,钻进参数:孔底压力:80-100KN 转数: 84-140r/min冲洗液量:大于800L/min 4、四开钻具组合:152mm三牙轮镶齿钻头 +146钻铤+114 API钻杆+四方立轴,钻进参数:孔底压力:80KN 转数: 84-140r/min冲洗液量:大于800/min第三节、钻井综合技术措施一、钻头选择根据地层岩性合理选用钻头类型,一般在上部松软地层(可钻性级值小于5级)
16、,宜选用铣齿钻头;在深井段地层(可钻性级值大于5),宜选用镶齿钻头;在易井斜地层,选用牙轮偏移量小、无保径齿及齿多而短的牙轮钻头。二、钻进参数1、钻压:以达到所钻岩石的破碎强度值为宜,并结合设备能力和钻具强度等安全因素合理选择。按钻头直径单位长度所需压力计算,在中硬以上较硬岩层中钻进宜采用3 kN/cm4kN/cm,在中硬以下较软地层中钻进可采用1 kN/cm3kN/cm。2、转速:钻头外缘回转线速度以0.8m/s1.5m/s为宜,遇卵砾石层或严重破碎地层可降低到0.6m/s;地层完整、硬度较低、钻孔较浅、钻进转速为80 r/min145r/min,破碎地层为30 r/min-60r/min。
17、3、泵量:泵量应满足钻井液上返速度0.1m/s0.5m/s,条件允许时取大值,正常情况下,泵量以800-1000L/ min为宜。三、操作工艺1、钻头接触井底后,先在低钻压、低转速下(钻压10 KN30KN,转速50r/min)磨合0.5h以上,造好井底形状后,逐步提高钻压和转速到正常参数。2、钻头的型号和尺寸应与所钻地层、孔径相适应。牙轮转动灵活,三个牙轮在转动时不得发生相互咬死现象。水眼畅通、牙齿完好、焊缝无裂缝及缺陷。3、下钻应平稳,遇阻不得硬压,而是采用划眼方式,缓慢下行,并分析判断遇阻原因,以便采取正确的处理方案。4、为防止孔斜,钻进时应使用钻铤加压,钻铤总质量应超正常钻压值的30%
18、,并在最下一根钻铤上面的适当位置加设2个3个扶正器。在钻遇软硬交界面时,采用较小的钻压钻进,穿过交界面后再加到设计的钻压钻进。5、岩屑录井要求:一般取样间距为5m。取样均宜在振动筛下固定位置捞取,岩屑重量不少于500g。捞取后立即清洗干净,去掉杂物和掉块,并及时进行深度标识和装袋。岩屑袋按井深由浅到深,自上而下顺序排列、装箱。地质条件、地质构造复杂及地层变化孔段,应加密取样。6、每8小时测定一次钻井液性能,每50米测量一次钻井液入井、出口温度,并做好记录,发生井漏、井温变化异常时,要加密测量,并准确记录好井深位置及漏失量和井温变化差异。第四节、钻井液与固控措施一、钻井液选择原则在结构较稳定地层
19、,可选用清水、无固相钻井液,在松散、破碎地层,应适当提高钻井液的粘度和切力,选用较高密度的以优质钠土为基料的不分散钻井液,在易水化、易膨胀坍塌的泥页岩地层,应使用失水量低的钾基泥浆、钙处理泥浆等具有较强抑制性的钻井液。在易漏地层,可加入堵漏材料进行堵漏。在进入热储层后,要选用对热储层有保护作用或对热储层损害小的钻井液:如低密度钻井液、渗透恢复率大的璜化沥青泥浆及可降解泥浆等。二、钻井液基本性能指标岩层性质冲洗介质类型钻井液性能指标密度g/cm3粘度s滤失量ml/30minpH值含砂量%孔壁稳定的粘性土层、基岩层清水、不分散泥浆或无固相钻井液1.01.081525泥浆滤失量小于23泥浆PH值81
20、0小于4砂土层及粉、细、中、粗砂层不分散泥浆1.081.151630小于20810小于10卵砾石、漂石层不分散泥浆1.151.23060小于20810小于8流砂、涌水地层、坍塌掉块地层加重泥浆1.21.72580小于15810小于8水敏地层钾基泥浆、聚合物泥浆1.081.220-30小于10811小于4漏失岩层堵漏泥浆1.031.0820-30小于15811小于8泡沫泥浆小于1基浆20-30基浆小于15811小于4三、钻井液典型配方1、一般地层钻井液配方清水1m3+钠土粉50kg+纯碱1.5kg+水解聚丙烯腈钠盐(Na-HPAN)0.5 kg+羧甲基纤维素(CMC)0.5kg+腐殖酸钾(Khm
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