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高温地热发电钻井技术难点
来源:地大热能 2017-08-30
  高温地热发电需要解决钻井超高温的钻井技术问题,世界钻井承包商协会(IADC)将150℃以上地层温度钻井称为高温钻井,将175℃以上地层温度钻井称为超高温钻井,将220℃以上地层温度钻井称为极高温钻井(图1),深层高温地热钻井的地层温度显然远高于极高温钻井。
 
  极高的地层温度以及地层可能大量产水给钻井技术带来了许多挑战。
 
  高温井控问题
 
  地热开发必须在能产出大量超高温度热水的地区钻井,才能获得高的发电能力。地层裂缝发育是这类地区的典型特点,钻井时往往要钻遇裂缝发育带,这种情况下高温热蒸汽会喷出。当发生井漏时,上部钻井液返出速度变慢,地层对循环流体加热作用增强,可能导致上部循环流体汽化喷出。而当发生地下热水涌向井筒的情况时,如果循环冷却液体量没有足够大,会导致循环流体汽化喷出。地下热蒸汽一旦喷出,不仅生产难以进行,还可能危及井队员工安全。
 
  高温钻井液问题
 
  常规钻井液中蒙脱石在150℃以上温度范围内,进入地层后会形成一种低标号的水泥,蒙脱石颗粒随时间增长继续固化,造成地层裂缝堵塞,完井后没有产水能力[5]。因此常规钻井液体系不适合于高温地热钻井。高温地热钻井时,由于不能使用蒙脱土,使携带岩屑、井筒降温等难度增大。
  高温固井与成井问题
 
  高温将导致埋入井内套管产生较大的热应力,同时管材强度下降,如图2所示(中国石油管材研究院)。对于固井施工来说,高温导致固井水泥的浆凝固时间难以控制,并可能导致固井失败。固井后,水泥石在高温的情况下强度持续衰退,随着生产的进行,套管不断产生热胀冷缩,伴随着管柱的震动,水泥会逐渐粉化。而套管也会在高温情况下产生强度衰退,使得套管难以达到设计的性能[6],产生大量的套管损坏问题[7]。
 
  高温钻井工具、仪器问题
 
  由于聚晶金刚石(PDC)钻头切削齿还不能适应坚硬的火成岩地层,因此高温地热井钻井深部只能使用牙轮钻头。而牙轮钻头受密封件耐高温性能的影响,在超高温条件下寿命极低。钻井常用的工具仪器耐温也有限,常规螺杆等井下工具中橡胶件耐高温通常仅120℃,不适合使用于高温地热钻井的环境。
 
  高温井眼轨道测量与控制问题
 
  高效开发地热资源需要采用定向井技术,井眼轨道测量非常关键。轨道测量需要用到的随钻测量(MWD)等仪器的电子元件耐高温极限为175℃,这显然不适应干热岩钻井的需要。在泡沫钻井条件下,由于泡沫的隔热能力,采用单点测斜方式,可以满足测斜仪器下入与工作要求。但对于钻井液钻井可能就难以满足要求。
 
  高温条件下破岩效率问题
 
  由于高温地热钻井一般钻遇的都是极硬的火成岩,地层硬度级别高,面临可钻性差、对钻压敏感、没有足够钻压时钻速极慢的问题。目前,PDC钻头以及涡轮钻具配金刚石钻头在该类地层提速并没有取得突破,提高速度难度大。另外高温地层钻进时跳钻严重,对钻具损害大。
 
  

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