青海共和干热岩GR1井钻井工艺技术

本文介绍了青海共和县恰卜恰镇干热岩勘探孔GR1井的钻探施工概况以及采用的关键技术。通过对孕镶金刚石全面钻头技术、耐高温聚合物防塌钻井液技术、大直径螺杆复合钻进技术、底喷式聚晶取心钻头技术、壁钩式套铣打捞技术等难点的研究,解决了干热岩钻探碎岩效率低、钻进速度慢、钻井液高温稳定性及护壁与携岩能力差等难题,形成了一套适用于深部大口径干热岩钻探工艺技术,有效降低干热岩钻井与成井成本,对提高干热岩资源利用的经济可行性意义重大。共和盆地GR1干热岩勘探孔在地下3705.42m深处探获温度达到236℃以上的干热岩,这是我国首次在青海共和盆地钻获高温优质干热岩体,实现了我国干热岩勘查重大突破。     

螺杆钻进工艺在青海共和干热岩GR1钻井中的应用

本文重要介绍了转盘(顶驱)+螺杆钻具复合钻进工艺在干热岩钻井中的应用。为进一步提高干热岩钻井施工效率和减少孔内事故,在青海共和干热岩GR1井进行了转盘+螺杆钻具复合钻进应用,根据现场高温井况下螺杆钻具的工作特性,改进优选了螺杆钻具的耐高温橡胶和转子定子的配合间隙,是螺杆钻具复合钻进工艺在深孔高温干热岩钻孔(孔深3705m,孔底温度236℃)施工的首次成功尝试,并取得了良好效果,经受住了硬岩和高温的考验,为进一步改进螺杆钻具在高温井况下的应用提供了宝贵的现场施工经验,也将为我国干热岩科学钻探与深部地热资源勘探提供新的技术支撑。     

山西干热岩GR1井高温固井技术研究与实践

固井质量对干热岩后期开发利用具有重要意义。针对山西大同盆地干热岩勘查井GR1井温度高、高温固井水泥浆技术体系不完善等问题,通过研究勘查区地质特征,提出了高温固井水泥浆技术体系开发思路。研究表明：干热岩高温固井水泥浆水胶比控制为0.45,优选添加剂高温降失水剂CG82L、高温缓凝剂H40L、高温稳定剂CF40L、消泡剂GX-1、硅粉及HV-PAC,形成一套适用于山西干热岩井的高温固井水泥浆技术体系。该水泥浆体系在GR1井成功应用,现场固井质量良好,研究成果为今后同类型高温固井工作提供了宝贵经验和技术支撑。     

青海贵德ZR1干热岩井钻进工艺研究

青海贵德ZR1干热岩井具有高温、高硬度、高研磨性的特点。在施工中优选聚磺钻井液体系,在高温高压下保持良好的流变性与较低的滤失量,满足干热岩井施工要求,应用效果好。通过分析地层岩性、岩石物性等因素,选择了适于该井高硬度、高研磨性地层钻进的牙轮钻头,并取得1.24 m/h平均机械钻速。通过实验与实践,掌握了高温井（130 ℃）固井工艺,固井止水质量检查合格。使用川5-4型取心器成功在高温、高压、较破碎地层完成了取心作业,取心率45%～83%。     

青海共和盆地存在干热岩可能性探讨

青海共和盆地地处"秦昆岔口"的新生代断陷盆地,盆缘构造岩浆岩带发育,活动断裂、温泉密集,超过60℃的温泉6处,最高可达93.5℃;盆地内温泉成群分布,地热钻井揭露温度高,1203m钻孔(R1)实测孔底温度可达83℃,969m钻孔(QR1)实测孔底温度为70℃,地温梯度高达6～7℃/100m,是正常地温梯度的2倍,地热增温随深度增大而升高,推测3000m温度可达200℃,并在(QR1)孔底见36m花岗岩;地震反射波和可控源音频大地电磁测深推断基底斜坡界面对应重力低异常,可认为重力低异常为花岗岩引起,作为盆地热源可能存在干热岩。     

青海共和盆地干热岩赋存地质特征及开发潜力

青海共和盆地贮藏有丰富的干热岩地热资源。为提升共和盆地干热岩地热资源成因的理论认识,进一步推动干热岩资源的勘探,文章从共和盆地干热岩热源机制、盖层条件、储层特征等方面对共和盆地干热岩资源成因件进行了全面分析。首先,结合区域地质构造分析、地热地质调查、地球物理（航磁、地震）解译等手段,在共和盆地恰卜恰岩体内实施了4口深度为2927~3705 m的干热岩勘查孔,并在3705 m处钻获236℃的优质干热岩资源,为中国非现代火山区干热岩地热资源勘探的首个重大突破。其次,系统测试了钻孔不同深度花岗岩放射性,结果表明,共和盆地花岗岩体铀、钍、钾放射性含量略高于大地背景值,放射性生热率较低,对干热岩热源的贡献小,其热源可能来自壳内熔融体。第三,基于地质资料分析和航磁解译,圈定了共和盆地总体面积约1.4×104 km2的潜在干热岩分布区。最后,采用体积法评估了共和盆地干热岩资源潜力,结果表明,共和盆地3.0~6.0 km深度范围保守的、静态干热岩资源总量为8974.74×1018 J,换算标准煤可达3066.19×108 t,具有广阔的开发利用前景。      

GRY-1型超高温干热岩地层钻孔测斜仪研制及应用

干热岩地层钻孔测斜技术是干热岩勘探和开发不可缺少的关键技术,然而现阶段地勘钻孔测斜技术已不能满足干热岩地层的钻孔测斜要求。其中孔底的高温高压是核心问题。为此,设计承压探管加无磁保温瓶的双层外管结构,采用先进的硬磁校准方法、选用耐高温元件、采用低功耗电路设计,研制了GRY-1型干热岩地层钻孔测斜仪,以满足高达280 ℃高温、孔深3000 m的超高温干热岩地层钻孔轨迹测量的要求。通过试验应用,证明其在干热岩地层中具有良好的适用性,可助力干热岩资源的勘探和开发。     

耐240℃高温钻井液在青海共和盆地高温干热岩钻探施工中的应用

在青海共和盆地高温干热岩钻探GR1井施工过程中,钻遇含蚀变花岗岩的严重破碎地层,井壁坍塌掉块严重,导致井内多次发生卡钻事故。同时在温度最高达到236℃的高温地层中钻进,钻井液出现黏度升高、流动性变差、滤失量增大、造壁性变差、起泡严重等问题。通过将原钻井液转化为耐高温钻井液,该钻井液耐温可达到240℃以上,转化后的钻井液抗温能力增强,流变性能变好,护壁效果提高,泡沫显著减少,从而保证了深部高温井段钻探施工顺利进行。     

青海共和2230 m地下发现干热岩资源--仅钻孔控制面积已达150 km2

《科技日报》消息（2014-04-01）经过2年钻探验证,“青海省共和县恰卜恰镇中深层地热能勘查”项目日前取得重大突破,盆地中北部地下2230 m处勘查到埋藏浅、温度高的干热岩,这是我国首次发现的可大规模利用的干热岩资源。     

青海共和盆地东北部干热岩岩浆侵位结晶条件及深部结构初探

秦岭、祁连、昆仑造山带结合处的共和盆地记录了复杂的构造、岩浆、变质和沉积作用事件,是研究青藏高原北部构造-岩浆演化的关键地区。近年来,共和盆地花岗岩类高温干热岩的发现使得该区成为新型地热资源的战略基地。然而,有关干热岩原岩的组成、侵位时代、结晶温压及其时空分布等特征仍不清楚,制约着干热岩地热能勘查开采及该区构造-热演化历史的认识。本文以共和盆地东北部恰卜恰地区3口干热岩钻井岩芯和野外露头样品为基础,结合区域地质调查资料,开展了系统的岩石学、锆石U-Pb年代学和矿物温压计研究。研究发现,该区干热岩主要由花岗闪长岩、英云闪长岩、二长花岗岩和正长花岗岩等花岗岩类组成,偶见闪长岩包体。电子探针分析显示,样品中多数角闪石为铁角闪石。角闪石-斜长石矿物对温压计研究表明,岩体的结晶压力属于中低压（1.91~3.52kbar）,温度为中低温（681~693℃）,其岩浆结晶深度约在7.2~13.2km。锆石Ti饱和温度计分析表明,该区岩浆结晶温度主要为643~804℃,而恰卜恰北部的沟后杂岩体相较干热岩钻井岩芯钻揭的杂岩体具有更高的结晶温度。锆石U-Pb年代学分析表明,共和盆地东北部恰卜恰地区干热岩原岩形成时间主要为243~236Ma和225~210Ma两个时期,存在不同时期、不同源区的侵入,与印支期青藏高原北部古特提斯洋盆的俯冲消减相关。之后,共和干热岩经历了至少4.2km的隆升剥露。结合前人多种地球物理研究资料,构建了该区深部四层结构构造剖面,干热岩热源可能与地幔上涌、中下地壳存在局部熔融体有关,且受多条隐伏断裂的影响,盆地基底下的干热岩地热藏具有分区性。     

KT178型取心钻具在共和干热岩钻井中的应用

共和干热岩资源富集于花岗岩地层,硬度高,研磨性强,部分层段裂隙发育,取心困难。针对干热岩地层和取心需求特点,研制一套KT178取心钻具,并配套设计了孕镶金刚石取心钻头。该钻具为单动双管取心钻具,可配套井底动力钻具使用,设计中注重对钻具外管、卡簧等关键部件的强度校核。在GH-01井和GH-02井中,经过两轮实验和优化,钻具逐渐成熟,获取了较完整的岩心样本,满足干热岩勘探取心要求,具备了向页岩气、水资源勘察等具有间断取心需求的同类工程推广应用的条件。     

液动潜孔锤用于干热岩钻进的优化与试验

我国目前能源结构对化石燃料依赖度过高,在全球能源转型的大环境下,作为一种新型清洁能源,干热岩具有储量巨大、资源丰富、分布广泛等优势。针对干热岩勘探开发中高温硬岩钻进的技术难点,对YZX178型液动潜孔锤进行了结构优化,并在某干热岩井中进行了试验应用。试验结果证实了YZX178型液动潜孔锤用于干热岩等坚硬地层进行冲击回转钻进的可行性和高效性,获得了与螺杆钻具接近的机械钻速,且具有节能环保、安全性高、维护方便、节约成本、高温适应性强等优势,但仍需进一步解决其工作寿命与牙轮钻头相匹配的问题。     

干热岩耐高温钻井液的研究进展与发展趋势

在如今传统能源储量日益减少的趋势下，干热岩这类新型地热资源的开发显得尤为重要，而干热岩钻井由于其井下的超高温环境，对传统钻井液系统提出了非常严格的要求。传统钻井液在高温作用下滤失量大大增加，普通的辅助添加剂往往不能发挥出功效。常用的以“三磺材料”为核心的钻井液虽然具有令人满意的耐温效果，但因其含有大量有毒物质，污染程度十分严重，需要开发新的环保型钻井液耐高温体系。国外干热岩研究早于国内三十余年，有着十分重要的耐高温钻井液经验与技术，作为刚起步的国内干热岩研究，也有着“青海共和盆地恰不恰干热岩”这样十分重要的项目工程。本文首先介绍了当前干热岩钻井概况以及对钻井液的性能要求，并结合国内外学者对耐高温钻井液与环保钻井液的研究进展，了解其配方组分与设计思路，结合干热岩特点探讨干热岩耐高温钻井液发展趋势，旨在为干热岩钻井液技术研究上提供支持。     

复合动力钻进工艺在干热岩钻井中的应用研究

2011年山东省地矿局在山东省利津县实施了国内第一个干热岩调查评价项目,采用转盘回转钻进,但钻效低、能耗高。为提高在高温硬岩条件下的钻进效率、缩短钻井周期、降低生产成本,2015年在福建省漳州市实施的中国地质调查局东南沿海深部地热HDR-1干热岩科学钻探工程井（井深4000.86 m,孔底温度109 ℃）和2017年在青海省共和县完成的GR1干热岩科学勘探井（井深3705 m,孔底温度236 ℃）,在施工中均探索使用了“转盘+螺杆钻具”复合钻进工艺,并在高温取心段首次测试应用了“转盘+涡轮钻具”复合取心钻进工艺,取得了良好的效果并就下一步研究方向提出了意见和建议,为螺杆钻具和涡轮钻具的深入研究提供了宝贵的高温施工经验,也将为我国干热岩科学钻探与深部地热资源勘探提供新的技术支撑。     

大同地区干热岩勘查高温高压自喷井综合治理工艺

在大同天镇干热岩勘查项目中,当钻进至1622 m时,井内突然涌出大量高温高压气水混合物,这在干热岩钻井工作中极其罕见。针对这一中东部地区深部地热资源的重大发现,山西地勘局组织专家分析研究井口涌出情况,通过反复实践,利用方箱开合闸板实现引流,并进一步运用“下钻—注浆—降温—减压—压井—安装采油树”综合治理工艺,成功地完成了这眼地热井的保井发电试验任务。本文分析了自喷井形成原因,系统地总结了整个治理工艺过程,为今后同类型地热资源勘查钻探工作提供宝贵的经验和技术支撑。     

Drilling Technology of the M-1 Well in Hot Dry Rock of Matouying,Tangshan北大核心CSCD

This paper presents the general situation and key techniques of the drilling well M-1 in Matouying dry hot rock exploration hole, Leting, Tangshan, Hebei Province. A series of problems have been studied on the sea water drilling fluid, high temperature resistant fresh water drilling fluid, screw composite drilling technique, screw hole coring technology, and high temperature, thus solving the difficulty of sea water drilling fluid well protection, poor stability of drilling fluid under high temperature, and low efficiency in hot dry rock drilling and coring drilling to ensure the safety of the borehole and improve drilling efficiency. The high temperature resistant double condensation and double density cement slurry system and relevant technical measures are adopted to ensure the quality of cementing in the high temperature environment. Through the understanding and analysis of the strata in this area, this work provides valuable experience for drilling in the same strata in the future. The final hole depth of the M-1 well in Matouying is 4502. 11m, and hot dry rock with a temperature of 150t is found at 3965 m, which is the first hot dry rock well with a temperature of more than 150°C in the Beijing-Tianjin-Hebei region so far. © 2022 Editorial Board of Geology and Exploration. All rights reserved.     

唐山马头营干热岩M-2井钻井工艺

M-2井为马头营干热岩开采试验井组的采出井,为解决M-2井在钻进过程中新生界地层坍塌、钻头泥包、太古界花岗岩地层钻进效率低、溢流、掉块以及高温钻井液等施工难点,进行了钻井关键技术研究。通过增加钻井液比重、降低滤失量、提高黏度,维护了新生界井壁稳定性;采用双泵大排量、转盘高转速旋转,解决了钻遇新近系钻头泥包问题。在井深3 880 m处,通过提高泥浆比重,并加入随钻堵漏剂,有效遏制了溢流、大消耗和掉块;通过改进耐高温钻井液,提高了泥浆的流变性,降低了摩阻和转盘扭矩,保障了M-2井的顺利完井。通过更改钻具组合,采用大螺杆、大钻压、大排量、粗径钻具,使M-2井在太古界变质花岗岩地层中平均钻速达到2.46 m/h,比M-1井同地层纯钻速提高了69.7%,降低了钻探成本。旋锤机配合金刚石复合片(polycrystaline diamond compucts, PDC)钻头提速实验,证明了该方法可有效提高钻进效率,但变质花岗岩地层较硬、研磨性强,PDC片易崩坏,钻头性能仍有待改进。相比而言,采用?203 mm螺杆+牙轮钻头钻进整体效益更高,可作为后续施工中的优选方案。