地热井施工设计docx.docx

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2.地质施工设计

2．1基本数据

1.地热开采井井号：

JNR-11

设计井深：

2000m

目的层：

中元古界蓟县系雾迷山组

地热井坐标：

X：

20533912，Y：

4314084

2.地热回灌井井号：

JN-11B

设计井深：

2100m

目的层：

中元古界蓟县系雾迷山组

地热井坐标：

X：

20534925，Y：

4314236

地理位置：

位于JNR-11井东侧，井口相距1.06km。

2．2地热地质条件

2．2．1地质构造条件

设计对井位于万家码头地热田Ⅳ级构造单元小庄凸起之北部。

小庄凸起在平

面上呈北北东（NNE）向展布，在空间上为一个南高北低的断块状侵蚀剥蚀孤山，

东部、南部陡峭，北部、西部平缓。

凸起最高部位在万家码头一带，隐伏深度在

900m左右。

区域上对小庄凸起空间展布影响较大的断裂有东、西部北北东（NNE）

向的沧东断裂和白塘口东断裂，南、北部近东西（EW）向的海河断裂和增福台断

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裂。

在小庄凸起部，发育有北北东向和北西西向的咸水沽断裂、小营盘断裂、独

流碱河断裂，这些次级断裂相互作用，将小庄凸起分割成两个次级凸起和次级凹

陷，即王稳庄次凸起，双河桥次凸起，咸水沽次凹陷和北闸口次凹陷，北闸口次

凹陷基岩顶板埋深1400～1500m，具有良好的热流背景（见图2-1）。

对北闸口次

凹陷地热地质影响最大的是东部北北东（NNE）向的沧东断裂和北北东（NNE）向

的小营盘断裂等次级断裂，这些构造，对局部地层分布、水热均衡有一定的影响。

1、沧东断裂

地震测深证明，该断裂是一条切穿地壳硅铝层的深大断裂，是印支－燕山旋回的产物，由于多次活动，断裂呈现多条带分布，断裂的总体走向为北东向，断

0

面向南东倾斜，倾角为50－70。

据电磁测深反应，在断裂带西侧古生界顶板埋深为1000～2000m，东侧为3000～3500m，断裂东盘发育古近系，西盘缺失该地层。

该断裂在新生界的结构面上表现形式各样，可分为勺形、椅形、阶形、坎形四种，控制着中新生代盆地的发展，是同沉积的生长断层，并成为沧县隆起与黄骅坳陷的分界。

2、小营盘断裂

位于设计开采井东侧，该断裂分布于津南区小白庄－老左营一线，是小庄次凸起部的一条断裂，走向NE，倾向SE，倾角25°左右，为正断层，延长约13km。

该断裂控制着北闸口一带中生界和上古生界发育，在断裂上升盘，基岩为奥系，下降盘为中生界，并发育有石炭－二叠系。

该断裂对设计对井位置奥系热储起主要

的控制作用。

钻井显示，在小营盘断裂的东侧，奥系地层厚度发育不均，JN-07、JN07B井未钻遇该地层，小站的JN-09、JN-09B对井揭露奥系地层均为550m左右，钻井显示该地层裂隙发育，渗透率良好，但出水情况很差。

在小营盘断裂的

3

西侧，JN-02井出水量高达180m/h。

由于本区新生界地层下面覆盖有较厚的中

生界、古生界石炭—二叠系地层，缺乏垂向补给的条件，因此判断小营盘断裂为

水平方向的阻水断裂，在断裂西侧奥系有较好的水力条件，成井希望较大。

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3、咸水沽断裂

位于津南区咸水沽－八里台一线，是小庄凸起部断裂，走向北东，倾向南东，

倾角30°左右，为正断层，长约10km，断点埋深1400m左右，断距100～200m，

推测断至下古生界。

2．2．2地层概况

根据以往的钻探和地震勘探成果，设计对井及附近已揭露的地层自上而下

有：

新生界的第四系和新近系，中生界，古生界的石炭-二叠系、奥系及寒武系，

中、新元古界的青白口系和蓟县系。

各地层特征如下。

1、新生界

（1）第四系：

该地层在研究区普遍分布，以冲洪积为主，间夹有海相沉积

的粘性土与砂层组成岩性为冲洪积相粘土及砂层，揭露厚度为277～520m。

（2）新近系

①明化镇组

在区广泛分布，可分为上下两段，底板埋深1150～1300m，揭露厚度在600～

800m。

上段：

岩性以灰、灰绿色砂岩、含砾砂岩与灰绿、浅棕红、紫色等杂色泥岩、粉砂质泥岩成不等厚互层，间夹薄层浅灰绿色泥质粉砂岩、细砂岩、钙质砂岩，成岩性和胶结程度自上而下逐渐变好。

下段：

以棕红、紫红、灰绿色厚层泥岩、砂质泥岩夹灰绿、灰白色细砂岩为主，泥岩普遍含砂，有较多的钙质团块，砂岩层理发育。

②馆组

区均有分布，底板埋深在1350～1700m，厚度在200～400m。

上部岩性为灰色粉砂岩与棕红色、灰色泥岩成等厚互层；中部以泥岩为主；下部为灰黄、浅灰色中粗含砾砂岩夹灰色泥岩，与下伏中生界地层呈不整合接触。

2、中生界

区沧东断裂以西底板埋深为1430～1800m，揭露厚度为46～250m，JN-07、

JN-07B井、津3和津4有揭露。

津3井揭露底板埋深为1729m，揭露厚度为240m。

中生界地层为一套弱氧化环境的河湖相沉积，主要岩性为紫红、棕红色泥岩与灰

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黄、灰色粉砂岩互层，和下伏地层呈不整合接触。

3、古生界

（1）石炭-二叠系

区沧东断裂以西底板埋深1460～2300m，揭露厚度30～500m，津3、津4、

JN-07、JN-07B井揭露到该层。

石炭-二叠系地层上部岩性为灰黄色粉砂岩；下

部岩性为紫红色、深灰色、灰黑色、灰白色泥岩、钙质泥岩、碳质泥岩、铝土质泥岩夹灰色粉砂岩、细砂岩及深灰色泥灰岩、灰白色灰岩，局部见煤层，和下伏地层呈不整合接触。

（2）奥系

该地层主要分布在白塘口断裂以东，以西缺失。

在万家码头地热田高凸部位

缺失，本区普遍分布。

从北闸口－二道桥一线向西北方向埋深逐渐加深至2000m以上，厚度也加厚至700m以上。

在小营盘断裂附近局部受到剥蚀，甚至出现缺失，JN-07、JN07B井未钻遇该地层。

钻井显示，在小营盘断裂以东和以西厚度

均有变大的趋势，本次论证所定的井位所在地为该断裂以西，与断裂相距较近，

地层复杂，厚度变化大。

邻近津3、津4井揭露到该层，津3、津4井位于设计

对井的东南侧，相距分别为6km和5km。

津3揭露奥系顶板埋深1811m，厚度61m,

未揭穿。

津4揭露底板埋深2346m，揭露厚度为714m。

东北2km处的JN-08井奥

系底板埋深1464m，揭露厚度144m。

东北6km处的JN-04井揭露奥系底板埋深

1321m，揭露厚度134m。

设计对井南部5km处的小站镇JN-09、JN-09B揭露奥系

顶板埋深分别为1858m和1720m，揭露厚度分别为546m和550m,其中JN-09井未

揭穿。

钻井资料显示奥系地层以碳酸盐岩为主，属浅海相沉积，与下伏寒武系整

合接触。

（3）寒武系

区普遍分布，小营盘断裂以西底板埋深1700～2950m，厚度为270～500m，

小营盘断裂以东底板埋深2600～3500m，津4井揭露底板埋深2864m，区寒武系

地层上部岩性为以碎屑灰岩为主夹泥质条带状灰岩，并见有紫褐色泥页岩；中部

自上而下碎屑逐渐增多，岩性逐渐从颗粒灰岩夹泥质条带灰岩为主过渡到一套暗

红色海相白云质泥岩；下部岩性为块状灰岩、白云质灰岩以及角砾状泥灰岩，与

下伏元古界呈假整合接触。

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4、中、新元古界

（1）青白口系

该层在区普遍分布，小营盘断裂以西底板埋深2000～2300m。

小营盘断裂以

东底板埋深2800～3760m，厚度为150～260m。

岩性上部为灰绿、棕红色泥岩及

灰绿、灰褐色薄层状泥灰岩或页岩，夹灰白、灰色灰岩或薄层白云质灰岩；下部

为黑灰色、黄褐色泥质砂岩、粉砂岩，夹灰绿色泥岩及灰、灰绿色石英砂岩，主

要成分为石英，含有较多的海绿石，硅质胶结，属滨海相沉积，与下伏雾迷山组

呈假整合接触。

（2）蓟县系雾迷山组

区普遍分布，小营盘断裂以西顶板埋深2100～3200m，小营盘断裂以东顶板

埋深2800～3760m，未有钻孔揭穿该层，预测设计井附近顶板埋深较浅，属浅海相碳酸盐岩沉积。

岩性上部为灰色白云岩，细晶、粒晶结构，遇热酸起泡反应剧烈；下部以浅灰色、灰色、深灰色白云岩为主，夹有棕红色或灰色泥质白云岩，泥质分布不均，并夹有燧石条带白云岩，穿插有石英岩脉。

岩溶、裂隙的发育主要受构造控制，褶皱轴部和断裂附近更为发育。

2．3目的层热储特征

在设计对井区域，地温梯度等值线走向与沧东断裂基本一致，呈北北东，说

明沧东断裂具有导热性，设计对井紧邻沧东断裂，具有较高热流背景。

设计对井处在白塘口凹陷的小庄凸起之上，属万家码头地热田。

根据区域地温场

变化特征和设计对井所处的地温场位置，设计对井盖层平均地温梯度在

4.4℃/100m。

预测设计对井钻遇奥系顶板埋深1500～1600m。

岩性以灰岩、白云质灰岩为

主夹泥质灰岩，预测水量40——80m3/h，井口稳定流温68——72℃，热流体化

学类型Cl·HCO3－Na型，矿化度1.8——2.0g/L。

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2．4地质技术要求

2．4．1地质资料采集

地质资料采集主要进行岩屑录井和钻时录井。

目的是通过钻进速度及时掌

握地层软硬程度及破碎带、溶洞、裂隙的深度，卡准地层界面；通过岩屑录井可

以最直接地描述地层岩性特征、研究沉积环境、判断地层界面，通过室化验，还

可进一步判定岩石沉积年代、古生物活动特征等，为日后的地质研究提供第一手

的宝贵的基础资料。

钻时录井:

由1000m—完井,单位为h/m。

岩屑录井具体要求如下：

由1000m—完井，每2m取一包岩屑，当地层变化频繁，要加密取样，每0.5

－1m取一包岩屑，接近于易漏失层基岩顶板时，应连续捞取岩屑，随时掌握泥浆漏失情况及深度，切实卡准漏失层基岩顶部风化壳的深度。

同时按规要求，每100m测试一次泥浆迟到时间，确保岩屑准时反映地层情况，并确保岩屑洗净、晾干、摆放整齐、装袋及岩屑箱，严禁丢失漏写岩样标识。

2．4．2地球物理测井

设计对井均要进行电法测井（包括2.5m梯度电阻率、0.5m电位电阻率、自

然电位和侧向测井），声波时差测井及自然伽玛测井。

其目的是为了更准确地划

分地层，并掌握含水层的深度和厚度、孔隙率及渗透率。

1.第一次测井项目（二开）：

⑴标准测井:

A.自然电位测井（SP）

B.2.5m底部梯度电极系视电阻率测井（R250TD2）

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C.4.0m底部梯度电极系视电阻率测井（R400TD2）

⑵综合测井：

D.补偿声波测井（AC）

E.自然伽玛测井（GR）

F.双感应八侧向测井（LL8）

⑶连续测温

2.第二次测井项目（三开）：

⑴标准测井:

A.自然电位测井（SP）

B.2.5m底部梯度电极系视电阻率测井（R250TD2）

C.4.0m底部梯度电极系视电阻率测井（R400TD2）

⑵综合测井：

D.补偿声波测井（AC）

E.自然伽玛测井（GR）

F.双感应双侧向测井（LL2）

⑶井底温度

2．5成井试水方案及要求

1.目的

⑴确定热储层中涌水量；

⑵取得地热资源评价必需的计算参数，提供地热资源评价依据。

2.类型

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水有两种方案：

一种是水不自流，要求行3个落程的抽水；

一种是水自流（自），要求行放。

由于湖地区迷山

地井已不能自流，所以井均要求做行3个落程的定流抽水，做

第二口井抽水要求以第一口井做井行多井。

3.落程定

根据按1989－8－29布施的国家准《地源地勘》GB11615

－89中定：

井抽水一般做三个落程，定延8－12h，用以确定流量与水位降低的关系。

先作大落程的抽水，量大了，温度高了，地的裂隙疏通了，才能求得真正的水水位。

水水位是在大落程抽水束，

恢复水位得到的一个瞬水位，在水位恢复曲，在3－15min出随

着温度的降低水位开始回落。

可以在洗井抽段，大体一个水水位，指

正的抽水。

4.抽水方案

抽水具体要求如下：

完井后用空机气洗井，做到水清砂（含砂量不得大于万分之一），

在水温、水量无明化后，入定流正式抽水，依据《地源地勘》

（GB11615-89）定，抽水三个落程（即48、16、8h），并做好水位，降深、流量的工作，最后取全分析水一个

按要求做到以下几具体工作：

⑴抽水前需静水位和液面温度。

⑵抽水，水位、出水量和流体温度的距（min）：

1，

2，2，5，5，5，5，5，10，10，10，20，20，20，30，30，⋯⋯。

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⑶先进行最大降深抽水，其余2次降深分别为最大降深的1/3和2/3。

⑷试验稳定标准应符合抽水孔出水量和动水位与时间关系曲线只在一定

的围波动，且没有持续的上升或下降趋势。

⑸气温观测的时间，宜每隔2h同步观测一次。

⑹最大落程抽水试验结束前2h，取全分析水样、化探水样2份送检。

⑺抽水终止后要立即进行水位恢复观测。

观测时间间距要求与抽水时相

同，应先密后疏，直至稳定，或基本符合抽水前的天然动态为止，一般需要4h。

⑻进行抽水试验报告编写。

5.水质分析

最大落程抽水试验结束前2h，取全分析水样2.5kg送检。

6.抽水试验资料整理

⑴基本要求

A.静水位（压力）及恢复水位观测记录；

B.抽水试验水量、水温、气温、动水位记录；

C.抽水试验安装示意图；

D.抽水试验井身结构示意图；

E.抽水试验验收表。

⑵资料整理

A.抽水试验各种历时曲线图；

B.Q＝f（s）曲线图；

C.q－s曲线图；

D.s－T曲线图；

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E.Q－T曲线图；

F.热储参数计算表；

G.水质分析成果报告表；

H.地热井抽水试验报告。

2．6回灌试验及要求

完井后对回灌井进行回灌试验，井权单位必须提供相应的试验条件，时间为

一周，目的为通过回灌试验验证设计对井之间的水力联系，尽量避免形成岩溶裂

隙管道流，同时探讨设计对井的回灌能力。

1、回灌试验前准备工作

（1）原始水位、水温测定

首先对设计对井进行48h静水位、水温观测，观测时间间距为1～2h。

（2）管路冲洗

每组试验开始前都必须进行管路冲洗，设计开采井抽水，通过输水管道，从

回灌井旁路的出口排出，冲洗输水管和过滤装置，直到水清。

2、回灌方案

试验采取自然回灌（常压）模式，依次回灌量为

3

3

3

，

20m/h

、60m/h

、100m/h

3

，则应使用加压回灌方式

每个灌量回灌时间为48h。

如果自然回灌量小于60m/h

确定设计对井的回灌能力。

3、试验观测数据

（1）回灌井水位观测

在每组回灌试验中对回灌井的水位进行观测，观测时间为开泵后第1、2、3、

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4、6、8、10、15、20、25、30、35、40、50、60、80、100、120min，之后每

60min观测一次。

（2）回灌水温度观测

要求水位、水温同步观测，观测时间间距一致。

（3）回灌量观测

包括回灌总量和瞬时回灌量，与回灌井水位同步观测，观测时间间距一致。

2．7资料归档

由钻井施工所取得的各项基础资料积累代表一个地区研究程度的水平及将

来勘查开发利用的基础，因此地质资料的归档应严格执行《地质资料管理条例》

及ISO9001：

2000质量认证体系要求，及时向上级主管部门和技术归口部门进行汇交。

1.本次所取得的原始资料进行审核、校对、分类整理、编目造册、以备存档。

2.将资料中的数据、参数经计算核定后，填制各种统计表。

3.所有原始资料（包括地质、钻探、物探资料、岩屑）经验收合格后方能归档、入库，验收资料必须符合完整、准确、系统、规格、清晰、载质、整齐七项标准。

4.资料验收在钻井验收后7天完成。

由主管部门按ISO9001：

2000质量体系标准组织验收。

5.报告以纸介质和电子文档两种形式提交。

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3.地热井施工设计

3.1JNR-11B地热回灌井施工设计

3.1.1设备选择

依据JNR-11B井的设计深度、成井工艺、以及地层的可钻性等，选择RPS3000

钻机，其最大钻进能力可达3000m，完全可以满足施工要求。

钻机主要设备见表

3－1。

表3-1RPS3000

型钻机主要设备参数

名称

型号

负载或功率

备注

钻机

RPS-3000

220kw

井架

A31

135KN

游动滑车大钩

5×6滑轮组

1225KN

转盘

ZP175

272t

泥浆泵

SL1300A

956Kw

柴油机

12V190B

883Kw

3.1.2设备安装及钻前准备

1.钻机设备的混凝土基础应按钻机基础图严格施工，基础施工要按冬季保

养要求养护基础，确保基础的施工质量。

在基础的周围挖泄水道，防止水和泥浆长期浸泡基础。

2.钻机设备安装应按设备安装程序进行，设备安装要平稳牢固，所安装平

面必须用水平尺找平。

天车、游车大钩、转盘中心三点成一线，转盘安装要平稳、水平、牢固，防碰天车要灵活可靠。

提升主钢丝绳要严格检查，如发现断丝数量

超标要及时更换。

钻塔必须安装避雷针和指示灯，全部安装工作结束后，要经院

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有关部门验收后方可进行开钻。

3.1.3井身结构设计

JNR-11B

216mm。

井身结构设计参数见表3-2，

为三开直井，完井裸眼直径

井身结构示意图见图3-1。

表3-2井身结构设计方案

钻头直径及钻进深度

套管直径及下入深度

回次

井径（mm）

深度（m）

直径（mm）

下入深度（m）

一开

444.5

400

339.7

400

二开

311

1600

244.5

1600

三开

216

2100

裸眼成井

3.1.4套管程序及套管质量要求

1.套管程序

1）表层套管φ339.7mm下至400m；

2）技术套管φ244.5mm下至二开底。

2.套管质量要求

表层套管质量要求直径:

φ339.7mm；壁厚：

9.65mm。

钢级J-55，符合API

标准石油套管。

技术套管质量要求直径:

φ244.5mm；壁厚：

8.94mm。

钢级J-55，符合API

标准石油套管。

3.1.5钻具组合

一开：

φ444.5mmSKG124钻头+φ203mm钻铤+φ159mm钻铤+φ127mm钻杆；

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二开：

φ311.2mmMP2（ST517GK）钻头+φ203mm钻铤+φ159mm钻铤+φ127mm

钻杆；

三开：

φ215.9mmST517GK钻头+φ159mm钻铤+φ127mm钻杆。

3.1.6钻进参数

一开：

钻压10～220KN，转速60r/min，排量2200～2500L/min；

二开：

钻压100～180KN，转速60r/min，排量2200L/min，泵压5MPa；

三开：

钻压80～150KN，转速60～70r/min，排量2000L/min，泵压5～7Mpa。

在施工中应根据技术要求随时调整钻进参数。

设计开采井设计回灌井

0

φ444.5mm

φ339.7mm

φ444.5mm

φ339.7mm

400m

400m

400m

400m

φ311.2mm

φ244.5mm

φ311.2mm

φ244.5mm

1530m

1530m

1600m

1600m

φ215.9mm

φ215.9mm

2000m

1060m

2100m

图3－1JNR-11、JNR-11B地热对井井身结构示意图

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3.1.7钻井液技术要求

（1）钻井液要有良好的护壁性能，钻井液的护壁能力，包括两个容：

一是滤失数量，二是在井壁形成滤饼质量的好坏。

滤失量过大易泡垮易塌地层，形成不规则井眼，造成一系列井下问题，如电测困难、起下钻阻卡甚至造成卡钻；在高

渗透地层易造成较厚的滤饼而引起阻卡，甚至发生压差卡钻，因此，要求钻井液滤失量要低，要求泥饼薄而坚韧、以利于护壁，避免压差卡钻，保证井下安全，防止缩径及井壁坍塌；

（2）严格控制固相含量，对钻井液中的无用惰性固相必须彻底清除。

固相含量高，钻井液柱压力大，钻速降低，滤失量大时，滤饼必然厚，摩阻系数增大，因而易引起井下复杂情况；固相含量高，钻井液的流变性难以控制，且流阻大，功耗多，钻井效率低。

因此，应根据需要配备良好的净化设备，彻底清除无用固相，严格控制澎润土的含量，以保证钻井液净化效果；

（3）钻井液的粘度和切力对钻井与地质工作有较大的影响，粘度切力过大和过低都不利于钻井。

在实际钻进过程中，尽可能采用较低的粘度及切力，进行调