一、前期井身結構設計:從根源分層隔離
1. 分層套管分段止水設計,嚴禁單層套管一鉆到底
根據地勘分層,設置多層套管逐級封隔:
表層護筒(地表~淺層隔水層)
隔絕地表水、淤泥層淺層冷水,護筒下入至穩定不透水黏土 / 泥巖,底部水泥密封,防止地表污水、淺層淡水沿筒外下滲。
技術套管(淺層冷水底板~熱儲頂板上部隔水層)
所有常溫含水層全部被技術套管包裹,套管底部坐落在致密隔水巖層(泥巖、頁巖、完整灰巖),不允許坐在破碎帶、砂層上;
作用:把幾十至幾百米所有冷水層完全封死,只留下部熱儲層裸眼取水。
生產套管 / 濾水管(僅熱儲段開孔)
濾水管開孔段嚴格限定在物探確定的熱儲裂隙段,上下保留完整套管封閉,濾水管上下各留≥10m 完整不透水管段,不跨冷熱層。
2. 嚴格劃分隔水層分界,禁止濾水管跨越冷水層
根據測井巖芯資料明確三層界線:
冷水層底板(隔水頂板)
熱儲層頂界、底界
熱儲底板隔水層
濾水管只布置在熱儲頂、底板之間,向上不觸及冷水層,向下不鉆穿底板低溫含水層。
二、鉆井施工過程防控,防止環空通道形成
1. 穩定井壁,避免井眼不規則造成水泥充填不全
流沙、松散砂層使用高黏度護壁泥漿,防止井壁擴徑、垮塌形成巨大空洞,空洞處水泥無法壓實,后期形成滲水通道;
破碎斷裂帶提前堵漏,減少大溶洞、大裂隙造成水泥大量漏失;
控制鉆進速度,避免螺旋擴徑、狗腿井段(井眼彎曲),狗腿位置套管貼壁不均,水泥環厚薄不一易開裂。
2. 套管下入規范,杜絕套管偏心、懸空
套管全程加裝扶正器,每 10~20 米一組,保證套管居中,四周水泥厚度均勻,杜絕一側無水泥形成通水縫;
套管下至預定隔水層后,底部坐實,嚴禁套管懸空;懸空段環空無水泥封閉,冷水直接上下串通;
套管絲扣擰緊,加裝密封脂,逐根試壓,防止套管內部穿孔、絲扣滲漏造成內層竄水。
3. 分層隔離注漿,分段封堵,不一次性籠統固井
表層護筒:下入后立刻注水泥返至地面,封閉地表冷水;
技術套管固井:水泥漿返高必須超過所有冷水層頂部≥50m,完全覆蓋全部常溫含水層;
若地層存在多層獨立冷水夾層,采用分級箍分段固井,逐層封堵,避免一段水泥失效全部竄水。
三、固井材料與施工工藝(杜絕水泥環開裂、漏封)
1. 選用地熱專用耐高溫防腐水泥,禁用普通建筑水泥
普通硅酸鹽水泥長期地下 50℃以上會粉化、開裂;必須使用:
G 級油井地熱水泥,配套高溫緩凝劑、膨脹劑;
添加膨脹劑:水泥凝固后微膨脹,緊密貼合井壁與套管,不留微小縫隙;
礦化度高、含硫地層添加抗硫外加劑,防止腐蝕水泥環。
2. 固井施工標準操作要點
固井前充分循環泥漿,清除井壁泥皮;泥皮會阻隔水泥與地層,形成滲水夾層;
足量水泥漿,保證環空全部充滿,嚴禁因溶洞、裂隙漏漿造成水泥空缺;漏失嚴重先注漿堵漏再正式固井;
控制頂替排量,平穩推送,防止紊流沖散水泥形成混漿夾層;
嚴格候凝養護,地熱井水泥候凝時間不少于 72 小時,不提前鉆開、洗井、試水;水泥未完全凝固擾動會直接產生裂縫。
四、熱儲段施工紅線,防止上下冷水侵入
到達熱儲頂板隔水層立即停止裸眼鉆進,下入技術套管封固所有上部冷水層,封固完成、水泥達標后,再鉆開熱儲層;順序不可顛倒;
禁止超深鉆進鉆穿熱儲底板隔水層;底板下方多賦存低溫承壓水,一旦打穿,下層冷水持續上竄,修復難度極大;
熱儲上下各保留 8~15m 完整隔水巖段作為 “止水緩沖區”,濾水管不貼近上下隔水邊界。
五、成井后檢測驗證,提前發現隱性竄層(驗收必做)
1. 聲波 / 伽馬固井質量測井
固井候凝完成后下入測井儀器,檢測水泥環膠結質量:
膠結良好:套管、水泥、地層緊密貼合,無空隙;
膠結差 / 存在通道:曲線出現明顯空隙段,必須二次補注水泥封堵,才能繼續施工。
2. 分層抽水測溫試驗(最直觀判斷竄層)
先封堵熱儲下段,單獨抽上部冷水層測水溫、水量;再封堵上部,單獨抽熱儲層對比;
連續 48 小時穩定抽水監測:
水溫持續緩慢下降、動水位恢復變慢、水質礦化度降低 = 存在冷水竄層;
水溫、礦物質含量全程穩定,無衰減 = 止水合格。
3. 水質對比化驗
淺層冷水水樣與熱儲水樣提前留存,成井抽水取樣對比:
溫泉水中淺層地下水特征離子(低礦化、低氟、低硫)占比明顯升高,說明冷水滲入。
六、運營階段長效防護,后期不產生新竄層通道
管材防腐:熱礦水選用 316 不銹鋼套管 / 防腐涂層鋼管,避免套管腐蝕穿孔造成層間互通;
控制開采流量:禁止超量、大降深抽水;過度抽采會形成負壓,通過水泥微小縫隙抽吸周邊冷水;遵循采灌平衡,配套回灌井穩定地層壓力;
定期井口密閉檢查,每年監測井口水溫、水質,早期發現輕微竄水及時注漿修補;
井房密封防雨,避免雨水沿井口套管外壁下滲沖刷水泥環。
七、常見施工誤區(避坑重點)
省錢簡化套管,只用一層套管,不封隔淺層冷水層;
水泥返高不足,只封熱儲上部幾米,大量冷水層裸露;
不加扶正器,套管貼靠井壁一側,半邊無水泥;
候凝時間不足,水泥未硬化就洗井擾動開裂;
盲目加深鉆穿熱儲底板,下層冷水倒灌;
使用普通建筑水泥,高溫長期開裂失效。