2.5　地热井钻进

地热井钻进大致可分为中低温井和高温井两种，并根据含水层的温度和压力采取不同的措施。一般地热钻井深度在1000m以内者为浅井，1000～2000m为中深井，2000m以上者为深井。

在钻探之前必须先平一个60m×45m的井场，为固结井场地表和安装设备做好准备。要在场地内准备一个水泥地窖，大小可为3m（长）×2.4m（宽）×3m（高），还应有一个步梯和排水水泵。表土层为浮石或其他软地层时，大致要有直径为36m以上的周围地面用水泥固结，其厚度在边缘为15m，地窖下达30m。水泥固结是采用施工小口径钻孔（孔距约3m），然后灌水泥浆进入地层孔隙凝结而成。一般每眼井的地表固结需时10天，其费用约占钻孔成本的5%～10%（杨期隆，1985）。上述地表固结方法只对热储很浅、地表松软的地热田是合适的。

2.5.1　中低温地热井的钻进

中低温地热井钻进时应采取下列措施。

① 井口要预先搞好导流装置，把涌出的热水用暗沟引到场房外排走。导流槽的断面积应为最大流量所需断面的1.2倍，坡度应大于5°。

② 在钻到主要热水（汽）层以前3m要安装护口管，它与孔壁的间隙或其他能耐高温的止水材料临时止水。承压水头10m以上的高水头钻孔，应采用500号以上水泥渗入适量沙子止水，水泥和沙子比例为5∶3，灌注厚度应达10～20m。水泥凝固期为两天，应通过取芯检查验证后，再继续钻进。

③ 机房距地面应尽量高些，机房安装方向应考虑到风向和房内通风。如水温超过70℃，操作人员应穿隔热服并戴面具。要准备充足的冷水源，以便必要时向孔内压井降温。

2.5.2　高温地热井钻进

高温地热井钻进应采取下列措施。

① 高温地热井一般为高压蒸汽井，孔口必须安装一套截门防喷器，其上、下部各装一个橡胶封闭塞（用天然或人造橡胶制作，能耐150℃以上高温），在不影响钻具正常工作情况下进行封闭，长时间使用要用水冷却。防喷器能承受2.0MPa、4.0MPa、7.5MPa和12.5MPa等几种压力。为安装防喷器，井台应适当抬高。护口管与井壁的间隙必须用水泥浆固井。

② 钻进中若孔口涌出热水或蒸汽，应采用冷水向孔内实行“压井”降温。要安装有效通风设备排除场内热汽。

③ 所有橡胶制品都应采用耐热橡胶制作。电器设备和部分机械设备都应有防护设备。

④ 冲洗液相对密度由于温度升高而变小，孔底残渣偏多，此时应釆用孔底喷射式反循环钻具进行捞渣或钻进破碎地层。

⑤ 为防喷伤人，孔口和塔上应尽量采用无人操作。钻进中，测井温井压和井斜时，也要采用特制的适宜设备。钻塔上部至地面要有安全迅速下落的带椅安全绳和其他设备。钻进含有毒气或瓦斯的岩层时还应戴防毒面具。

⑥ 地热钻进的钻具（包括钻杆、钻杆接头、方钻杆、钻链和套管）均应按规定的质量标准严格要求。

我国目前还采用美国有关公司提供的常用于高温、高压深井的整套专用灌注填砾的辅助地面设备，已在填砾工作效率、控砂质量和裂压填砾方面取得良好的效果。

泥浆的冷却是通过冷却塔来达到的，根据气候条件，一般能降低10～15℃。若冷却塔用风扇强制通风，则降温幅度可达20～25℃。为降低泥浆温度，也可以简单地采用加长地面泥浆循环槽的方法来增加泥浆循环散热的时间，但此法一般降温不会超过10℃。在有些地区钻进，泥浆温度升高十分危险，例如我国西藏的羊八井地热田，海拔为4200m，当地水的沸点只有86℃，所以一旦泥浆温度升至80℃以上，随时会发生井喷。为此，一方面要调整好泥浆相对密度，尽量降低泥浆温度，另一方面还要速战速决，以免发生钻头或钻杆堵塞，以致向孔底送不进泥浆，从而引起井喷事故，使大量物质喷出地表，拉裂浅层，造成地面冒气等。

2.5.3　固井

固井就是在套管和井壁之间灌入水泥浆，以防止含水层被不合要求的其他含水层水或地表水污染。通过下套管和注水泥，使井孔达到稳定状态并准备投入使用，这是在钻进的各个阶段中直至终孔时一直要进行的一项工作。石油井下套管和固井已为地热钻井积累了大量工艺技术和经验，但由于地热流体温度较高和可能存在腐蚀性而产生新的问题。目前已有一些规范来规定所用的灌浆材料和方法，但多数限于中低温井口。由于地热井和石油井或天然气井的钻进条件相似，所以用于石油工业的许多材料和技术也都适用于地热井。

地热流体具有腐蚀性，对套管材料提出了新要求，特别是套管钢材在湿硫化氢条件下出现断裂问题。热胀冷缩产生的应力，也可导致套管接头出现破裂（Cigni等，1975），提出受力区应力变化率约为2.45MPa/K[25kgf/（cm2·K）]。美国Geysers热田曾发生套管磨损，是由于井内使用的钻杆胶皮护箍受到高温破坏，以致钻杆研磨了套管而产生的。Cigni等（1975）强调固井时必须均匀地将水泥注满井壁与套管环空，保证水泥-套管和水泥-围岩的良好固结质量，以确保套管水泥形成一个牢牢地锚固井壁围岩上的单一的抗应力整体。要处理低劣的固井质量，需要耐高温的优质水泥，并控制其黏度和凝固时间；研制套管的支撑件和能够承受热应力的密封材料；研制套管表面涂料来解决套管的腐蚀问题。