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摘要：砂岩热储回灌技术是孔隙型热储可持续开发利用中的主要技术难题，也是影响孔隙型热储地热资源实现可持续开发利用的一个瓶颈问题。而其中回灌井成井工艺是影响砂岩热储回灌效果的一个重要因素。天津开展新近系孔隙型砂岩热储回灌井成井工艺研究已有二十多年历史，积累了丰富的经验，尤其在滨海新区的馆陶组热儲取得了较好的应用效果。本文对目前常用的回灌井成井工艺进行了分析对比，为今后不同地区回灌井施工提供了借鉴。
关键词：地热资源，回灌，成井工艺，砂岩热储，馆陶组
中图分类号：P314.1 文献标识码：B
文章编号：1001-9138-（2016）07-0075-80 收稿日期：2016-06-07
1 前言
地热资源是一种清洁能源，主要分为砂岩孔隙型储层地热和岩溶裂隙型储层地热。砂岩孔隙型储层地热资源，具有埋藏浅、分布广、储量大、利用范围广等特点，近年来开发利用规模呈逐年增大趋势，为推动经济和环境发展发挥了巨大的作用，取得了较好的经济效益和社会环境效益。
目前，砂岩热储回灌技术是孔隙型热储可持续开发利用中的技术难题，也是天津孔隙型热储地热资源实现可持续开发利用的一个瓶颈问题。以往，在天津新近系热储层只能开采不回灌的现象普遍存在，大大地缩短了新近系砂岩热储地热资源开发利用的寿命。砂岩热储回灌受多个因素制约，尤其是回灌井的成井工艺更是回灌能否实现的重要技术环节。因此，开展回灌井成井工艺的研究，并将先进技术推广应用，对于促进地热回灌技术的开发，推广具有十分重要的作用。
天津市在多年的馆陶组孔隙型地热回灌井施工工艺探索中，积累了丰富的实践经验。在对滨海新区馆陶组热储层特征分析的基础上，为了适应不同的储层特征，达到理想的回灌效果，不断地进行了技术改进。通过分析各阶段钻井工程的技术改进，确定适宜的回灌井施工工艺，指导实际钻井施工，取得了较好的应用效果，为促进本地区的回灌工作发挥了巨大的作用。
2 一开过滤器成井工艺
2.1 工艺概述
一开过滤器成井工艺在滨海新区主要应用于热储层埋深较浅（孔深<1500m）的馆陶组回灌井中，经过技术改进，能有效提高回灌效果。
该工艺采用大口径填砾工艺，如图1所示，为阻挡进砂，确保回灌效果，砾料厚度应大于75mm，且砾料高度必须超出滤水管，以起到滤水、挡砂的作用；砾料上部填粘土球止水。这种工艺，井径较大，投入砾料可预防松散粉细砂岩地层出砂，破壁换浆彻底，因人工投入的砾料质量好，过水效果好，可有效提高回灌效果。
该成井完井后选择扩孔，按规范要求，井管和井壁之间单边间隙要大于75mm。在过滤器和井壁之间充填一定厚度的砾料，填砾时应保证砾料到位，起到滤水、挡砂的作用，形成很好的滤层。
2.2 工艺优点
由于口径较大，井身结构简单，洗井方法简便，可以保证成井后的回灌能力；同时施工成本较低。
2.3 技术要点
（一）施工过程中对钻井液选择：在施工上部明化镇组时应采用优质钠土钻井液，适当加入铵盐及一些可除解材料；在施工下部馆陶组应采用自然造浆方式，避免对热储层造成伤害堵塞。
（二）破壁换浆：下管前做到“破壁”去除泥皮，下管后填砾前“正循环管外循环换浆”，彻底清除井内钻井液，破坏井壁泥饼。
（三）物探测井：确保过滤器的位置对应下至目的含水层。
（四）逐级扩孔：严格按照技术标准进行。
（五）填砾：应采用动水投砾，一般要求砾料顶面超过过滤器顶部20m。
3 二开过滤器成井工艺
3.1 工艺概述
二开过滤器成井工艺的应用历史较久，早在1987年，天津地热勘查开发设计院、大港石油管理局和南开大学数学系在大港油田水电厂对新近系明化镇组和馆陶组热储进行早期回灌试验研究时，就采用了该成井工艺，如图2所示。该工艺应用至今，较为成熟。二开过滤器成井工艺在滨海新区主要应用在较深地热井中（孔深>1500m），采用水泥固井止水方法。水泥固井具体工艺是在过滤器上部加装盲管，并预打旋流孔，待井管下至预定位置后，利用旋流孔进行注水泥固井作业。旋流孔下部加高强度橡皮伞，防止水泥浆下沉。
3.2 工艺优点
该种工艺成井质量较高，既能固定井管，又能起到隔绝上部冷水层的止水作用，保证取水段的温度和出水量。该工艺在地热井施工中应用广泛，滨海新区早期馆陶组地热井均采用该种工艺。
3.3 技术要点
（一）由于井孔较深，要根据钻井地层的不同调配不同性能的钻井液，其基本要求是钻井液要有较好的携砂能力，具有润滑性，能防坍塌、防缩径的特点，保证井下安全。
（二）下管：由于含水层一般不连续，下管前要准确安排好技术套管和过滤器下入顺序，丈量套管一定要准确，成井后确保过滤器的位置与目的含水层一一对应，且套管串顶部与上部表层套管重叠不少于30m。
（三）止水：各含水层之间用橡皮兜止水。
（四）固井：二开固井一般采用二级固井方法。第一级固井在距过滤器顶部以上100m左右的位置进行，该处预留旋流孔，水泥浆上返高度不少于300m，候凝24h再进行二级固井；第二级固井在二开套管顶部挤入水泥浆，干水少于5T。两次固井的水泥浆密度均为1.85g/cm3。两次固井都采用G级油井水泥，套管内水泥塞高度不少于10m。
（五）洗井作业：完井后，首先要用清水换浆，采用六偏磷酸钠溶液浸泡，对含水层喷射洗井，破坏泥皮，然后再进行气举洗井。
4 二开射孔成井工艺
4.1 工艺概述
射孔技术是指将射孔器用专用仪器设备输送到井下预定深度，对准目的层引爆射孔器，穿透套管及水泥环，构成目的层至套管内连通孔道的一项工艺技术。该技术作为石油钻井领域比较成熟的技术，在油气层成井中广泛使用。近年来被尝试性地应用于孔隙型热储地热井成井工艺中，效果较好，尤其是在地热回灌井中应用，明显提升了回灌能力。 射孔技术一般应用在较深地热井中（一般>1500m）。
该成井工艺结合测井曲线解释成果分析热储层的渗透率、孔隙度、含水层厚度及井温等参数，通过射孔作业方式，建立渗水通道成井。该工艺应用于赋水性好、渗透率大、地层成岩性好，胶结较致密的热储层中，如图3所示。
4.2 工艺优点
该种工艺成井质量较高，工艺成熟。既能隔绝上部冷水层，保证取水段的温度和出水量，也能做到保护热储层不被污染，增加回灌量。该工艺近年来在地热回灌井施工中应用较多。
4.3 技术要点
（一）由于井孔较深，要根据钻井地层的特点控制钻井液的性能，要求钻井液有较好的携砂能力，具有润滑性，能防坍塌、防缩径，保证套管能下入到位。
（二）二开固井一般采用二级固井方法。第一级固井要确保水泥浆上返高度超过射孔井段以上150-200m，保证射孔井段管外有完整的水泥环封固。
（三）射孔作业要根据测井解释成果和地层情况选择合适的射孔枪型和弹型。
（四）完井后彻底洗井。
5 二开过滤器与射孔工艺回灌效果比较
（一）射孔工艺相对于过滤器成井工艺更为简单，而且在特定的地层中应用，由于射孔建立的通道更为直接，事實证明是有利于地热回灌的。
（二）过滤器成井工艺能选择合适的过滤器类型和缠丝间距，对止砂和出水的效果较好把握，一般能做到含砂少，涌水量大。
（三）过滤器工艺经过多年的应用，技术成熟，对天津地区绝大多数孔隙型地层都适用，射孔技术对地层的成岩性和胶结程度要求较高，不适用于浅井和胶结差的地层。
（四）过滤器成井工艺对下管位置准确度要求高，如果过滤器与含水层不能准确对应，则会严重影响回灌效果。而且在施工过程中，限于过滤器长度和过滤器两端各存在30-50cm左右的实管和管箍的影响，过滤器和目的层严格对应的难度会增大。
射孔成井工艺不存在以上问题，选位过程中利用测井曲线与作业只要做到对应于既定含水层射孔即可，不存在顺序和丈量的问题。
（五）对于裸眼段较长的地热井，过滤器工艺由于管串结构复杂，各段承受应力有区别，过滤器强度较弱，下管过程中格外要注意。如果选择双壁过滤器，则外径更大，对井身质量和井眼轨迹要求更高。
6 结论
结合滨海新区馆陶组热储层特征，考虑到不同成井工艺的优缺点，在不同区域应选用适合的成井工艺：
（一）在孔深较浅（一般<1500m），目的层埋深较浅的地热井中，储层胶结程度一般较差，较为松散，考虑选用一开过滤器成井工艺。
（二）对于深度较大的馆陶组地热回灌井（一般>1500m），为减小施工风险，多采用二开成井方式，其中馆陶组地层赋水性好、渗透率大且胶结性较好的储层，选用射孔成井工艺，射孔成井方式，对于胶结性较差的松散地层，采用二开单层过滤器成井工艺。
（三）二开过滤器成井和射孔成井工艺在技术上各有优缺点，今后应继续加强成井工艺的研究，根据不同地层选择适合的成井工艺，使回灌效果最大化。
参考文献：
1.天津地热勘查开发设计院.地热集中开采区回灌开发布局和资源整合规划研究报告.2009
2.林黎 王连成 赵苏民等.天津地区孔隙型热储层地热流体回灌影响因素探讨.水文地质工程地质.2008.35
3.王连成 林黎 林建旺等.天津市滨海新区馆陶组热储回灌技术集成及示范研究报告.2011
4.王连成 林黎 林建旺等.地热回灌系统工程建设及新技术应用研究.天津地热勘查开发设计院.2007
5.天津地热勘查开发设计院.天津市重点地热田回灌布局规划研究报告.2008
6.赵苏民 孙宝成 林黎等.沉积盆地型地热田勘查开发与利用.地质出版社.2013
7.天津地热勘查开发设计院.天津市滨海新区东丽湖地区基岩热储地热资源保护工程研究报告.2013
8.庞忠和.用CO2作为工作流体提高砂岩储层回灌率.亚洲地热研讨会.青岛：2008
9.马致远 侯晨 席临平，超深层孔隙型热储地热尾水回灌堵塞机理.水文地质工程地质.2013.40（5）
10.徐国芳 马致远 周鑫.地压型热储流体尾水回灌化学堵塞机理研究——以咸阳回灌一号井为例.工程勘察.2013.41（7）
作者简介：
沈健，2005年毕业于长安大学水文与水资源工程专业，毕业后就职于天津地热勘查开发设计院，现为水工环地质专业工程师，主要从事水文地质、地热地质、地热回灌等专业技术工作。
王连成，1997年毕业于石家庄经济学院岩土工程专业，毕业后就职于天津地热勘查开发设计院，现为水工环地质专业高级工程师，主要从事暖通工程、地热地质、地热回灌等专业技术工作。
赵艳婷，2013年毕业于中南大学矿产普查与勘探专业，毕业后就职于天津地热勘查开发设计院，现为水工环地质专业助理工程师，主要从事水文地质、地热地质、地热回灌等专业技术工作。
关键词：地热资源，回灌，成井工艺，砂岩热储，馆陶组
中图分类号：P314.1 文献标识码：B
文章编号：1001-9138-（2016）07-0075-80 收稿日期：2016-06-07
1 前言
地热资源是一种清洁能源，主要分为砂岩孔隙型储层地热和岩溶裂隙型储层地热。砂岩孔隙型储层地热资源，具有埋藏浅、分布广、储量大、利用范围广等特点，近年来开发利用规模呈逐年增大趋势，为推动经济和环境发展发挥了巨大的作用，取得了较好的经济效益和社会环境效益。
目前，砂岩热储回灌技术是孔隙型热储可持续开发利用中的技术难题，也是天津孔隙型热储地热资源实现可持续开发利用的一个瓶颈问题。以往，在天津新近系热储层只能开采不回灌的现象普遍存在，大大地缩短了新近系砂岩热储地热资源开发利用的寿命。砂岩热储回灌受多个因素制约，尤其是回灌井的成井工艺更是回灌能否实现的重要技术环节。因此，开展回灌井成井工艺的研究，并将先进技术推广应用，对于促进地热回灌技术的开发，推广具有十分重要的作用。
天津市在多年的馆陶组孔隙型地热回灌井施工工艺探索中，积累了丰富的实践经验。在对滨海新区馆陶组热储层特征分析的基础上，为了适应不同的储层特征，达到理想的回灌效果，不断地进行了技术改进。通过分析各阶段钻井工程的技术改进，确定适宜的回灌井施工工艺，指导实际钻井施工，取得了较好的应用效果，为促进本地区的回灌工作发挥了巨大的作用。
2 一开过滤器成井工艺
2.1 工艺概述
一开过滤器成井工艺在滨海新区主要应用于热储层埋深较浅（孔深<1500m）的馆陶组回灌井中，经过技术改进，能有效提高回灌效果。
该工艺采用大口径填砾工艺，如图1所示，为阻挡进砂，确保回灌效果，砾料厚度应大于75mm，且砾料高度必须超出滤水管，以起到滤水、挡砂的作用；砾料上部填粘土球止水。这种工艺，井径较大，投入砾料可预防松散粉细砂岩地层出砂，破壁换浆彻底，因人工投入的砾料质量好，过水效果好，可有效提高回灌效果。
该成井完井后选择扩孔，按规范要求，井管和井壁之间单边间隙要大于75mm。在过滤器和井壁之间充填一定厚度的砾料，填砾时应保证砾料到位，起到滤水、挡砂的作用，形成很好的滤层。
2.2 工艺优点
由于口径较大，井身结构简单，洗井方法简便，可以保证成井后的回灌能力；同时施工成本较低。
2.3 技术要点
（一）施工过程中对钻井液选择：在施工上部明化镇组时应采用优质钠土钻井液，适当加入铵盐及一些可除解材料；在施工下部馆陶组应采用自然造浆方式，避免对热储层造成伤害堵塞。
（二）破壁换浆：下管前做到“破壁”去除泥皮，下管后填砾前“正循环管外循环换浆”，彻底清除井内钻井液，破坏井壁泥饼。
（三）物探测井：确保过滤器的位置对应下至目的含水层。
（四）逐级扩孔：严格按照技术标准进行。
（五）填砾：应采用动水投砾，一般要求砾料顶面超过过滤器顶部20m。
3 二开过滤器成井工艺
3.1 工艺概述
二开过滤器成井工艺的应用历史较久，早在1987年，天津地热勘查开发设计院、大港石油管理局和南开大学数学系在大港油田水电厂对新近系明化镇组和馆陶组热储进行早期回灌试验研究时，就采用了该成井工艺，如图2所示。该工艺应用至今，较为成熟。二开过滤器成井工艺在滨海新区主要应用在较深地热井中（孔深>1500m），采用水泥固井止水方法。水泥固井具体工艺是在过滤器上部加装盲管，并预打旋流孔，待井管下至预定位置后，利用旋流孔进行注水泥固井作业。旋流孔下部加高强度橡皮伞，防止水泥浆下沉。
3.2 工艺优点
该种工艺成井质量较高，既能固定井管，又能起到隔绝上部冷水层的止水作用，保证取水段的温度和出水量。该工艺在地热井施工中应用广泛，滨海新区早期馆陶组地热井均采用该种工艺。
3.3 技术要点
（一）由于井孔较深，要根据钻井地层的不同调配不同性能的钻井液，其基本要求是钻井液要有较好的携砂能力，具有润滑性，能防坍塌、防缩径的特点，保证井下安全。
（二）下管：由于含水层一般不连续，下管前要准确安排好技术套管和过滤器下入顺序，丈量套管一定要准确，成井后确保过滤器的位置与目的含水层一一对应，且套管串顶部与上部表层套管重叠不少于30m。
（三）止水：各含水层之间用橡皮兜止水。
（四）固井：二开固井一般采用二级固井方法。第一级固井在距过滤器顶部以上100m左右的位置进行，该处预留旋流孔，水泥浆上返高度不少于300m，候凝24h再进行二级固井；第二级固井在二开套管顶部挤入水泥浆，干水少于5T。两次固井的水泥浆密度均为1.85g/cm3。两次固井都采用G级油井水泥，套管内水泥塞高度不少于10m。
（五）洗井作业：完井后，首先要用清水换浆，采用六偏磷酸钠溶液浸泡，对含水层喷射洗井，破坏泥皮，然后再进行气举洗井。
4 二开射孔成井工艺
4.1 工艺概述
射孔技术是指将射孔器用专用仪器设备输送到井下预定深度，对准目的层引爆射孔器，穿透套管及水泥环，构成目的层至套管内连通孔道的一项工艺技术。该技术作为石油钻井领域比较成熟的技术，在油气层成井中广泛使用。近年来被尝试性地应用于孔隙型热储地热井成井工艺中，效果较好，尤其是在地热回灌井中应用，明显提升了回灌能力。 射孔技术一般应用在较深地热井中（一般>1500m）。
该成井工艺结合测井曲线解释成果分析热储层的渗透率、孔隙度、含水层厚度及井温等参数，通过射孔作业方式，建立渗水通道成井。该工艺应用于赋水性好、渗透率大、地层成岩性好，胶结较致密的热储层中，如图3所示。
4.2 工艺优点
该种工艺成井质量较高，工艺成熟。既能隔绝上部冷水层，保证取水段的温度和出水量，也能做到保护热储层不被污染，增加回灌量。该工艺近年来在地热回灌井施工中应用较多。
4.3 技术要点
（一）由于井孔较深，要根据钻井地层的特点控制钻井液的性能，要求钻井液有较好的携砂能力，具有润滑性，能防坍塌、防缩径，保证套管能下入到位。
（二）二开固井一般采用二级固井方法。第一级固井要确保水泥浆上返高度超过射孔井段以上150-200m，保证射孔井段管外有完整的水泥环封固。
（三）射孔作业要根据测井解释成果和地层情况选择合适的射孔枪型和弹型。
（四）完井后彻底洗井。
5 二开过滤器与射孔工艺回灌效果比较
（一）射孔工艺相对于过滤器成井工艺更为简单，而且在特定的地层中应用，由于射孔建立的通道更为直接，事實证明是有利于地热回灌的。
（二）过滤器成井工艺能选择合适的过滤器类型和缠丝间距，对止砂和出水的效果较好把握，一般能做到含砂少，涌水量大。
（三）过滤器工艺经过多年的应用，技术成熟，对天津地区绝大多数孔隙型地层都适用，射孔技术对地层的成岩性和胶结程度要求较高，不适用于浅井和胶结差的地层。
（四）过滤器成井工艺对下管位置准确度要求高，如果过滤器与含水层不能准确对应，则会严重影响回灌效果。而且在施工过程中，限于过滤器长度和过滤器两端各存在30-50cm左右的实管和管箍的影响，过滤器和目的层严格对应的难度会增大。
射孔成井工艺不存在以上问题，选位过程中利用测井曲线与作业只要做到对应于既定含水层射孔即可，不存在顺序和丈量的问题。
（五）对于裸眼段较长的地热井，过滤器工艺由于管串结构复杂，各段承受应力有区别，过滤器强度较弱，下管过程中格外要注意。如果选择双壁过滤器，则外径更大，对井身质量和井眼轨迹要求更高。
6 结论
结合滨海新区馆陶组热储层特征，考虑到不同成井工艺的优缺点，在不同区域应选用适合的成井工艺：
（一）在孔深较浅（一般<1500m），目的层埋深较浅的地热井中，储层胶结程度一般较差，较为松散，考虑选用一开过滤器成井工艺。
（二）对于深度较大的馆陶组地热回灌井（一般>1500m），为减小施工风险，多采用二开成井方式，其中馆陶组地层赋水性好、渗透率大且胶结性较好的储层，选用射孔成井工艺，射孔成井方式，对于胶结性较差的松散地层，采用二开单层过滤器成井工艺。
（三）二开过滤器成井和射孔成井工艺在技术上各有优缺点，今后应继续加强成井工艺的研究，根据不同地层选择适合的成井工艺，使回灌效果最大化。
参考文献：
1.天津地热勘查开发设计院.地热集中开采区回灌开发布局和资源整合规划研究报告.2009
2.林黎 王连成 赵苏民等.天津地区孔隙型热储层地热流体回灌影响因素探讨.水文地质工程地质.2008.35
3.王连成 林黎 林建旺等.天津市滨海新区馆陶组热储回灌技术集成及示范研究报告.2011
4.王连成 林黎 林建旺等.地热回灌系统工程建设及新技术应用研究.天津地热勘查开发设计院.2007
5.天津地热勘查开发设计院.天津市重点地热田回灌布局规划研究报告.2008
6.赵苏民 孙宝成 林黎等.沉积盆地型地热田勘查开发与利用.地质出版社.2013
7.天津地热勘查开发设计院.天津市滨海新区东丽湖地区基岩热储地热资源保护工程研究报告.2013
8.庞忠和.用CO2作为工作流体提高砂岩储层回灌率.亚洲地热研讨会.青岛：2008
9.马致远 侯晨 席临平，超深层孔隙型热储地热尾水回灌堵塞机理.水文地质工程地质.2013.40（5）
10.徐国芳 马致远 周鑫.地压型热储流体尾水回灌化学堵塞机理研究——以咸阳回灌一号井为例.工程勘察.2013.41（7）
作者简介：
沈健，2005年毕业于长安大学水文与水资源工程专业，毕业后就职于天津地热勘查开发设计院，现为水工环地质专业工程师，主要从事水文地质、地热地质、地热回灌等专业技术工作。
王连成，1997年毕业于石家庄经济学院岩土工程专业，毕业后就职于天津地热勘查开发设计院，现为水工环地质专业高级工程师，主要从事暖通工程、地热地质、地热回灌等专业技术工作。
赵艳婷，2013年毕业于中南大学矿产普查与勘探专业，毕业后就职于天津地热勘查开发设计院，现为水工环地质专业助理工程师，主要从事水文地质、地热地质、地热回灌等专业技术工作。