《地熱鉆完井工藝技術》是新時代地熱能高效開發(fā)與利用研究叢書的一個分冊。本書系統(tǒng)性闡述了中淺層、中深層、超高溫等不同溫度條件下的地熱系統(tǒng)的鉆完井技術，儲層保護與增產技術，增強型地熱鉆完井技術，固井套管與水泥技術，超高溫的軌跡測控技術，地熱鉆完井HSE技術，設計與施工管理要求，主要復雜情況與事故的預防與處理等，還給出了典型的中低溫地熱、超高溫地熱等鉆完井實例。本書內容豐富、層次清晰、圖文并茂、注重創(chuàng)新，可供地熱鉆完井相關技術人員參考使用，指導不同條件下地熱鉆完井施工，提高地熱井鉆完井技術水平，也可作為關心、熱愛地熱事業(yè)人員學習掌握地熱鉆完井技術參考書，使更多人學習、掌握地熱鉆完井的理論與方法。
在碳達峰 碳中和目標背景下，中國地熱能開發(fā)利用進入了一個高質量、規(guī)�；焖侔l(fā)展的新時代。新時代地熱能高效開發(fā)與利用研究叢書正是在這樣的大背景下應時應需地出籠的。叢書由中國科學院地質與地球物理研究所龐忠和教授擔任總主編，由中國科學院汪集暘院士、賈承造院士，中國工程院馬永生院士、多吉院士、武強院士擔任學術顧問。各分冊的主編來自吉林大學、天津大學等高校和北京市工程地質研究所、北京市地質礦產勘查院、天津地熱勘查開發(fā)設計院等相關院所，都是地熱能開發(fā)利用領域的領軍人才。叢書的編寫以能源領域國家重大戰(zhàn)略規(guī)劃為指引，以地熱能開發(fā)利用產業(yè)高質量發(fā)展為目標，服務從事地熱能勘查、開發(fā)和利用實際工作的工程技術人員和項目管理人員。叢書基于三橫四縱的知識矩陣進行布局：在橫向上包括了淺層地熱能、中深層地熱能和深層地熱能；在縱向上，從地熱勘查技術，到開采技術，再到利用技術，以及項目管理。當前，國家對十四五期間地熱能的發(fā)展綱領已經(jīng)明確，2023年第七屆世界地熱大會即將在北京召開，中國地熱能產業(yè)正在大步邁向新的發(fā)展階段，其必將推動中國從地熱大國走向地熱強國。本叢書的出版將為我國新時代的地熱能產業(yè)高質量發(fā)展以及國家能源轉型、應對氣候變化和建設生態(tài)文明戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)做出貢獻，為中國地熱獻禮。1. 本書是國家出版基金、十四五時期國家重點出版物出版專項規(guī)劃、上海市促進文化創(chuàng)意產業(yè)發(fā)展財政扶持資金項目新時代地熱能高效開發(fā)與利用研究叢書的分冊之一。2. 本書力圖探索這些差異鉆完井技術與地礦系統(tǒng)及油氣鉆完井技術相比存在顯著的差異，突出地熱鉆完井自身特點，介紹適用于地熱開發(fā)的鉆完井技術，內容涵蓋鉆完井不同領域。3. 本書內容深入，基礎理論緊密結合應用實例，體現(xiàn)了良好的系統(tǒng)性、創(chuàng)新性、實踐性和示范性，書中論述的研究成果具有極高的理論和實際應用價值，對促進地熱鉆完井技術進步具有積極的作用。4. 圖書裝幀精美，全彩印刷，清晰展現(xiàn)地熱鉆完井工藝技術成果，頗具收藏價值。
鉆完井是勘探與開采地下礦產的重要技術途徑,特別是對于人工挖掘難以達到的深部地下流體資源開發(fā)來說,運用鉆井技術建立地下流體向地面的產出通道是其技術手段。在地熱開發(fā)方面,鉆完井技術的進步、鉆完井技術實現(xiàn)的開發(fā)效果也將是地熱發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié),并在一定程度上決定了地熱可開發(fā)的規(guī)模與效益。水熱型地熱開發(fā)鉆完井技術按溫度高低,可以分為中低溫地熱鉆完井技術與高溫地熱鉆完井技術。長期以來,地熱鉆完井大多數(shù)沿用地礦系統(tǒng)鉆完井技術或油氣鉆完井技術,但地熱開發(fā)有自身的特點,其鉆完井技術與地礦系統(tǒng)及油氣鉆完井技術相比存在顯著的差異。本書力圖探索這些差異,突出地熱鉆完井的特點,介紹適用于地熱開發(fā)的鉆完井技術,內容涵蓋鉆完井不同領域,對于推進地熱事業(yè)的發(fā)展,促進地熱鉆完井技術進步具有積極的作用。本書內容包括各種不同溫度、不同類型的地熱鉆井技術,套管與固井技術,儲層保護技術,鉆完井HSE技術,設計與施工管理要求,主要復雜情況與事故預防與處理,以及應用實例等。其中,緒論由查永進、葉宏宇編寫;首章為中低溫地熱鉆完井裝備與工藝,由葉宏宇、張海林編寫;第2章為超高溫地熱鉆完井技術,由查永進、宋先知、楊迎新、查斐等編寫;第3章為熱儲層保護與增產技術,由孫文超、張彥龍、卓魯斌等編寫;第4章為增強型地熱鉆完井技術,由查永進、祝效華、葉宏宇、查斐等編寫;5章為地熱井固井技術,由孫文超、王兆會、葉宏宇、張興國等編寫;第6章為高溫鉆井軌跡測控,由趙彤、鄒靈戰(zhàn)、查斐、卓魯斌等編寫;第7章為設計、施工管理與HSE,由趙彤、查永進等編寫;第8章為地熱井主要復雜情況與事故,由查永進、葉宏宇、趙彤等編寫;第9章為鉆完井實例,由葉宏宇、查永進、蘇園、張海林編寫。查永進、葉宏宇、趙彤、張培豐、楊忠彥對全書進行了統(tǒng)稿與審稿,龐忠和研究員對全書進行了審定。在本書撰寫過程中,中國石油集團工程技術研究院有限公司、北京泰利新能源科技發(fā)展有限公司、長城鉆探工程公司提供了大量的資料,對編寫工作給予了大量的支持,在此向他們表示衷心的感謝!本書編寫過程中大量參考了西南石油大學、中國石油大學(北京)的學位論文,在此也向論文作者及其指導教師表示感謝!由于本書是首次編寫地熱方面鉆完井技術的專著,而目前地熱鉆完井技術在我國也正處于從中低溫、中深與淺層向高溫、深層發(fā)展的前期,因此技術成熟度相對較低,同時限于作者的知識、能力,書中難免存在疏漏與不足之處,敬請同行與讀者批評指正。查永進2022年7月于北京
緒論
第 1 章 中低溫地熱鉆完井裝備與工藝
1. 1 淺層、中低溫鉆井裝備
1. 1. 1 常用鉆機類型
1. 1.2 鉆機選型
1.2 淺層中低溫地熱井鉆井工藝
1.2. 1 地面動力驅動鉆井液正循環(huán)回轉鉆井工藝
1.2.2 井下動力驅動鉆井液正循環(huán)回轉鉆井工藝
1.2.3 氣舉反循環(huán)回轉鉆井工藝
1.2.4 空氣潛孔錘正循環(huán)沖擊回轉鉆井工藝
1.2.5 其他鉆井工藝介紹
1.2.6 鉆井工藝選擇
1.3 淺層中低溫地熱井完井工藝
1.3. 1 完井工藝設計
1.3.2 測井
1.3.3 套管下入
1.3.4 固井與儲層保護
1.4 中深層中高溫地熱鉆完井技術
1.4. 1 鉆井裝備
1.4.2 鉆井工藝技術
1.4.3 完井工藝設計
第 2 章 超高溫地熱鉆完井技術
2. 1 超高溫地層鉆井難點
2.2 鉆井工藝
2.2. 1 井身結構設計
2.2.2 循環(huán)液體設計
2.2.3 提速工藝設計
2.3 完井工藝
2.4 鉆井安全控制
2.4. 1 正常鉆進狀態(tài)下溫度控制
2.4.2 井漏情況下溫度控制
2.4.3 地層出水情況下溫度控制
2.4.4 泡沫與充氣鉆井技術
2.4.5 裝備與工具要求
2.5 超高溫地層破巖新技術
2.5. 1 超高溫地層破巖鉆頭
2.5.2 提速新技術
第 3 章 熱儲層保護與增產技術
3. 1 熱儲特點與損害因素
3. 1. 1 中淺層高孔滲儲層損害因素分析
3. 1.2 中深層碳酸鹽巖儲層損害因素分析
3. 1.3 超高溫地熱儲層損害因素分析
3.2 儲層保護技術
3.2. 1 碎屑巖儲層保護技術
3.2.2 碳酸鹽儲層保護技術
3.2.3 超高溫地熱儲層保護技術
第 4 章 增強型地熱鉆完井技術
4. 1 水平井、分支井技術
4. 1. 1 水平井技術
4. 1.2 分支井技術
4.2 增強型地熱系統(tǒng)完井方式
4.2. 1 兩井系統(tǒng)
4.2.2 單井系統(tǒng)
4.2.3 完井結構
4.3 增強型地熱系統(tǒng)改造工藝
4.3. 1 直井壓裂連通技術
4.3.2 水平井多級壓裂技術
4.3.3 降溫壓裂技術
4.4 氣體鉆井提速技術
4.4. 1 氣體鉆井提速適應性評價技術
4.4.2 氣體鉆井提速工藝技術
4.4.3 貴州銅仁松桃苗王城地熱井氣體鉆井工程實例
第 5 章 地熱井固井技術
5. 1 地熱井井身結構與套管
5. 1. 1 地熱井井身結構
5. 1.2 高溫情況下套管強度設計
5. 1.3 套管材質與扣型選擇
5.2 地熱井水泥技術
5.2. 1 水泥石性能
5.2.2 抗高溫水泥漿
5.3 高溫地熱井固井工藝
5.3. 1 地熱井封固要求
5.3.2 固井工藝
第 6 章 高溫鉆井軌跡測控
6. 1 定向井、水平井軌跡設計
6. 1. 1 平臺井組設計
6. 1.2 水平井井眼方向選擇
6. 1.3 超高溫定向井、水平井軌跡設計要求
6.2 軌跡測量方法與儀器
6.2.1 不同熱儲測量參數(shù)要求
6.2.2 軌跡監(jiān)測要求
6.3 定向井軌跡控制技術
6.3. 1 直井防斜技術
6.3.2 中高溫時軌跡控制技術
6.3.3 超高溫井段軌跡控制
6.4 地熱井資料錄取
6.4. 1 地熱井錄井
6.4.2 地熱井測井
第 7 章 設計 、施工管理與 HSE
7. 1 設計要求
7. 1. 1 鉆井設計要求
7. 1.2 完井設計要求
7.2 施工管理要求
7.2. 1 環(huán)境管理
7.2.2 技術管理
7.2.3 質量控制
7.3 政府監(jiān)管
7.4 地熱鉆完井 HSE 管理特點與要求
7.4. 1 地熱鉆完井 HSE 管理概念
7.4.2 地熱鉆井作業(yè) HSE 風險特征
7.4.3 地熱鉆完井安全生產
7.4.4 地熱鉆完井勞動保護與醫(yī)療保健
7.4.5 地熱鉆完井環(huán)境保護
7.5 地熱鉆完井 HSE 過程控制
7.5. 1 建設單位 HSE 職責
7.5.2 施工單位 HSE 職責
7.5.3 HSE 管理方法與要求
第 8 章 地熱井主要復雜情況與事故
8.1 井漏的預防與處理
8. 1. 1 井漏的原因
8. 1.2 井漏的分類
8. 1.3 井漏的預防
8. 1.4 井漏的處理
8.2 阻卡預防與處理
8.2.1 遇阻
8.2.2 粘吸卡鉆
8.2.3 坍塌卡鉆
8.2.4 砂橋卡鉆
8.2.5 縮徑卡鉆
8.2.6 鍵槽卡鉆
8.2.7 泥包卡鉆
8.2.8 落物卡鉆
8.3 鉆具事故的預防與處理
第 9 章 鉆完井實例
9.1 中淺層低溫地熱井實例
9. 1. 1 河北滄州肅寧縣金恩供熱站地熱供暖回灌井
9. 1.2 湖南永州舜皇山國家森林公園地熱溫泉井
9. 1.3 貴州梵凈山旅游景區(qū)地熱溫泉井
9.2中深層中高溫地熱井實例
9.2. 1 北京鳳河營地熱田首眼深層地熱井
9.2.2 西藏阿里朗久地熱供暖項目首眼深層地熱井
9.3 西藏羊易地熱發(fā)電項目首眼深層高溫地熱井實例
9.3. 1 項目簡介
9.3.2 鉆井地質條件
9.3.3 鉆井工藝
9.3.4 完井工藝
9.3.5 放噴試驗
9.3.6 成井參數(shù)
9.3.7 經(jīng)驗教訓總結
9.4 某超高溫地熱井設計
9.4. 1 基本情況
9.4.2 井身結構與井控設計
9.4.3 鉆井程序
9.4.4 附錄 A : 泡沫和充氣水鉆進
9.4.5 附錄 B : 定向井井身軌跡
9.4.6 附錄 C : 井的測試與環(huán)境保護
參考文獻
索引
緒論
第 1 章 中低溫地熱鉆完井裝備與工藝
1. 1 淺層、中低溫鉆井裝備
1. 1. 1 常用鉆機類型
1. 1.2 鉆機選型
1.2 淺層中低溫地熱井鉆井工藝
1.2. 1 地面動力驅動鉆井液正循環(huán)回轉鉆井工藝
1.2.2 井下動力驅動鉆井液正循環(huán)回轉鉆井工藝
1.2.3 氣舉反循環(huán)回轉鉆井工藝
1.2.4 空氣潛孔錘正循環(huán)沖擊回轉鉆井工藝
1.2.5 其他鉆井工藝介紹
1.2.6 鉆井工藝選擇
1.3 淺層中低溫地熱井完井工藝
1.3. 1 完井工藝設計
1.3.2 測井
1.3.3 套管下入
1.3.4 固井與儲層保護
1.4 中深層中高溫地熱鉆完井技術
1.4. 1 鉆井裝備
1.4.2 鉆井工藝技術
1.4.3 完井工藝設計
第 2 章 超高溫地熱鉆完井技術
2. 1 超高溫地層鉆井難點
2.2 鉆井工藝
2.2. 1 井身結構設計
2.2.2 循環(huán)液體設計
2.2.3 提速工藝設計
2.3 完井工藝
2.4 鉆井安全控制
2.4. 1 正常鉆進狀態(tài)下溫度控制
2.4.2 井漏情況下溫度控制
2.4.3 地層出水情況下溫度控制
2.4.4 泡沫與充氣鉆井技術
2.4.5 裝備與工具要求
2.5 超高溫地層破巖新技術
2.5. 1 超高溫地層破巖鉆頭
2.5.2 提速新技術
第 3 章 熱儲層保護與增產技術
3. 1 熱儲特點與損害因素
3. 1. 1 中淺層高孔滲儲層損害因素分析
3. 1.2 中深層碳酸鹽巖儲層損害因素分析
3. 1.3 超高溫地熱儲層損害因素分析
3.2 儲層保護技術
3.2. 1 碎屑巖儲層保護技術
3.2.2 碳酸鹽儲層保護技術
3.2.3 超高溫地熱儲層保護技術
第 4 章 增強型地熱鉆完井技術
4. 1 水平井、分支井技術
4. 1. 1 水平井技術
4. 1.2 分支井技術
4.2 增強型地熱系統(tǒng)完井方式
4.2. 1 兩井系統(tǒng)
4.2.2 單井系統(tǒng)
4.2.3 完井結構
4.3 增強型地熱系統(tǒng)改造工藝
4.3. 1 直井壓裂連通技術
4.3.2 水平井多級壓裂技術
4.3.3 降溫壓裂技術
4.4 氣體鉆井提速技術
4.4. 1 氣體鉆井提速適應性評價技術
4.4.2 氣體鉆井提速工藝技術
4.4.3 貴州銅仁松桃苗王城地熱井氣體鉆井工程實例
第 5 章 地熱井固井技術
5. 1 地熱井井身結構與套管
5. 1. 1 地熱井井身結構
5. 1.2 高溫情況下套管強度設計
5. 1.3 套管材質與扣型選擇
5.2 地熱井水泥技術
5.2. 1 水泥石性能
5.2.2 抗高溫水泥漿
5.3 高溫地熱井固井工藝
5.3. 1 地熱井封固要求
5.3.2 固井工藝
第 6 章 高溫鉆井軌跡測控
6. 1 定向井、水平井軌跡設計
6. 1. 1 平臺井組設計
6. 1.2 水平井井眼方向選擇
6. 1.3 超高溫定向井、水平井軌跡設計要求
6.2 軌跡測量方法與儀器
6.2.1 不同熱儲測量參數(shù)要求
6.2.2 軌跡監(jiān)測要求
6.3 定向井軌跡控制技術
6.3. 1 直井防斜技術
6.3.2 中高溫時軌跡控制技術
6.3.3 超高溫井段軌跡控制
6.4 地熱井資料錄取
6.4. 1 地熱井錄井
6.4.2 地熱井測井
第 7 章 設計 、施工管理與 HSE
7. 1 設計要求
7. 1. 1 鉆井設計要求
7. 1.2 完井設計要求
7.2 施工管理要求
7.2. 1 環(huán)境管理
7.2.2 技術管理
7.2.3 質量控制
7.3 政府監(jiān)管
7.4 地熱鉆完井 HSE 管理特點與要求
7.4. 1 地熱鉆完井 HSE 管理概念
7.4.2 地熱鉆井作業(yè) HSE 風險特征
7.4.3 地熱鉆完井安全生產
7.4.4 地熱鉆完井勞動保護與醫(yī)療保健
7.4.5 地熱鉆完井環(huán)境保護
7.5 地熱鉆完井 HSE 過程控制
7.5. 1 建設單位 HSE 職責
7.5.2 施工單位 HSE 職責
7.5.3 HSE 管理方法與要求
第 8 章 地熱井主要復雜情況與事故
8.1 井漏的預防與處理
8. 1. 1 井漏的原因
8. 1.2 井漏的分類
8. 1.3 井漏的預防
8. 1.4 井漏的處理
8.2 阻卡預防與處理
8.2.1 遇阻
8.2.2 粘吸卡鉆
8.2.3 坍塌卡鉆
8.2.4 砂橋卡鉆
8.2.5 縮徑卡鉆
8.2.6 鍵槽卡鉆
8.2.7 泥包卡鉆
8.2.8 落物卡鉆
8.3 鉆具事故的預防與處理
第 9 章 鉆完井實例
9.1 中淺層低溫地熱井實例
9. 1. 1 河北滄州肅寧縣金恩供熱站地熱供暖回灌井
9. 1.2 湖南永州舜皇山國家森林公園地熱溫泉井
9. 1.3 貴州梵凈山旅游景區(qū)地熱溫泉井
9.2中深層中高溫地熱井實例
9.2. 1 北京鳳河營地熱田首眼深層地熱井
9.2.2 西藏阿里朗久地熱供暖項目首眼深層地熱井
9.3 西藏羊易地熱發(fā)電項目首眼深層高溫地熱井實例
9.3. 1 項目簡介
9.3.2 鉆井地質條件
9.3.3 鉆井工藝
9.3.4 完井工藝
9.3.5 放噴試驗
9.3.6 成井參數(shù)
9.3.7 經(jīng)驗教訓總結
9.4 某超高溫地熱井設計
9.4. 1 基本情況
9.4.2 井身結構與井控設計
9.4.3 鉆井程序
9.4.4 附錄 A : 泡沫和充氣水鉆進
9.4.5 附錄 B : 定向井井身軌跡
9.4.6 附錄 C : 井的測試與環(huán)境保護
參考文獻
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