地热井泥浆
没有吧
李连生
（山西省第二地质工程勘察院）
摘要：本文介绍了山西侯马、运城盆地第三系中施工地热井易出现泥浆吸附、井管腐蚀、井内不能投滤料、水质浑浊、长期开采造成水位下降的原因及防治措施。
地热作为一种新型的能源，近年来在我国已经广泛应用于取暖、医疗、养殖、种植等各个领域，为国民经济的发展带来很大的效益，使人民生活逐步得到改善。特别是北京、天津、西安等大城市的地热开发，大大改善了环境，节省了能源，提高了居民生活质量。
山西省也蕴藏着丰富的地热资源，特别是侯马、运城盆地内，第三系沉积了巨厚的碎屑岩层，这些都是含水的良好介质，经过地热增温和上覆岩层的覆盖保温，形成温度较高的热水。山西省第二地质工程勘察院先后在侯马、运城两盆地施工热水井8眼，最高温度78℃，一般均大于45℃。本文回顾和总结近几年施工过程中的经验和教训，希望对今后勘查和开发地热资源起到借鉴作用。
1 泥浆的吸附
侯马盆地和运城盆地位于山西省的南部。侯马盆地标高400～500m，沉积新生界厚度1500～2000m。运城盆地标高380～420m，沉积新生界厚度4000～5000m。以侯马盆地为例，第四系厚400m，第三系厚1500m，在第三系中，有100多米厚的中细砂层，为热水的储存空间，其余皆为红色粘性土。
由于施工过程中的自然造浆，穿越第三系时，泥浆粘度大，钻具不能在孔内久停，否则会被泥浆吸附，提不动钻具。山西省第二地质工程勘察院在侯马施工侯1井时，井位选择在本单位机关大院，钻进1600m时准备下管，在下管前钻具冲孔，大约停留1小时，然后提钻，结果强力提拔亦无济于事，采取吊锤震动、井内注入废机油等措施均无结果，只好从中间炸断，钻孔报废，孔内残留钻具逾300m，造成几十万元的经济损失。在施工侯2井时，因新生界地层较薄（约800m），钻具也未在孔内多停，施工顺利。而侯3、侯4井施工时，连续不断出现泥浆吸附现象，特别是施工安居工程小区的侯4井时，钻进到1600多米，已经见到了基岩，准备提钻，当时大雾不易操作，决定用完餐再提钻，结果早餐用毕，不过20min，钻具提不动，最后注入孔内5t废柴油才解决了问题，虽避免了损失，但着实让人吓了一跳。
侯马盆地勘查施工地热井4眼，在施工过程中发生吸附现象的就有3眼，占75%，这一问题必须引起高度重视。究竟钻具在第三系孔内允许静止多长时间为宜呢？虽未作过专门试验，但依笔者经验，最多不宜超过10min。
2 井管的腐蚀现象
一般热水井矿化度高，含离子种类较多，对金属材料易造成腐蚀。一般说来，普通碳钢的腐蚀均匀速度在0.125～0.25mm/a，下入井内的钢管一般厚8～10mm，正常情况下使用寿命应在30年以上。但实际上有些地热井的井管1～2年就遭到腐蚀而穿透管壁。这就说明井管的腐蚀不是均匀的，而是在局部的薄弱环节受到了腐蚀。例如，山西省第二地质工程勘察院在运城盆地的临猗县城关施工的一口地热井，松散层下入ϕ273～325mm螺旋管，壁厚8mm，下部奥陶系灰岩未下管。刚竣工时，经抽水洗井，一切正常，水清砂净。但不到1年，用户反映井中出砂，山西省第二地质工程勘察院派工程技术人员现场察看，井内出的砂皆为第四系更新统砂层。分析其原因是井管局部受腐蚀破坏所致。根据施工的情况，推测井管受损的位置有2处：①焊缝，下管时提吊焊接，个别接头焊接不均匀，受高矿化度热水腐蚀容易造成破裂，造成井内出砂；②为了方便，在下管前每根管顶端割个小孔，以便穿铁杠起吊，等井管焊接好后，再将小孔（直径约3cm）补焊上，这样就增加了井管的薄弱环节，受高矿化度热水腐蚀后也易破裂。后来改为壁厚10.3mm的石油套管，丝扣连接，避免了上述现象的产生。
3 井内水质浑浊现象
第三系地热井竣工后，经过相当长时间抽水，水质仍然浑浊。山西省第二地质工程勘察院在侯马市东庄施工的一热水井，井深1200m，自460m以深为第三系，800m以浅水泥封孔止水，800～1200m范围内有80m中砂、细砂及粉砂层，下花管100余米，且进行了包棕缠丝。成井后经过洗井，水仍然浑浊，为了使水质尽快变清，下泵抽水一段时间后，虽有好转，但使用半年后仍未达到清澈透明。
分析原因，主要是下管后未能投砾，地层中的水直接通过过滤器进入井内，这样有一些微小颗粒随同进入井内，只有长期抽水，管外形成天然过滤层，微细颗粒才不会进入井内，水才会变清。但这个过程相当长，对客户会带来一定的损失。
施工过程中的上层冷水要封堵。一般是用水泥注浆达到止水目的，管外水泥塞满，投砾是办不到的，避免上述现象的产生措施只能在过滤器上做文章，即将缠丝过滤器加工成贴砾过滤器，这样可避免浑水现象的产生。
4 井的间距问题
第三系中的水补给条件差，这是因为其埋深在几百米以下，大气降水是不能直接补给的，而且因为第三系红色粘土太厚，靠第四系含水层越流补给也不可能，其唯一方式是通过周边断裂补给，但这种补给方式周期长，补给量小。所以第三系中地热的开发必须合理控制井距，否则会引起大幅度水位下降。以西安为例，西安市地热资源也储藏在第三系中，近5年来，全市打井近百眼，水位普遍下降，最严重的下降80～100m，长期下去，后果不堪设想。根据我们在侯马、运城开发第三系地热井的经验，井距不宜小于2000m。
随着社会的发展进步,人们开始追求绿色环保的生活,吃绿色食品,用清洁能源等不一而足。而地热能源就是人们所用的清洁能源之一,现已用地热取暖、养殖、休闲度假、发电等等,今后地热能源的利用还会大大增加,因此钻探地热井的工作也会越来越多(目前已经不少了),地热井的井深、有几十至200m的浅井、也有深达2500～3000m的深井,但多数在500～2000m之间,一般热水井的温度是几十度至百度上下、地热蒸气井则可达200℃以上。地热井泥浆遇到的最大问题便是抗高温的问题。
高温对黏土在泥浆中的分散有很大的影响。高温能促进黏土颗粉分散,以致使泥浆变稠进而失去流动能力。高温会加速有机处理剂的分散降解,水化减弱、处理剂发酵变质失去作用,使泥浆的失水量上升而流动性变差,高温会使黏土吸附的有机处理剂分子解吸,也会使黏土自身的水化作用减弱,水化膜变薄而产生凝结,高温也会使可溶盐的溶解度增加,使泥浆更易受盐、钙侵。
高温中,由于分子热运动加剧,泥浆黏度降低,失水量极大地增加,使泥浆性能变坏。钙处理泥浆在高温中还可能产生固化,膨润土泥浆在高温下也易产生胶凝。特别是泥浆固相(膨润土)含量高时,泥浆静切力等上升更快、稠化更严重。
配制地热井泥浆时,应尽可能采用受温度影响较小的黏土和处理剂。如用抗温黏土(海泡石)或非膨润土造浆,用铁铬盐、铬腐殖酸、水解聚丙烯腈、水解聚丙烯酰胺、烷基苯磺酸钠等进行处理,配成低固相泥浆、含铬泥浆、盐水或饱和盐水泥浆。
地热井泥浆要求黏土含量较低,避免固相含过多引起泥浆的稠化,已有的泥浆类型有:铁铬盐-CMC泥浆、铬褐煤-铬木质素磺酸盐泥浆、铬腐殖酸泥浆等。
地热泥浆平时的维护也特别重要,要定期测量泥浆进出口温度,分析泥浆滤液成分及黏度的变化、分析泥浆性能的变化和泥浆中黏土含量的变化,同时做好泥浆的冷却工作和除砂除泥净化工作。
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