肥城单井地热井开发利用设计是什么意思

1.井口安装

地热井井口装置及基础设备的设计、安装除了保证质量,满足用户利用需要外,还要保证整个系统的严格密闭,杜绝空气侵入,防止井管和泵管被腐蚀。因为当密封不严时,井口瞬时产生负压吸入空气,大量氧气驻留在井口至动静水位的井筒空间内,即使被人们判定为不具有腐蚀或轻微腐蚀的地热流体,由于存在溶解氧和温度较高等原因,实际生产中也具有一定的腐蚀性。井管腐蚀后会产生上部低温水混入、井孔变形,减少地热井的使用寿命泵管锈蚀后,在机械震动力的作用下,大量的锈片脱落聚集沉淀至井底,堵塞滤水管网和局部地层,造成开采、回灌效果不佳。金属腐蚀严重时会发生井管和泵管断裂、地热井报废等后果。

图4-26 全地下式井泵房建筑示意图(单位:mm)

考虑到地热井井口应具备防腐、防垢、密封等功能,井口装置应选用具有抗地热流体腐蚀性的材料,结构设计应考虑井管的热胀冷缩,与井管的连接应采用填料密封套接,并应具有良好的密封性能,不宜采用井管与井口装置直接连接方式。地热井成井后井管留置在地面以上的高度以500～1000mm为宜,泵室部分的倾斜度不得超过1.5°,泵室管外应设置有保护套管,护套直径依井管直径确定,与井管之间的间距以10～20mm为宜,材质宜采用无缝套管,选料总长度应不小于1200mm,留置在地面以上的高度应不小于400mm(图4-28),安装时必须保证水平、牢固、密封。开采井的输水泵管或回灌井的回灌水管宜选用直径不小于φ150mm、符合API标准的全密封无缝钢管的石油套管或不锈钢管,同时进行严格的防腐、防垢处理。

图4-27 典型地热利用系统热力站房建筑示意图

针对图4-28开采井口装置需要说明的是:

1)本构件适用于自流与泵抽公用型井口,井口闭井压力小于1.5MPa

2)井管应为无缝标准井管,本图以井管外径377mm为例

3)构件安装适应保证系统安装工艺要求

4)活动盲孔为水位监测孔,水位测量后应及时封住,防止大量空气进入地热管。

2.地热井提水设备

地热井提水设备选型原则及提水设备要求:地热井主要提水设备为井用耐热潜水电泵。选型原则是根据地热水的水质、水量、水温、动水位、静水位、井口出水压力要求等确定。其中水质决定泵的材质其他几种参数则决定泵的参数。

3.除砂器

由于绝大多数的固体悬浮物质是由抽出的流动水体携带到地表的,因此在开采井井口需设置除砂设备,抽出流体经过除砂处理,方可保证地热流体中裹携的岩屑微粒、细砂颗粒或其他细小颗粒不被传输到循环系统管路和回灌井内。而且除砂器的设置也可在一定程度上减轻回灌系统过滤器的工作负担。

除砂器的选型、精度应根据地热井所揭露热储层岩性、流体质量来设计和确定。天津市地热利用系统中多采用旋流式除砂器,其井口除砂效率见表4-12。从表中数据可以分析得出,颗粒直径越小,单纯采用除砂器的效果就越差,特别是当粒径范围小于0.08mm时,除砂效果仅为15%。这表明采用旋流式除砂器除砂能力的极限是由于采用机械设备的原因,要想达到稳定、保证粒径范围要求,还应配备高精度的过滤装置。

图4-28 地热井标准井口装置基础设施图

表4-12 不同颗粒直径的除砂率

地热资源开发利用需要“回灌开发”模式。回灌开发是在同一施工地点开凿两眼或两眼以上地热井,一眼作为开采井,另一眼作为回灌井。受城市用地面积的限制以及运行管理的需要,多以“对井”的方式成井。对井井口直线距离在2.5～10m之间,为防止开采、回灌地热流体短时间内相互干扰,井底距离一般保持在800m以上,这就需要有定向井施工技术的支持。

(一)定向井设计

定向井设计原则是为实现钻井目的,合理选择目标点的层位、确定靶区半径,尽可能选择简单的井身剖面类型设计的基本数据包括地面井位坐标、井底坐标、方位角、井底水平位移、造斜点位置、最大井斜角。定向井设计前要了解设计井区的地质条件,如地层、岩性、压力、倾角、倾向、断层等。还要了解地层造斜特性(以便利用地层的方位漂移规律),分析井区已有定向井资料等,从设计上避免井下复杂情况发生。

地热井不同于石油开采井。首先,地热井要有泵室,泵室为直井段其次,以扶盆地热储层在一定范围内目的层可近似看作水平无限延伸(断裂型地热井除外),因此,定向井目标靶区半径可适当放大,这些都为定向井设计提供了方便。

1)井身剖面设计:定向井井身剖面类型多种多样,常见的有三段制(多目标、较浅井)和五段制(小位移、较深井),选用的原则是保证达到钻井目的尽可能简单,利于安全、快速地进行作业以降低钻井成本。地热定向井多用五段制,即直井段、增斜段、稳斜段、降斜段、直井段。

2)造斜点设计:造斜点的选择是定向井成功的关键因素之一。一方面定向井施工要求造斜点岩石结构比较稳定、可钻性比较均匀,避免岩石破碎段、流砂层或易坍塌等复杂地层,同时岩石的硬度应能起到对造斜钻具的支撑作用。另一方面造斜点的深度应根据设计井的垂直井深、水平位移大小和选用的井身剖面类型而决定。实际工作中往往把造斜点选择在尽可能浅的地层中,以利于用尽量小的井斜达到理想的成井水平位移。

3)最大井斜角设计:井斜角是钻具行迹与垂直方向的夹角,主要依据钻井设备定向能力、垂直井深与目标水平位移确定。大量的钻井实践证明,井斜角小于15°,方位不稳定,容易漂移。井斜角大于45°,施工难度较大,井壁易失稳,所以,最大井斜角最好控制在15°～45°之间。

(二)定向井施工安全措施

由于定向井井眼形状复杂,水平位移较大,易发生井下复杂情况和产生井下事故。

1)压差卡钻。在定向井施工中,斜靠在井壁上的钻具与井壁的接触面积大,作用在井壁上的正压力也增大,易发生压差卡钻。预防措施主要是采用润滑性能优良的钻井液:①加入润滑剂使泥饼摩擦系数小于0.2②采用混油泥浆、混油量8%～15%③下套管及电测井之前加1.5%～2%的固体润滑剂,保证顺利施工。

2)键槽卡钻。定向井钻进和起下钻过程中,钻具长时间拉、摩、碰井壁,容易形成键槽。预防措施有:①在曲率较大的井段,定期下入键槽破坏器,破坏键槽②认真记录起下钻遇阻遇卡位置,结合测斜资料分析,提前破坏处理。

3)其他防卡措施:钻井液应具有良好的净化系统,至少配备三级净化装置,保证钻井液含砂量不大于0.5%控制钻井液,使其屈服值不小于6Pa,提高携带岩屑能力,保证井眼干净。

(三)定向井施工实例

目前,天津地区地热定向井有90对之多,积累了在中低温沉积盆地地热定向井的施工经验,下面以SR19D,SR20D基岩地热定向“对井”为例,对地热定向井施工工艺进行探讨。

1.地层及岩性

该“对井”钻遇地层为第四系平原组,新近系明化镇组、馆陶组,古生界寒武系,新元古界青白口系景儿峪组、龙山组,中元古界蓟县系雾迷山组(目的层),见表4-3。

2.定向井工艺

(1)定向工具的选择

该“对井”定向井段为Φ311mm( ″)井眼,选用8″无磁钻铤、 ″纳维钻具、2.5°弯接头、高压循环头等定向工具,测量仪器定向井段采用有线随钻测斜仪,增斜和稳斜井段采用自浮式电子测斜仪。

表4-3 设计对井钻遇地层及岩性

(2)定向井设计

1)井身结构设计。根据钻井所在区域地质情况和地热钻井技术特点,设计为四开井,井身结构及套管程序为:一开钻头直径Φ444.5mm,套管直径Φ339.7mm,下深400m二开钻头直径Φ311mm,套管直径Φ244.5mm,进入基岩2m左右封闭松散软地层三开钻头直径Φ215.9mm,套管直径Φ177.8mm,进入取水目的层雾迷山组白云岩2m左右下管所有套管必须符合美国石油协会指定的API标准。四开钻头直径为Φ152.4mm,裸眼成井,井身结构见表4-4。

表4-4 定向井井身结构表

2)井身剖面的设计。根据施工井地层特点和井身结构设计定向井为五段制井身剖面,即直井段、增斜段、稳斜段、自然降斜段和直井段。

3)造斜点的确定。根据施工设计和实际钻进地层分析,SR19D造斜点定在820m,SR20D造斜点定在765m的新近系胶结较好的泥岩中。

4)设计方位角、水平位移、造斜率和最大井斜角。根据地层产状、钻井深度和构造情况,设计SR19D井方位角为135°,水平位移为400m,SR20D井方位角为315°,水平位移为400m,井眼曲率为12°/100m以内,最大井斜角21°。

(3)定向井施工工艺措施和注意事项

1)直井段采用塔式钻具结构,严格按规定参数钻进,井斜角控制在1°以内。

2)定向造斜井段选在新近系上部的泥岩井段,采用有线随钻定向速度较快,但造斜率一般应控制在12°/100m以内,采用2.5°弯接头一般50～70m可达到8°井斜,完成定向工作,在定向造斜时还考虑了转盘增斜作用,使用的牙轮钻头钻进时方位多向顺时针方向漂移即右手漂移规律,因此该井在定向造斜过程中比设计方位提前6°～10°,目的是利用右手漂移规律在钻达目的层时中靶精度更高。

3)转盘钻增斜井段,每钻进30m要测斜一次,根据轨迹测量情况调节钻压和转速,以控制增斜速度和方位,井眼轨迹圆滑,钻至最大井斜角21°可以进行稳斜钻进。

4)斜井段700～1300m为Φ311mm大井眼,钻进过程中岩屑较多,要求泥浆泵排量要大,并根据井内情况和岩屑返出情况,每钻进100～200m进行一次短提下钻,以清理下井壁的“岩屑床”,起钻时要观察井口,防止出现“抽吸”,必要时接方钻杆循环。

5)稳斜段,按照设计要求采用3只扶正器稳斜钻具结构,就可满足新近系Φ311mm井段稳斜要求,每钻进50m要测斜一次,根据轨迹测量情况调节钻压和转速,控制增斜速度和方位,可以达到按所需轨迹施工的目的。而基岩地层Φ215.9mm井段稳斜时,情况相对较复杂,由于地层塑性小,刚性较大,因此钻井过程中受岩层倾角和走向影响,非常容易出现降斜和“跑方位”情况,施工中采用4只扶正器的稳斜钻具结构,并根据测量井斜和方位情况及时调整钻具结构,如采用微增结构或增斜结构进行稳斜, SR19D井遇到稳斜稳不住情况,利用增斜钻具稳斜较理想。

6)四开Φ152.4mm井段为工作的目的层,主要岩性是白云岩,裂隙发育、漏失严重,采用自然降斜钻具结构。

3.钻井液调配

一开井段:钻遇地层为第四系。岩性:粘土、砂层、砂质粘土。钻井液用搬土浆。

二开井段:钻遇地层为新近系。岩性:砂岩、泥岩、砂泥岩。井眼尺寸:Φ311mm,钻井液类型:聚合物防塌钻井液。本井段难点:稳定井壁、大井眼携砂、润滑防卡。

1)钻井液性能为:密度1.05～1.08g/cm3,黏度35～38s,API失水≤8mL,塑性黏度7～10mPa·s,动切力3～6Pa,10s切力0.5～1.0Pa,10min切力1.0～3.0Pa,pH8.5～9。

2)二开钻水泥塞时,加入适量的纯碱,避免水泥对钻井液的污染。定向钻进前,加入极压润滑剂、润滑防塌剂、胺盐等钻井液材料,保证钻井液性能稳定。上部地层机械钻速较快,及时排放沉砂,降低劣质固相对钻井液的污染。

3)完钻前50m调整好钻井液各项性能,保证电测和下套管施工的顺利进行。

三开井段:钻遇地层主要为古生界寒武系和新元古界。岩性:泥质灰岩、泥页岩、泥岩、灰岩。井眼尺寸:215.9mm。钻井液类型:抑制性防塌钻井液。本井段难点:泥岩防缩径、井眼净化、润滑防卡、防漏。

1)钻井液性能:密度1.10～1.15g/cm3,黏度38～48s,API失水≤12mL,塑性黏度8～15mPa·s,动切力5～8Pa,10s切力1.0～2.0Pa,10min切力2.0～4.0Pa,pH8.5～9.0。

2)钻水泥塞时,加入适量的纯碱,避免水泥对钻井液的污染。钻进过程中,补充极压润滑剂、防塌护壁剂、高温降滤失剂等钻井液材料,保证钻井液性能稳定。

四开井段:清水钻进。

4.根据地层情况采取的堵漏措施

SR19D,SR20D两井相距很近,但在施工中发现两井钻遇地层相差较大。尤以古生界寒武系最为突出。SR19D井寒武系厚度为164m,其中昌平组缺失,井底没有出现异常。SR20D井的寒武系厚度355m,其中昌平组厚78m。当钻进至1526m时进尺开始加快至3m/min,当钻进至1534m时出现大漏基本不返浆,上返的少量岩屑中含有大量的风化的灰岩,滴酸起泡剧烈,为防止井下重大事故发生,果断甩掉3个扶正器,继续钻进。1558m再次出现大漏不返浆,提钻,实施静止堵漏。3天的堵漏过程中,多次出现井下危险,但由于采取措施及时、方法得当,保证了生产的安全进行。

1.2.1 前瞻可行性研究步骤

1.2.2 地热集中供暖项目可行性研究基本内容

（1）项目名称

（2）项目建设背景

（3）项目承办单位

（4）项目建设用地

（5）项目建设期限

（6）项目建设内容与规模

（7）项目开发建设模式

（8）地热集中供暖可行性研究报告编制依据

1.2.3 前瞻对地热集中供暖项目可行性研究结论

（1）前瞻项目政策可行性研究结论

（2）前瞻产品方案可行性研究结论

（3）前瞻建设场址可行性研究结论

（4）前瞻工艺技术可行性研究结论

（5）前瞻设备方案可行性研究结论

（6）前瞻工程方案可行性研究结论

（7）前瞻经济效益可行性研究结论

（8）前瞻社会效益可行性研究结论

（9）前瞻环境影响可行性研究结论

第2章：地热集中供暖行业市场分析与前瞻预测

2.1 地热集中供暖项目涉及产品或服务范围

2.2 地热集中供暖行业前瞻市场分析

2.2.1 政策、经济、技术和社会环境分析

2.2.2 地热集中供暖市场规模分析

2.2.3 地热集中供暖盈利情况分析

2.2.4 地热集中供暖市场竞争分析

2.2.5 地热集中供暖进入壁垒分析

2.3 地热集中供暖行业市场前瞻预测

第3章：地热集中供暖项目建设场址分析

3.1 地热集中供暖项目建设场址所在位置现状

3.1.1 项目建设地地理位置

3.1.2 项目建设地土地权类别

3.1.3 项目建设地土地利用现状

3.2 地热集中供暖项目场址建设条件

3.2.1 项目建设场址地形、地貌、地震情况

3.2.2 项目建设场址工程地质与水文地质

3.2.3 项目建设场址经济条件

3.2.4 项目建设场址交通条件

3.2.5 项目建设场址公用设施条件

3.2.6 项目建设场址防洪、防潮、排涝设施条件

3.2.7 项目建设场址法律支持条件

3.2.8 项目建设场址气候条件

3.2.9 项目建设场址自然资源条件

3.2.10 项目建设场址人口条件

3.3 地热集中供暖项目建设地条件对比

3.3.1 项目建设条件对比

3.3.2 项目建设投资对比

3.3.3 项目运营费用对比

3.3.4 项目推荐场址方案

3.3.5 项目场址位置图

第4章：地热集中供暖项目技术方案、设备方案和工程方案

4.1 地热集中供暖项目技术方案

4.1.1 项目生产方法

4.1.2 项目工艺流程

4.1.3 项目技术来源

4.1.4 推荐方案工艺流程图

4.2 地热集中供暖项目设备方案

4.2.1 项目主要设备选型

4.2.2 项目主要设备来源

4.2.3 推荐方案的主要设备

4.3 地热集中供暖项目工程方案

4.3.1 项目工程建设内容

4.3.2 项目特殊基础工程方案

4.3.3 项目工程建设规模

4.3.4 项目建筑安装工程量估算

4.3.5 项目主要建设工程一览表

第5章：地热集中供暖项目节能方案分析

5.1 节能政策与规范分析

5.1.1 节能政策分析

5.1.2 节能规范分析

5.2 地热集中供暖项目能耗状况分析

5.2.1 地热集中供暖项目所在地能源供应状况

5.2.2 地热集中供暖项目能源消耗状况分析

5.3 地热集中供暖项目节能目标和措施分析

5.3.1 项目节能目标

5.3.2 节约热能措施

5.3.3 节电措施

5.3.4 节水措施

5.4 地热集中供暖项目节能效果分析

5.4.1 装备节能效果

5.4.2 建筑节能效果

第6章：地热集中供暖项目环境保护分析

6.1 地热集中供暖项目建设场址环境条件

6.2 地热集中供暖项目主要污染源和污染物

6.2.1 项目主要污染源分析

6.2.2 项目主要污染物分析

6.3 地热集中供暖项目环境保护措施

6.3.1 大气污染防治措施

6.3.2 噪声污染防治措施

6.3.3 水污染防治措施

6.3.4 固体废弃物污染防治措施

6.3.5 绿化措施

6.4 环境保护投资预算

6.5 环境影响评价分析

6.6 地质灾害及特殊环境影响

6.6.1 地热集中供暖项目建设地址地质灾害情况

6.6.2 地热集中供暖项目引发发地质灾害风险

6.6.3 地质灾害防御的措施

6.6.4 特殊环境影响及保护措施

第7章：地热集中供暖项目劳动安全与消防

7.1 编制依据和执行标准

7.1.1 项目编制依据

7.1.2 项目执行标准

7.2 危险因素和危害程度

7.2.1 安全隐患主要存在部位与危害程度

7.2.2 有害物质种类与危害程度

7.3 前瞻安全措施方案

7.3.1 工艺和设备安全选择措施

7.3.2 对危险作业的保护措施

7.3.3 对危险场所的防护措施

7.4 前瞻消防措施方案

7.4.1 火灾隐患分析

7.4.2 前瞻消防设施方案

第8章：地热集中供暖项目组织架构与人力资源配置

8.1 地热集中供暖项目组织架构

8.1.1 项目法人组建方案

8.1.2 项目管理机构组织架构

8.2 地热集中供暖项目人力资源配置

8.2.1 项目员工数量

8.2.2 员工来源及招聘方案

8.2.3 员工培训方案

8.2.4 工资与福利

第9章：地热集中供暖项目实施进度分析

9.1 地热集中供暖项目实施进度规划

9.1.1 项目管理机构设立

9.1.2 项目资金筹集安排

9.1.3 项目技术获取转让

9.1.4 项目勘察设计

9.1.5 项目设备订货

9.1.6 项目施工前期准备

9.1.7 项目完整竣工验收

9.2 地热集中供暖项目实施进度表

第10章：地热集中供暖项目投资预算与融资方案

10.1 地热集中供暖项目投资预算

10.1.1 项目总投资

10.1.2 固定资产投资

10.1.3 流动资金

10.2 地热集中供暖项目融资方案

10.2.1 项目资本金筹措

10.2.2 项目债务资金筹措

10.2.3 项目融资方案分析

第11章：地热集中供暖项目财务评价分析

11.1 财务评价依据及范围

11.1.1 财务评价依据

11.1.2 财务评价范围和方法

11.2 前瞻对地热集中供暖项目销售收入估算

11.2.1 产品生产规模

11.2.2 项目实施进度

11.2.3 年新增销售收入和增值税及附加估算

11.3 前瞻对地热集中供暖项目经营成本和总成本费用估算

11.3.1 费用估算基础数据

11.3.2 年总成本费用估算

11.3.3 年经营成本估算

11.4 财务盈利能力分析

11.4.1 利润总额及分配

11.4.2 现金流量分析

11.4.3 投资效益分析

11.5 财务清偿能力分析

11.6 财务生存能力分析

11.7 不确定性分析

11.7.1 盈亏平衡分析

11.7.2 敏感性分析

11.8 财务评价主要数据及指标

第12章：前瞻对地热集中供暖项目社会效益与风险评价分析

12.1 社会效益前瞻

12.2 地热集中供暖项目风险前瞻

12.2.1 项目风险定性分析

12.2.2 项目风险防范措施

第13章：附图、附表、附件