關鍵工序對地熱井出水溫度和出水量的影響分析

□申先順（河南省安陽水文水資源勘測局）

1 地熱資源及利用方式

地熱資源是一種新型的能源。具有節能、清潔、環保和可再生的優點。是我國正在大力推薦使用的一種新型能源。地熱資源的合理有序開發和正確使用，能促進和保證地熱資源的可持續開發和利用。地熱資源的綜合利用是目前需要進行深入研究的課題。

安陽區域現在利用地熱資源的方式主要是開鑿地熱井，利用抽水設備抽取的地熱水體溫度可達50～55℃，可以直接供給采暖系統循環使用，或是直接供家庭或公共洗浴使用。目前，安陽區域的地熱井使用現狀是全部把使用后的廢棄水直接排放到市政污水管道，由于地熱水在使用前后的溫度差僅在15～20℃左右，因此，廢棄水還有相當大的熱能未得到充分利用。為保證地熱資源可持續開發和利用，必須合理使用地熱資源，采取切實可行的廢棄熱水的正確排放。由于目前開采的地熱水全部是深層承壓水，在大量和長時間的無序開采之后，有可能造成地熱資源減少現象或地面沉陷的地質災害發生的嚴重后果。

2 地熱井工程設計

2.1 井深及孔徑設計：

安陽區域地熱井的井深設計為1600～2200 m。鉆孔直徑可視擬采用的井壁管直徑來確定，鉆孔采用多井徑開鑿。鉆孔根據井深位置可以分為：上部0～220 m，鉆孔直徑550 mm；中部220～1300 m，鉆孔直徑311 mm；下部1300～2050 m，鉆孔直徑245 mm。

2.2 井管結構及濾水系統設計

井管結構設計為:上部：0～200 m，為泵室段，井壁管使用Φ273×7 mm國標無縫鋼管。中下部：200～2000 m部分封閉和取水段，使用Φ140×6mm國標無縫鋼管與Φ140×6mm孔式覆塑纏絲濾水管組合焊接的管件。其中濾水系統使用Φ140×6mm孔式覆塑纏絲濾水管，該濾水管是利用Φ140×6mm國標無縫鋼管，經過專業鉆孔和專業裹纏覆塑鉛絲制作成的孔式覆塑纏絲濾水管。

2.3 井管連接及組合方式

井管連接方式為管箍連接焊接和加固焊接相結合的方式。采用組合焊接濾水管和無縫管的方式，確保濾水管準確對應含水層的位置。

2.4 止水系統設計

止水系統設計為盂式止水器。止水材料為硬質橡膠。盂式止水器是一種專用止漏裝置，也可以設計為一種由自制皮兜與膨脹橡膠組合而成的聯合式止水裝置，能有效防止泥漿和巖屑的滲漏到取水段內，起到封堵上層淺水的效果。

2.5 井管外圍封閉及基坑制作

地熱井工程的井管外圍封井應使用無雜質粘土回填至地面。在洗井和抽水過程中繼續填土，直至填充密實。井口在安裝水泵和出水管道前后都要密封，井蓋要留有小孔，方便測量井內動靜水位。井口要制作井臺，即用于放置和固定水泵、出水管的基座，以保護井壁管能達到耐用和持久使用。井口周圍要制作機坑，要預留雨水或溢流熱水的下泄通道，防止雨水和其他污水滲漏到井內，污染地下水源。

3 關鍵工序對地熱井工程質量指標的影響分析

地熱井工程施工工序包括：裸眼鉆孔、數字測井、濾水管定位、二開、三開擴孔、翻漿降粘、安裝濾水管、井壁管、止水裝置、洗井、抽水試驗、工程竣工驗收等工序。其中裸眼鉆孔；數字測井與濾水管定位；井管安裝；制作安裝止水裝置；洗井與抽水試驗均為關鍵工序。由于各關鍵工序的質量直接影響地熱井工程的質量和使用壽命，因此，必須嚴格要求關鍵工序的正確，確保地熱井工程質量符合規范和合同要求?，F就各關鍵工序的施工內容和具體操作方法，闡述各關鍵工序對地熱井工程的具體影響。

3.1 裸眼鉆孔

在裸眼鉆孔階段，操作人員必須時刻關注鉆壓儀顯示的鉆具重量的數字變化，進而了解鉆具所處位置的地層巖性變化情況，適時采用不同的施工操作方法。當遇到地層巖性變硬時，司鉆人員應采用“吊打”的方式，緩慢進行。當遇到地層巖性松軟時，鉆進方式也應相應改變，即要求在鉆孔作業進行一段進尺后，就要提起鉆具進行“劃井”操作，以確保井孔的順暢和垂直。同時按照相關技術要求，嚴格控制鉆具鉆頭的直徑符號設計和規范要求。裸眼鉆孔為關鍵工序，其質量控制指標主要是確保取水段的孔徑符合設計和規范對最小孔徑要求，進而確保成井后地熱井的出水量能滿足設計和承包合同對出水量的最小要求。

3.2 數字測井與濾水管定位

在鉆孔深度達到設計孔深后的數字測井過程中，詳細記錄和分析成井數據，準確定位含水地層位置和厚度，進而確定不同類型井管的安置位置和順序，確保含水地層與濾水管的位置和深度的對應。根據施工單位現場記錄的各水井巖屑資料，結合測井單位提供的各水井地層巖性描述，經過對比、分析和判斷，擬定濾水管的安裝位置及安置順序。該工序為關鍵工序，為此，在井管安置過程中，必須嚴格執行擬定的濾水管安裝位置及安置順序，確保濾水管準確對應含水層位置，確保成井后來水道路通暢、確保來水總量符合出水量指標要求。

3.3 井管安裝

嚴格按照擬定的井管安裝順序，安裝組合焊接好的含有濾水管的管件，認真執行旁站監理要求，對組焊的管件嚴格按順序起吊、焊接，嚴格執行操作規程，確保每一個接口處都焊接牢固，無漏焊、假焊現象。該工序為關鍵工序，認真核查透水部位與實測相應含水層的位置是否處在同一深度位置，同時核算在含水層范圍內是否布置了足夠長的濾水管，確保來水通暢、來水量充足。

3.4 制作安裝止水裝置

在井管安裝過程中，在擬定止水的位置以上的井壁管外側，連續焊接安裝2～4組盂式止水器或由自制皮兜與膨脹橡膠組合而成的聯合式止水裝置。同時在止水裝置內添加少許碎石，以保證在井管安裝過程中，止水裝置能充分伸展開，確保止水效果。在完成井管安裝作業之后，抽水洗井的同時，向井壁管外圍的孔內間隙填充碎石水泥混合料，讓混合料降落到止水裝置的位置之上，待凝固后起到封堵上層淺水和固定井壁管的作用。該工序為關鍵工序，由于安裝止水裝置的深度位置，一方面決定取水段井深長度，同時也決定地熱井出水量的大??；另一方面直接決定出水溫度的高低。因此，必須依據數字測井資料，經過認真研究分析，謹慎決定止水裝置的安裝位置，確保成井后地熱井的出水溫度和出水量能滿足設計和合同要求。

3.5 洗井作業

在填濾作業完成后，將Φ89 mm油管下放安置到距井壁管管底3～5 m的位置，開始使用泥漿泵往油管內注入粘度較小的泥漿進行洗井作業。待地熱井管口出水正常，泥漿泵泵壓也正常后，逐漸加大流量注入清水，直到泥漿泵進水口和地熱井管口的出水相似而又不含細粉砂時，洗井作業才能結束。該工序為關鍵工序，只有經過長時間的洗井作業，才能既保證地熱井管底沉淀物高度在規范允許范圍內，又能保證地熱井的出水量符合要求。

3.6 及時規范進行抽水試驗和恢復水位觀測

在完成洗井作業后，必須及時規范地進行抽水試驗。抽水試驗開始時，應連續觀測井筒內的動水位埋深和出水量，待出水量和動水位穩定后，繼續觀測記錄動水位和出水量值，且穩定延續時間應在24 h以上。根據相關規范要求，必須進行三次不同降深的非穩定流抽水試驗。依據三次不同降深的非穩定流抽水試驗所觀測記錄的數據，繪制單井出水量～降深關系曲線和單位涌水量～降深關系曲線，根據兩種曲線的形態和趨勢，可以判斷該地熱井的涌水性質是否承壓水，出水量是否滿足工程設計和施工合同要求。

在抽水試驗結束后，及時開始對地熱井的恢復水位的觀測和記錄。要求現場測量試驗水井的恢復水位值及對應時間。根據現場觀測的數據，可以繪制地熱井的恢復水位過程線，據此可以推斷該地熱井的涌水量指標。

4 結論與建議

4.1 結論

地熱井工程施工工序中的裸眼鉆孔；數字測井與濾水管定位；安裝濾水管、井壁管、止水裝置；洗井和抽水試驗等工序均為地熱井工程的關鍵工序。必須嚴格關鍵工序的規范和正確操作，才能確保地熱井工程主要質量指標出水溫度和出水量符合工程設計和承包合同要求。

4.2 建議

在重點部位和關鍵工序施工時，尤其是隱蔽工程施工時，施工企業應當及時通知監理人員到場監督和檢查。比如在鉆進到設計規定的相應井深時，組織專業技術人員測井時，必須通知監理人員和業主負責人到現場，共同參與、見證測井工作的開展和確認數字測井的成果。

在洗井結束后的抽水試驗過程中，施工單位必須嚴格按規范進行三個落程的抽水試驗。抽水過程中，必須準確測量出動水位值。認真收集相關數據，準確作出時間～流量、時間～降深關系圖，進而作出涌水量～水位降深關系線、單位涌水量～水位降深關系線和水位恢復過程線，進而判斷地熱井的涌水性質和出水量的大小，進而判斷地熱井工程質量是否符合規范和合同要求。