CN109403916A - 一种地热井导热固井工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种地热井导热固井工艺,包括以下步骤:钻井完成后,在地热井内安装套管;配制隔热水泥浆和导热水泥浆;注前置液;注绝热水泥浆;注导热水泥浆;注入替钻井液;碰压、试压;侯凝形成导热水泥环和隔热水泥环。在地热井上部地温较低的位置注入隔热水泥形成隔热水泥环,避免了热量损失;在地热井下部的固井水泥浆中添加改变导热性能的材料,提高导热水泥环的导热性能,使地热井导热系数提高10‑30倍,改变了现有固井工艺固井水泥环的导热状态,大大改善了地热井的导热状况,单井产热量提高3‑5倍。
Description
技术领域
本发明属于地热能开发利用领域,具体涉及一种地热井导热固井工艺。
背景技术
地球地表10km内有丰富的地热能可供开采。地热资源是一种无污染的清洁可再生能源。目前中深层地岩热利用必须进行钻井、下套管、固井(固井:向井内下入套管,并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业。是钻完井作业过程中不可缺少的一个重要环节,它包括下套管和注水泥)才能形成可以取热利用的地热井。但是目前固井使用的水泥浆凝固后的导热系数仅有0.19 W/(m• K)-0.65 W/(m•K),比岩石的导热系数(1.6 W/(m•K)-3.6 W/(m•K))小的多,环形空间固井水泥厚度6-20mm,相当于在钢管外面包了一层绝热层,岩层中的热量很难传入地热井中,地热井产热能力低,从而导致投资成本大,产出低,效益差。
发明内容
本发明的目的在于:针对上述现有技术存在的不足,提供一种提高岩层热量向地热井内传递的导热地热井固井工艺,能够整体提高地热井的取热量,投资成本低,效益好。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种地热井导热固井工艺,包括以下步骤:
a)钻井完成后,在地热井内安装套管(2);其中,套管(2)设置有浮箍(5);
b)配制导热水泥浆:将水泥与导热填料按100:5-100:100的比例混合均匀制成导热水泥,导热水泥固化后的强度为0.69MPa-3.4MPa,然后将配制好的导热水泥与水按比例配制得到导热水泥浆;
配制隔热水泥浆:将普通固井水泥和水按比例配制得到绝热水泥浆;
c)注前置液:先将前置液注入套管(2)对套管(2)进行冲洗、稀释;
d)注隔热水泥浆:按隔热水泥环(4)的体积确定隔热水泥浆设计量,然后将步骤(b)配制好的隔热水泥浆注入套管(2)内;
e)注导热水泥浆:隔热水泥浆注入完毕后,按导热水泥环(3)的体积加套管内人工井底体积确定导热水泥浆设计量,将步骤(b)配制好的导热水泥浆注入套管(2)内,到达设计量后,再将胶塞压入套管(2)内,刮下套管(2)内壁上的导热水泥浆;
f)注入替钻井液:向套管(2)注入替钻井液,使隔热水泥浆和导热水泥浆填充到环形空间的预定位置;
g)碰压、试压:当替钻井液将胶塞压到套管(2)的浮箍(5),隔热水泥浆从环形空间内被压到地面时,即停止注入替钻井液;
h)侯凝:试压结束后,等待环形空间内的隔热水泥浆和导热水泥浆凝固,环形空间内形成导热水泥环(3)和隔热水泥环(4),即完成固井。
进一步地,所述导热水泥环(3)的导热系数为2W/(m• K)-30 W/(m• K)。
进一步地,所述导热水泥环(3)的强度为0.69MPa-3.4MPa。
进一步地,所述导热填料为石墨、高导热碳粉、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、铝合金、铜、铝、纳、钼、 钨、锌、镍、铁的一种或几种。
进一步地,所述导热填料细度为0.04mm-0.5mm,可以和水泥形成容易泵送的水泥浆。
进一步地,所述套管(2)外壁与隔热水泥环对应的部位涂覆有隔热涂层。
进一步地,所述套管(2)的长度为500-7000m。
进一步地,根据导热水泥环(3)水泥浆填充位置和隔热水泥环(4)的水泥浆填充位置的长度及套管(2)与岩土层(1)井壁的间隙空间,计算导热水泥环(3)和隔热水泥环(4)所需要水泥浆的配浆量。
注前置液:为提高水泥泵顶替钻井液的效率,保证水泥环质量,在钻井液与水泥浆之间注入一段“液体”,这种特殊的液体称为前置液,按其性质分为冲洗液和隔离液,在顶替钻井液过程中起到冲洗、稀释和隔离钻井液作用,从而提高水泥浆的顶替效率。
压胶塞: 胶塞是空心的且只有一层特殊隔膜,在注前置液之后加入一个胶塞,当水泥浆充满套管时,下胶塞坐在浮箍上,压力达到一个较小的值时,隔膜被破坏通道打开,防止注入的水泥浆在套管内与钻井液发生混窜,保证后续施工正常进行,另外胶塞还能有效地隔离顶替液与水泥浆,同时与套管串上的浮箍配合,起到控制注入替钻井液量的作用。
替钻井液:用顶替液推动胶塞,将套管内的水泥浆填充到套管外环形空间的指定位置,达到封固层的作用,是固井工作的重要环节,由于常用的顶替液为钻井液,故称替钻井液。
碰压: 当替钻井液将胶塞压到套管(2)的浮箍(5),流体通道封闭,使套管内压力突然升高,这一现象称为碰压,标志着浮箍以上的套管内的水泥浆全部被顶替到环形空间。
套管试压:碰压后,为了验证套管串的密封情况进行压力试验,将套管内压力提高到某一规定的数值,经一定时间后而不下降为合格,说明整个管串的密封性很好,符合地热井投产的使用条件,如果在一定时间内套管内压力下降,则说明管串密封有问题,需查找原因进行处理。
综上所述,本发明由于采用了上述方案,具有以下有益效果:
1、本发明采用价格低廉的石墨、高导热碳粉、氧化铝、氧化镁、氧化锌等导热填料配制导热水泥浆进行固井,使套管与井壁的环形空间的固井材料导热系数提高了10-30倍,改变了现有固井工艺固井水泥的导热状态,大大降低了成本同时改善了地热井的导热状况,提高地热井产热量。
2、本发明在地热井上部地温较低的位置注入隔热水泥形成隔热水泥环,导热系数较小,保温效果好,避免了热量损失;地热井下部的岩土层温度较高,处于地热井下部的导热水泥环导热系数较高,换热效果好,能充分吸收深层地热,整体提高地热井的取热量,工艺结构简单,投资成本低,单井产热量提高3-5倍。
3、本发明的地热井固井工艺,套管外侧壁与井身内侧壁之间形成环形空间,此环形空间全井段采用水泥浆固井,并在地热井下部的固井水泥浆中添加改变导热性能的材料,增强导热水泥环的导热性能,提高地热井的换热效果,整体提高地热井的取热量,经济效益大幅度提高。
4、本发明适宜于浅层和深层地热开发、水热型和干热岩地热开发,只要地热井高温段需要套管固井、换热取热的井段均适宜,井型包括直井、U型对接井、水平对接井,应用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图中附图标记说明:
1-岩土层,2-套管,3-导热水泥环,4-隔热水泥环,5-浮箍。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明一种导热地热井及其古井工艺,作进一步说明。
实施例1
如图1所示,一种地热井导热固井工艺,包括以下步骤:
a)钻井完成后,在地热井内安装套管2;其中,套管2设置有浮箍5;
b)配制导热水泥浆:将水泥与导热填料按100:50的比例混合均匀制成导热水泥,导热水泥固化后的强度为0.69MPa-3.4MPa,然后将配制好的导热水泥与水按比例配制得到导热水泥浆;
配制隔热水泥浆:将普通固井水泥和水按比例配制得到绝热水泥浆;
c)注前置液:先将前置液注入套管2对套管2进行冲洗、稀释;
d)注隔热水泥浆:按隔热水泥环4的体积确定隔热水泥浆设计量,然后将步骤(b)配制好的隔热水泥浆注入套管2内;
e)注导热水泥浆:隔热水泥浆注入完毕后,按导热水泥环3的体积加套管内人工井底体积确定导热水泥浆设计量,将步骤(b)配制好的导热水泥浆注入套管2内,到达设计量后,再将胶塞压入套管2内,刮下套管2内壁上的导热水泥浆;
f)注入替钻井液:向套管2注入替钻井液,使隔热水泥浆和导热水泥浆填充到环形空间的预定位置;
g)碰压、试压:当替钻井液将胶塞压到套管2的浮箍5,隔热水泥浆从环形空间内被压到地面时,即停止注入替钻井液;
h)侯凝:试压结束后,等待环形空间内的隔热水泥浆和导热水泥浆凝固,环形空间内形成导热水泥环3和隔热水泥环4,即完成固井。
其中,所需要水泥浆的配浆量是根据导热水泥环3水泥浆填充位置和隔热水泥环4的水泥浆填充位置的长度及套管2与岩土层1井壁的间隙空间,计算导热水泥环3和隔热水泥环4所需要水泥浆的配浆量;
导热水泥环3的导热系数为10 W/(m• K)--30 W/(m• K);
导热水泥环3的强度为0.69MPa-3.4MPa;
套管2外壁与隔热水泥环对应的部位涂覆有隔热涂层;
导热填料细度为0.04mm-0.5mm;套管2的长度为500-7000m。
实施例2
如图1所示,一种地热井导热固井工艺,包括以下步骤:
a)钻井完成后,在地热井内安装套管2;其中,套管2设置有浮箍5;
b)配制导热水泥浆:将水泥与导热填料按100:80的比例混合均匀制成导热水泥,导热水泥固化后的强度为0.69MPa-3.4MPa,然后将配制好的导热水泥与水按比例配制得到导热水泥浆;
配制隔热水泥浆:将普通固井水泥和水按比例配制得到绝热水泥浆;
c)注前置液:先将前置液注入套管2对套管2进行冲洗、稀释;
d)注隔热水泥浆:按隔热水泥环4的体积确定隔热水泥浆设计量,然后将步骤(b)配制好的隔热水泥浆注入套管2内;
e)注导热水泥浆:隔热水泥浆注入完毕后,按导热水泥环3的体积加套管内人工井底体积确定导热水泥浆设计量,将步骤(b)配制好的导热水泥浆注入套管2内,到达设计量后,再将胶塞压入套管2内,刮下套管2内壁上的导热水泥浆;
f)注入替钻井液:向套管2注入替钻井液,使隔热水泥浆和导热水泥浆填充到环形空间的预定位置;
g)碰压、试压:当替钻井液将胶塞压到套管2的浮箍5,隔热水泥浆从环形空间内被压到地面时,即停止注入替钻井液;
h)侯凝:试压结束后,等待环形空间内的隔热水泥浆和导热水泥浆凝固,环形空间内形成导热水泥环3和隔热水泥环4,即完成固井。
其中,所需要水泥浆的配浆量是根据导热水泥环3水泥浆填充位置和隔热水泥环4的水泥浆填充位置的长度及套管2与岩土层1井壁的间隙空间,计算导热水泥环3和隔热水泥环4所需要水泥浆的配浆量;
导热水泥环3的导热系数为10 W/(m• K)--30 W/(m• K);
导热水泥环3的强度为0.69MPa-3.4MPa;
套管2外壁与隔热水泥环对应的部位涂覆有隔热涂层;
导热填料细度为0.04mm-0.5mm;套管2的长度为500-7000m。
实施例3
如图1所示,一种地热井导热固井工艺,包括以下步骤:
a)钻井完成后,在地热井内安装套管2;其中,套管2设置有浮箍5;
b)配制导热水泥浆:将水泥与导热填料按100:30的比例混合均匀制成导热水泥,导热水泥固化后的强度为0.69MPa-3.4MPa,然后将配制好的导热水泥与水按比例配制得到导热水泥浆;
配制隔热水泥浆:将普通固井水泥和水按比例配制得到绝热水泥浆;
c)注前置液:先将前置液注入套管2对套管2进行冲洗、稀释;
d)注隔热水泥浆:按隔热水泥环4的体积确定隔热水泥浆设计量,然后将步骤(b)配制好的隔热水泥浆注入套管2内;
e)注导热水泥浆:隔热水泥浆注入完毕后,按导热水泥环3的体积加套管内人工井底体积确定导热水泥浆设计量,将步骤(b)配制好的导热水泥浆注入套管2内,到达设计量后,再将胶塞压入套管2内,刮下套管2内壁上的导热水泥浆;
f)注入替钻井液:向套管2注入替钻井液,使隔热水泥浆和导热水泥浆填充到环形空间的预定位置;
g)碰压、试压:当替钻井液将胶塞压到套管2的浮箍5,隔热水泥浆从环形空间内被压到地面时,即停止注入替钻井液;
h)侯凝:试压结束后,等待环形空间内的隔热水泥浆和导热水泥浆凝固,环形空间内形成导热水泥环3和隔热水泥环4,即完成固井。
其中,所需要水泥浆的配浆量是根据导热水泥环3水泥浆填充位置和隔热水泥环4的水泥浆填充位置的长度及套管2与岩土层1井壁的间隙空间,计算导热水泥环3和隔热水泥环4所需要水泥浆的配浆量;
导热水泥环3的导热系数为10 W/(m• K)--30 W/(m• K);
导热水泥环3的强度为0.69MPa-3.4MPa;
套管2外壁与隔热水泥环对应的部位涂覆有隔热涂层;
导热填料细度为0.04mm-0.5mm;套管2的长度为500-7000m。
通过上述实施例的固井工艺,使地热井导热系数提高10-30倍,改变了现有固井工艺固井水泥环的导热状态,大大改善了地热井的导热状况,单井产热量提高3-5倍。
以上所述仅为发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种地热井导热固井工艺,其特征在于,包括以下步骤:
钻井完成后,在地热井内安装套管(2);其中,套管(2)设置有浮箍(5);
配制导热水泥浆:将水泥与导热填料按100:5-100:100的比例混合均匀制成导热水泥,导热水泥固化后的强度为0.69MPa-3.4MPa,然后将配制好的导热水泥与水按比例配制得到导热水泥浆;
配制隔热水泥浆:将普通固井水泥和水按比例配制得到绝热水泥浆;
注前置液:先将前置液注入套管(2)对套管(2)进行冲洗、稀释;
注隔热水泥浆:按隔热水泥环(4)的体积确定隔热水泥浆设计量,然后将步骤(b)配制好的隔热水泥浆注入套管(2)内;
注导热水泥浆:隔热水泥浆注入完毕后,按导热水泥环(3)的体积加套管内人工井底体积确定导热水泥浆设计量,将步骤(b)配制好的导热水泥浆注入套管(2)内,到达设计量后,再将胶塞压入套管(2)内,刮下套管(2)内壁上的导热水泥浆;
注入替钻井液:向套管(2)注入替钻井液,使隔热水泥浆和导热水泥浆填充到环形空间的预定位置;
碰压、试压:当替钻井液将胶塞压到套管(2)的浮箍(5),隔热水泥浆从环形空间内被压到地面时,即停止注入替钻井液;
侯凝:试压结束后,等待环形空间内的隔热水泥浆和导热水泥浆凝固,环形空间内形成导热水泥环(3)和隔热水泥环(4),即完成固井。
2.根据权利要求1所述的一种地热井导热固井工艺,其特征在于:所述导热水泥环(3)的导热系数为2W/(m• K)-30 W/(m• K)。
3.根据权利要求1或2所述的一种地热井导热固井工艺,其特征在于:所述导热水泥环(3)的强度为0.69MPa-3.4MPa。
4.根据权利要求3所述的一种地热井导热固井工艺,其特征在于:所述导热填料为石墨、高导热碳粉、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、铝合金、铜、铝、纳、钼、钨、锌、镍、铁的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的一种地热井导热固井工艺,其特征在于:所述导热填料细度为0.04mm-0.5mm。
6.根据权利要求5所述的一种地热井导热固井工艺,其特征在于:所述套管(2)外壁与隔热水泥环(4)对应的部位涂覆有隔热涂层。
7.根据权利要求6所述的一种地热井导热固井工艺,其特征在于:所述套管(2)的长度为500-7000m。
8.根据权利要求7所述的一种地热井导热固井工艺,其特征在于:根据导热水泥环(3)水泥浆填充位置和隔热水泥环(4)的水泥浆填充位置的长度及套管(2)与岩土层(1)井壁的间隙空间,计算导热水泥环(3)和隔热水泥环(4)所需要水泥浆的配浆量。
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