CN113107367B - 一种同井同层采灌完井方法 - Google Patents

一种同井同层采灌完井方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同井同层采灌完井方法，属于地热井技术领域。该方法包括：步骤(1)：一开采用第一钻头钻至表层设计深度，下入表层套管，从下至上30m处接入全密封悬挂器的公母接头；步骤(2)：二开采用第二钻头穿过表层套管内孔进行二开钻进至设计深度；步骤(3)：进行裸眼测井作业，确定开采层段和回灌层段；步骤(4)：由井底向上下入技术套管，在开采层段下入采水筛管，在开采层段和回灌层段两层位交界点安装止水器，在回灌层位对应下入回灌筛管，在技术套管顶端，下入全密封悬挂器的悬挂组串并下放至座封位置。通过本发明中的同井同层采灌完井方法制备的井身结构，突破了传统的采灌对井模式，将开采和回灌设置在同一眼地热井中，减少了地热井数量，缩减了地热井投资。

Description

一种同井同层采灌完井方法
技术领域
本发明涉及地热井技术领域，特别涉及一种同井同层采灌完井方法。
背景技术
随着我国环保要求越来越高，地热井的初期粗放单井直排逐步向环保、资源可持续发展的采灌配套方向发展。也就是每个生产井配套一眼或多眼的回灌井。但由于采矿权严格的审批制度，使得地热井的开发利用受到极为严格的制约，根据井位间距相关要求、资源保护相关要求，在生产井规定间距外的所在区块必须建设一个对应的回灌井，一口井事涉诸多近邻，无端增加了相互间的权力纠葛，为此耗费了大量的人力和物力。
从经济效益上，对井采灌不仅会成倍增加钻井成本，增加地热水输送管线建设成本，增加沿途住户协调难度，而且对井采灌由于两井间距较大，每口井均需要配套地面管理设施和管理人员，也增加了大量管理成本。因此，现在亟需一种同井同层采灌完井方法。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种同井同层采灌完井方法。所述方法包括：
步骤(1)：一开采用第一钻头钻至表层设计深度，下入表层套管，从下至上30m处接入全密封悬挂器的公母接头；
步骤(2)：二开采用第二钻头穿过表层套管内孔进行二开钻进至设计深度；
步骤(3)：进行裸眼测井作业，确定开采层段和回灌层段；
步骤(4)：由井底向上下入技术套管，在开采层段下入采水筛管，在所述开采层段和回灌层段两层位交界点安装止水器，在回灌层位对应下入回灌筛管，在所述技术套管顶端，下入所述全密封悬挂器的悬挂组串并下放至座封位置；
步骤(5)：洗井作业至水清砂净；
步骤(6)：安装悬挂回灌复合井口管串；
步骤(7)：下入生产套管至设计深度；
步骤(8)：在开采层位顶部安装管内封隔器；将所述生产套管与泵室管连接，在所述泵室管末端连接所述悬挂回灌复合井口的悬挂芯管组串并下放至座封位置；
步骤(9)：在所述悬挂回灌复合井口上安装采水井口装置，并下入潜水泵；
步骤(10)：所述采水井口装置出口与换热系统入口连接，所述悬挂回灌复合井口入口与所述换热系统出口连接；至此井上井下形成一个封闭的循环回路，在各部就绪后便可进行开采换热、回灌的工作循环。
进一步地，在所述步骤(1)中，一开采用Φ444.5mm的第一钻头钻至表层设计深度400～500m，下入Φ339.7×9.65mm钢级J55表层套管。
进一步地，在所述步骤(2)中，二开用Φ241.3mm的第二钻头穿过表层套管内孔进行二开钻进，至设计深度2800m～3000m。
进一步地，所述步骤(3)中，开采层段为2500～3000mm，回灌层段为2000～2500m。
进一步地，所述步骤(4)中，由井底向上下入Φ219.08×8.94mm钢级N80的技术套管。
进一步地，所述步骤(7)中，下入Φ139.7×7.72mm生产套管至设计深度2500m。
进一步地，所述步骤(8)中，在全密封悬挂器上端500mm处用变径接头将生产套管与Φ244.5×8.94mm泵室管连接。
进一步地，所述步骤(8)中，生产套管与泵室管连接好之后，悬挂回灌井口与表层套管地面上的外凸段之间通过连接法兰连接。
进一步地，所述步骤(9)中，在悬挂回灌复合井口和采水井口装置之间安装平板闸阀。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过本发明中的同井同层采灌完井方法制备的井身结构，突破了传统的采灌对井模式，将开采和回灌设置在同一眼地热井中，减少了地热井数量，缩减了地热井投资，而且，提高地热能的开发利用效率，有效加快地热产能的建设。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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是本发明实提供的通过一种同井同层采灌完井方法完井的井身结构示意图；
图2是本发明实提供的通过一种同井同层采灌完井方法完井的井身结构的作业示意图；
图3A和图3B是本发明实提供的通过一种生产套管和技术套管的截面示意图。
附图标记：1-采水井口装置；2-平板闸阀；3-悬挂回灌复合井口；4-连接法兰；5-表层套管；6-泵室管；7-变径接头；8-生产套管；9-全密封悬挂器；10-技术套管；11-回灌筛管；12-管内封隔器；13-止水器；14-采水筛管；15-换热系统；16-潜水泵；17-第一阀门；18-第二阀门；19-第三阀门。
具体实施方式
除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例目的，不是旨在于限定本发明。
一种同井同层采灌完井方法，该方法包括以下步骤：
步骤(1)：一开采用第一钻头钻至表层设计深度，下入表层套管5，从下至上30m处接入全密封悬挂器9的公母接头。
需要说明的是，一开可以采用Φ444.5mm的第一钻头钻至表层设计深度400～500m，下入Φ339.7×9.65mm钢级J55表层套管5。当Φ339.7×9.65mm钢级J55表层套管5下入30m时，接入全密封悬挂器9的一开公母接头，以备二开下入Φ219.08×8.94mm技术套管10时悬挂。
步骤(2)：二开采用第二钻头穿过表层套管5内孔进行二开钻进至设计深度。
需要说明的是，二开可以采用Φ241.3mm的第二钻头穿过表层套管内孔进行二开钻进，至设计深度2800m～3000m。
步骤(3)：进行裸眼测井作业，确定开采层段和回灌层段。开采层段为2500～3000mm，回灌层段为2000～2500m。
步骤(4)：由井底向上下入技术套管10，在开采层段下入采水筛管14，在开采层段和回灌层段两层位交界点安装止水器13，在回灌层位对应下入回灌筛管11，在技术套管10顶端，下入全密封悬挂器9的悬挂组串并下放至座封位置。
需要说明的是，技术套管10可以为Φ219.08×8.94mm钢级N80的技术套管。二开下入Φ219.08×8.94mm技术套管10时，其末端接箍母扣与全密封悬挂器9的悬挂组串芯管公扣联接并拧紧，下放至一开公母接头的悬挂位置，即实现了技术套管的悬挂与密封。
步骤(5)：洗井作业至水清砂净。
步骤(6)：安装悬挂回灌复合井口管串。
步骤(7)：下入生产套管8至设计深度。生产套管8可以Φ139.7×7.72mm，将生产套管8下入至设计深度2500m。
步骤(8)：在开采层位顶部安装管内封隔器12；将生产套管8与泵室管6连接，在泵室管6末端连接悬挂回灌复合井口3的悬挂芯管组串并下放至座封位置。
需要说明的是，在全密封悬挂器9上端500mm处用变径接头7将生产套管8与Φ244.5×8.94mm泵室管6连接。生产套管8与泵室管6连接好之后，悬挂回灌复合井口3与表层套管5地面上的外凸段之间通过连接法兰4连接。
步骤(9)：在悬挂回灌复合井口3上安装采水井口装置1，并下入潜水泵16。在悬挂回灌复合井口3和采水井口装置1之间安装平板闸阀2。
需要说明的是，采水井口装置与上回路连通的上盖上，可以预留有DN125法兰，可供安装潜水泵时与泵管法兰连接，实现泵抽供水，下回路可供自流供水，泵抽和自流供水通过上回路、下回路中的DN150蝶阀开启、关闭。另一侧管路中的蝶阀开启时可以进行废水的排放。
另外，采水井口装置1下方安装DN300平板闸阀2，可以在检修潜水泵16时关闭地热水源，检修完成后可开启平板闸阀2将潜水泵16下入泵套管6。DN300平板闸阀2下端的法兰与其下的悬挂回灌复合井口3连接，悬挂回灌复合井口装置3的内腔上部预留有悬挂泵室管6的悬挂凸台，悬挂密封组件上座封通过中心芯管与泵室管6的末端接箍通过丝扣连接。当泵室管6下至设计位置时，悬挂回灌井口腔径和悬挂凸台悬密封组件上座封形成密封仓，密闭在仓内的橡胶圈在泵室管6和生产套管8自重的压迫下，使得仓内容积不断减少，迫使橡胶圈变形与仓壁接触并压紧。当密封橡胶圈抗力与泵室管6、生产套管8管串重量相平衡时，管串即被静止悬挂在悬挂回灌井口内腔的上部并密封。
步骤(10)：采水井口装置出口与换热系统入口连接，悬挂回灌复合井口入口与换热系统出口连接；至此井上井下形成一个封闭的循环回路，在各部就绪后便可进行开采换热、回灌的工作循环。
需要说明的是，在本发明同井同层采灌完井方法完井的井身结构中，Φ339.7×9.65mm表层套管和Φ219.08×8.94mm技术套管，与Φ244.5mm泵室管和Φ139.7mm生产套管组串形成同心重叠结构，中心通径为开采通流截面。而其两组套管形成的环空截面即为回灌通流截面。在上部由表套与泵室管组成的泵室截面及回灌环空，其通流截面面积分别为403.15cm2和336.6cm2，即回灌通流截面大于泵室截面。足够大的回灌环空更有利于尾水的回灌注入避免发生水阻现象，而且两者流通截面远大于Φ139.7mm生产套管的通流截面面积154.4cm2。考虑到地热水中化学成分会结垢形成固体物，这些固体物随着泵室抽出的地热水经过换热系统后回灌时，容易在环缝内管接箍凸台端面和接箍外圆与外管内径狭小环缝内间堆积附着，造成通路堵塞，而下沉的固体物也会附着和沉积在回灌筛管层位，造成回灌受阻。由于表层套管以下的第四系地层受井径的制约，在空间结构上狭而且长，为保证生产和回灌首与尾的协调通畅，防止回灌通路的堵塞，必须使回灌通流截面大于生产套管的通径面积。
参见图3A和图3B，下面对以Φ139.7×7.72mm作为生产套管的同井采灌技术套管适配规格进行计算和校核：
1、技术套管规格选择
生产套管Φ139.7×7.72mm的通径为Φ124.26mm设其通流截面面积为S1，
则S1＝0.785×12.4262＝121.21cm2，
设回灌环空通流截面面积为S2，技术套管通径为D，
则S2＝1/4π(D2-13.972)，
根据前述条件，须S2＞S1，
则1/4π(D2-13.972)＞121.21cm2，
整理后得
即技术套管外径须大于Φ7。
由于石油套管系列为标准的API外径，其内外径尺寸只能从标准中去选择。在满足井深对套管强度要求的情况下，通径大于Φ177.8mm的石油套管规格为Φ219.08×8.94mm，内径尺寸为Φ201.2mm，所以从技术可行方面应选择Φ219.08×8.94mm钢级为N80作为二开技术套管。
2、最小环空过流面积校核
Φ139.7mm套管接箍外径为Φ153.7mm，此处为回灌最狭小的环空截面。
设此处截面面积为S3，则S3＝1/4π(20.122-15.372)＝132.33cm2＞S1＝121.21cm2，所以Φ219.08×8.94石油套管满足作为本井技术套管的条件。
参见图2，通过本发明完井的井身结构的完整工作流程可以为：作业时，开采层位的地热水经过生产套管8流入泵室管6内腔，打开第一阀门17，通过潜水泵16将泵室管6内的地热水输送至换热系统15换热，换热后，打开第二阀门18和第三阀门19，换热之后的地热尾水经过泵室管6外壁和表层套管5的环形空间，然后进入生产套管8和技术套管10之间，通过回灌筛管11的内部流入回灌层位。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (9)

1.一种同井同层采灌完井方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤(1)：一开采用第一钻头钻至表层设计深度，下入表层套管，从下至上30m处接入全密封悬挂器的公母接头；
步骤(2)：二开采用第二钻头穿过表层套管内孔进行二开钻进至设计深度；
步骤(3)：进行裸眼测井作业，确定开采层段和回灌层段；
步骤(4)：由井底向上下入技术套管，在开采层段下入采水筛管，在所述开采层段和回灌层段两层位交界点安装止水器，在回灌层位对应下入回灌筛管，在所述技术套管顶端，下入所述全密封悬挂器的悬挂组串并下放至座封位置；
步骤(5)：洗井作业至水清砂净；
步骤(6)：安装悬挂回灌复合井口管串；
步骤(7)：下入生产套管至设计深度；
步骤(8)：在开采层位顶部安装管内封隔器；将所述生产套管与泵室管连接，在所述泵室管末端连接所述悬挂回灌复合井口的悬挂芯管组串并下放至座封位置；
步骤(9)：在所述悬挂回灌复合井口上安装采水井口装置，并下入潜水泵；
步骤(10)：所述采水井口装置出口与换热系统入口连接，所述悬挂回灌复合井口入口与所述换热系统出口连接；至此井上井下形成一个封闭的循环回路，在各部就绪后便可进行开采换热、回灌的工作循环；
其中，所述表层套管和所述技术套管与所述泵室管和生产套管组串形成同心重叠结构，形成的环空截面即为回灌通流截面，中心通径为开采通流截面；
所述表层套管与所述泵室管组成的泵室截面，所述回灌通流截面面积大于所述泵室截面面积，有利于尾水的回灌注入避免发生水阻现象；
所述回灌通流截面面积大于所述生产套管的通流截面面积，保证生产和回灌首与尾的协调通畅，防止回灌通路的堵塞。
2.根据权利要求1所述的一种同井同层采灌完井方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，一开采用Φ444.5mm的第一钻头钻至表层设计深度400～500m，下入Φ339.7×9.65mm钢级J55表层套管。
3.根据权利要求2所述的一种同井同层采灌完井方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，二开用Φ241.3mm的第二钻头穿过表层套管内孔进行二开钻进，至设计深度2800m～3000m。
4.根据权利要求3所述的一种同井同层采灌完井方法，其特征在于，所述步骤(3)中，开采层段为2500～3000mm，回灌层段为2000～2500m。
5.根据权利要求4所述的一种同井同层采灌完井方法，其特征在于，所述步骤(4)中，由井底向上下入Φ219.08×8.94mm钢级N80的技术套管。
6.根据权利要求5所述的一种同井同层采灌完井方法，其特征在于，所述步骤(7)中，下入Φ139.7×7.72mm生产套管至设计深度2500m。
7.根据权利要求6所述的一种同井同层采灌完井方法，其特征在于，所述步骤(8)中，在全密封悬挂器上端500mm处用变径接头将生产套管与Φ244.5×8.94mm泵室管连接。
8.根据权利要求7所述的一种同井同层采灌完井方法，其特征在于，所述步骤(8)中，生产套管与泵室管连接好之后，悬挂回灌井口与表层套管地面上的外凸段之间通过连接法兰连接。
9.根据权利要求8所述的一种同井同层采灌完井方法，其特征在于，所述步骤(9)中，在悬挂回灌复合井口和采水井口装置之间安装平板闸阀。
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