报废油井改造成地热井的方法2007年第4期GEoTHERMLENERGY报废油井改造成地热井的方法甄华莫中浩厌津大港油田集团供水供电公司,天津300280)摘要:针对大港油田地区的地质特征,对报废油井改造成地热井的方法进行了探讨.改造方法包括开天窗侧钻法,改造泵室射孔法,直接射孔法,这3种方法都具有造价低,工期短的特点.大港油田及华北油田报废油井改造成地热井的应用实例证实了改造方法的可行性,改造后的地热井用于生产和生活,运行情况良好.取得了较大的经济和社会效益.关键词:报废油井;地热井;改造;开天窗侧钻法;改造泵室射孔法;直接射孔法大港油田位于我国中低温地热田集中分布区域,有丰富的中低温地热资源.自20世纪80年代开始开发利用地热资源以来,至今已20多年,是全国低温地热开发较早的地区之一,主要开采层位为上第三系,地热水主要用于油田职工洗浴及冬季供热.目前,油田各居民区冬季供热多以锅炉为主,地热水直接供热为辅的方式,成本较高,供热效果不理想.为了降低供热成本,油田计划采用地热水加锅炉调峰的供热方式,需要大量的地热水.依据经验,打一眼上第三系地热井的成本(不包括地面工程)为15O一200万元,造价较高.为降低造价,于2002年开始做报废油井改造成地热井工艺的研究工作.将油田内现有的大量已报废油井改造成地热井使用,不仅节约成本,还可使报废资产得到再次利用.1大港油田的地质及地热热储特征1.1地质特征大港油田处于黄骅坳陷中央隆起带及其两侧,位于黄骅坳陷的北大港构造带,南大港构造带及孔店构造带上,由于所处构造带上的断裂发育和长期活动,使不同类型的地热田在此出现.这些断裂一方面成为主要的热通道,另一方面为深部地热水的对流循环创造了有利条件.在黄骅坳陷的发育过程中,沉积了下第三系孔店组,沙河街组,东营组及上第三系馆陶组,明化镇组和第四系地层.下第三系地层为近海内陆湖泊沉积层,由三个次一级旋回(租一细粗的沉积物)组成,厚度为40004600m,是坳陷中主要生,储油岩系.上第三系地层为河湖相沉积层,厚度为1000m左右.经过多年的油气勘探和开发,探明在北大港地区的上第三系地层中有丰富的地热资源.1.2热储特征下第三系地下高温热流体为一套近海内陆湖泊相沉积,埋深为2400m以下.由于泥岩压实和胶结程度高,造成孔隙度小,渗透率低,水质较差,为高或较高矿化度的地热水,温度可达100以上.馆陶组地下中温热流体埋深为15002400m,单砂体厚度大,以中粗粒砂岩为主,细砂岩次之,普遍含有砾石,且胶结性较好,不易破碎.地热水的最低温度为57,最高达85.地层中有效孔隙率为32%一35%,渗透率为2000103m2,储水性能较好.明化镇组地下低温热流体主要分布于明化镇组下段地层中,埋深为8001600m,富水岩段一般为粉细砂夹有少量中砂,水温为3950,地地热能层孔隙度平均值为25%,渗透率为100010m2,单井涌水量为4060m3/h.2大港油田地热开发概况大港油田自20世纪60年代开始进行地热资源的勘探开发,钻有上万眼不同层位,不同用途,不同种类的油井,且已成为集钻探,开采,冶炼各专业为一体的现代化的石油生产基地,拥有职工近20万人.为了保障职工的生活需要,提高生活质量,我们充分利用多年勘探开发积累的丰富的地质资料,大力开发利用清洁,无污染的地热资源.从1980年至今,北大港地区已钻探地热井24眼,开采层位分别为上第三系馆陶组和明化镇组下段地层,累积开采地热水约9000104m.随着油田建设的不断发展,人民生活水平不断提高,地热能的应用也越来越广泛.大港油田主要将地热用于供热,洗浴,养殖,特别是地热供热已成为首选的供热方式.但随着地热井开采时间的延长,有些单井出水量在逐年减少,目前的出水量远不能满足要求,需要加大开采量.但是,新钻一眼上第三系馆陶组地热井的费用较高,风险也较大,而利用油田现有的报废油井改造成地热井不仅方便,快捷,而且造价低,风险小.3改造方法利用部分井身结构完好的报废油井,可改造成地热井再次利用,取得的效果与新钻的地热井没有区别.图1改造前油三开井的剖面大港油田的油井大多采用二开或三开的成井方式.二开成井工艺为先下人300以上的表层套管后直接下人139.7油层套管至井底.三开成井工艺为先下人339.7以上表层套管,再下人244.5以下的技术套管,最后下人139,7的油层套管至井底.由于二开成井的报废油井内只有139.7的油层套管,管径较细,出水受限制,因此选用三开成井的报废油井(以下简称三开井)改造成地热井更适合,改造前三开井的剖面见图1.3.1开天窗侧钻法该方法主要适用于原油井没有钻穿馆陶组地层或地层结构较好,井内有异物堵塞的三开井,技术套管外径须大于或等于244.5mm,这种结构油井的技术套管的下深及直径符合下潜水泵要求.改造后的油井剖面见图2,主要改造步骤如下:人工井图2采用开天窗侧钻法改造的油井剖面用小钻杆在油层套管内通井,以确定井下情况是否正常并循环稀释油层套管内泥浆,确定井下情况正常后进行导爆作业施工.导爆成功后,取出油层套管为开窗断铣做准备,在设计开窗位置以下打高度为50m的水泥塞,作为人工井底,防止井内残余油气及污水上溢.在设计开窗段进行断铣作业,断铣井段按井深,结构和实际情况确定.在断铣位置进行开窗作业,并严格按照设计方位和斜度进行作业.如果周围无其它油气井,也可不设计方位和斜度,从而降低施工成本.侧钻至设计深度后进行扩孑L作业,以保证有足够的环形空间确保填砂作业,扩孑L后进行对比电测,确定水层位置.下筛管(地热井取水防砂装置)至设计位置,再向井壁与筛管之间的环形空间填砂,砂量根据具体情况而定.封堵下管后与原技术套管形成的环形空间.2007年第4期GEoTHERMLENERGY?9?进行冲砂洗井和气举作业,并进行试水验收及取样分析.这种改造方法的工期一般为65d,其优点在于改造成的地热井防砂效果好.3.2改造泵室射孔法这种方法主要适用于原油井已钻穿馆陶组地层且技术套管外径小于244.5mm的三开井,这种井内的技术套管直径不符合下潜水泵的要求.改造后油井剖面见图3.其改造步骤如下:收集该油井的测井,修井,射孔及有关资料,分析后选好取水层段.下钻杆在油层套管内通井,通井深度至设计水层位置下100m后进行声波测井,以确定井下情况是否正常.如通井深度范围内没有异常,在设计水层底界以下50一loom打高度为50m的水泥塞,作为人工井底,防止井内残余油气及污水上溢.割断井内人工井底以上部分油层套管并提出,再次通井至人工井底.对人工井底以上井筒在油气开发时曾射过孔的层位挤水泥封堵.对设计取水层段进行射孔,一般情况下,高度为1m的环形井壁内不少于2O个射孔.根据砂层的富水状况,射孔层厚不等.对不符合下泵要求的技术套管进行泵室改造,从深度为3OOm处割断原技术套管并提出,套人符合下泵要求的新技术套管,高度为320m,并封堵两管之间的环形空间.对施工后的井进行冲砂洗井,必要时可进行化学洗井,完洗后取样分析并验收.新技术套管原技术套蕾人工井底别.改造后的油井剖面见图4.对于表层套管下深在300m以上或技术套管外径大于244.5mm的三开井,在射孔完成后,只需将表层套管内的油层套管及技术套管割断提出,并对技术套管与表层套管之间的环形空间进行封堵即可,改造后的油井剖面见图4a.人工井底a.表层套管下深300m以上或技术套管外径大于244.5mm人井_一_II泵室孔段b.表层套管下深不足300m图4采用直接射孔法改造的油井剖面对于表层套管下深不足300m的三开井,在射孔完成后,只需将技术套管内的油层套管割断提出即可,改造后的油井剖面见图4b.该方法的工期一般为35d,如果人工井底以上没有试油层位射孔,工期还会缩短.该方法的优点在于改造工艺简单,工期短,造价低.射孔利用聚能射孔原理,即利用射孔弹爆炸后,由聚能效应产生的高温高压爆轰波冲击套管完成射?Lt.由于上第三系馆陶组成岩性普遍好于明化镇组,加之射孔弹对孔道的烧结作用,可有效解决地层大量出砂的问题.图3采用改适泉量射孔法改适的油井刮向4改造后的地热井及运行3.3直接射孔法自1996年开始,我们对3眼报废油井进行了该方法应用于原油井已钻穿馆陶组地层,符改造试验.合下潜水泵要求的三开井,该方法与改造泵室射GS43井,改造工期为70d,改造方法为开孔法基本相同,只是在泵室的改造方法上有所区天窗侧钻法.完钻井深为2184m下人地热能177.8mm,长度为84m的割缝筛管,下人深度为2170.13m.试水产量为1500m3/d,井口水温高于80C,主要用于附近居民小区的冬季供热.GX307井,改造工期为68d,改造方法为开天窗侧钻法.开窗位置为1711.541715.28m,完钻井深为1872.64m.洗井求产量为1000m,井口水温高于65C,主要用于居民洗浴.XH2428井,改造工期为64d,改造方法为开天窗侧钻法.完钻井深2096m,下人177.8mm,长度为57m的割缝筛管.试水求产量为lO00m3/d,井口水温为66C,主要用于冬季供热.华北油田的报废油井很多,其改造成地热井的工艺均处于领先地位,需要改造的数量较多,以下是两眼具有代表性的油井.辛集市改造报废油井,改造方法为泵室射孔法.井深2900m,做深度为200m的泵室.洗井求产量为lOOm3/h,出水温度为64.B9井,方法为改造泵室射孔法.井深3000m,做深度为200m的泵室.洗井求产量为lOOm3/h,出水温度为95.以上报废油井被改造成地热井后,变废为宝,均用于当地的生产和生活,运行情况良好,均取得良好的社会和经济效益.参考文献:【1】李永壮,苟红彬,贾兰风.射孔技术在地热资源开发中的应用J】.水文地质工程地质,2002,(3):49_-51.关于筹备召开中华温泉文化建设研讨会(专题论坛)的通知中国温泉资源的开发利用已有数千年的历史,是世界上开发利用温泉最早的国家之一,在用于温泉洗浴,休闲养生,医疗保健,康体娱乐等方面积累了丰富的经验,不少地区留下大量的温泉利用方面的历史遗迹和文人墨迹,形成丰富的温泉文化,对人类文明和温泉的认知有着重要的影响.当前,我国对温泉资源的开发利用进入了一个全面,快速发展的新时期,依托温泉资源,吸收国内外开发利用的经验,发展有特色的温泉旅游休闲产业,已在全国各地兴起.为了弘扬中华温泉文化,在温泉资源开发利用中推进温泉文化建设,提高温泉开发的文化品味,中国矿业联合会经与西安市临潼区政府商定,拟于2007年10月中旬在西安市临潼华清池温泉组织召开中华温泉文化建设研讨会,就温泉文化的内涵,特点,建设的内容,世界各国温泉文化特色及其发展趋势,弘扬中华温泉文化等问题进行交流和探讨.为开好这次会议,做好会前文件的准备,请与会单位及对此感兴趣