在研究高溫地?zé)?/a>井牙輪掉齒機(jī)理之前,先來(lái)看下高溫地?zé)?/a>井鉆井技術(shù)的發(fā)展及其常用的鉆井工藝,為高溫地?zé)峋?/a>中牙輪掉齒因素分析提供依據(jù)。

  1904年,意大利人在拉德瑞羅地?zé)崽?/a>建立世界上第一座地?zé)岚l(fā)電站,雖然功率較小,但是開(kāi)辟了地?zé)岚l(fā)電的先河,到1916年意大利的地?zé)岚l(fā)電設(shè)備已達(dá)1.2><104KW。1973年第一次石油危機(jī)以后,世界上掀起了一股地?zé)?/a>發(fā)電熱,各國(guó)專(zhuān)家均參與到研究地?zé)豳Y源的幵發(fā)技術(shù)中,并開(kāi)展生產(chǎn)試驗(yàn)研究。二十世紀(jì)中葉,美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)教授CarlNielsen研發(fā)地源熱栗技術(shù)取得成功,使得地?zé)衢_(kāi)采技術(shù)取得重大突破,1970年美國(guó)人Morton Smith最早提出高溫巖體地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)的設(shè)想,并開(kāi)展驗(yàn)證試驗(yàn)。后來(lái)由于石油天然氣產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,地?zé)衢_(kāi)發(fā)速度逐漸降低,然而2011年日本海喊引發(fā)的核泄漏問(wèn)題,讓清潔能源重新回到大眾視線(xiàn)之內(nèi)。

 

  到2010年,美國(guó)地?zé)?/a>發(fā)電能力達(dá)到3093兆瓦,成為世界上最大的地?zé)岚l(fā)電生產(chǎn)國(guó)。

 

  美國(guó)是世界上地?zé)峋@探技術(shù)最先進(jìn)的國(guó)家[91,也擁有最多的地?zé)峋?/a>鉆機(jī)制造商和承包商。據(jù)統(tǒng)計(jì),1995-1999年美國(guó)共鉆進(jìn)48 口地?zé)峋?/a>,其中40 口井是低于100°C的地?zé)峋?/a>。美國(guó)的地?zé)豳Y源勘探主要釆用石油鉆井技術(shù)施工地?zé)?/a>井,近幾年在地?zé)峥碧?/a>方面開(kāi)發(fā)了系列技術(shù)及設(shè)備,包括硬地層破巖鉆頭、高溫測(cè)量、數(shù)據(jù)無(wú)限遙測(cè)、小口徑鉆井技術(shù),地?zé)徙@井研究等[“】。

 

  曰本利用地?zé)豳Y源進(jìn)行發(fā)電方面B有多年歷史,對(duì)于高溫地層的鉆進(jìn)技術(shù)的研究也獲得很多成果["],著重對(duì)地?zé)?/a>井鉆頭的壽命問(wèn)題開(kāi)展實(shí)驗(yàn),并研制試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行相關(guān)鉆進(jìn)及破碎的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和相關(guān)的性能實(shí)驗(yàn),強(qiáng)有力的推動(dòng)了高溫地?zé)?/a>井鉆進(jìn)技術(shù)的前進(jìn)新西蘭在幵發(fā)6個(gè)地?zé)崽?/a>過(guò)程中,最大鉆井深度3000m,其中泥裝液和水作為循環(huán)介質(zhì)僅在200m以?xún)?nèi)的淺地層中使用,下部則全部采用空氣速鉆井技術(shù)。使用牙輪鉆頭鉆進(jìn)一般硬度的地層,而采用金剛石鉆頭鉆進(jìn)堅(jiān)硬巖層。

 

  我國(guó)從上世紀(jì)90年代后期至今,幵始將石油鉆完井工藝與地?zé)衢_(kāi)釆結(jié)合,優(yōu)選鉆頭和機(jī)械參數(shù)引進(jìn)近平衡鉆井和完井液概念,有針對(duì)性的使用了細(xì)分散、不分散低固相聚合物泥衆(zhòng)、抗高溫泥裝,提高了鉆井效率,縮短了建井周期。中石油長(zhǎng)城鉆探工程公司在肯尼亞OLKARIA地區(qū)經(jīng)過(guò)近3年的研究和實(shí)踐,研發(fā)了高溫定向鉆井、井筒降溫、鉆頭選型、空氣泡沫鉆井液等高溫地?zé)?/a>井鉆井技術(shù),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得了顯著效果.

 

  由于高溫地?zé)峋?dú)特的地質(zhì)條件以及鉆進(jìn)環(huán)境,使得常規(guī)鉆井技術(shù)在應(yīng)用于高溫鉆井中遇到很多問(wèn)題,比如地層嚴(yán)重漏失,鉆具磨損嚴(yán)重,卡鉆事故頻繁,鉆井速度慢,鉆井周期較長(zhǎng)。為了適應(yīng)高溫地?zé)峋墓ぷ饕?就必須改進(jìn)常規(guī)石油鉆井技術(shù),使得所用的材料和設(shè)備,不僅需要滿(mǎn)足地質(zhì)條件要求,還能夠承受高達(dá)30(rc的高溫。通過(guò)多年的鉆井經(jīng)驗(yàn)與研究,目前國(guó)內(nèi)外的高溫地?zé)峋@井已經(jīng)形成了有別于常規(guī)鉆井的新技術(shù),這些技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用都得到了肯定,為高溫地?zé)峋纳钊?a href="http://kaichele.cn/t/勘探.html" >勘探與幵發(fā)奠定基礎(chǔ)。

 

  (1)空氣泡沫鉆井液技術(shù)根據(jù)地?zé)峋奶攸c(diǎn),地?zé)峋?a href="http://kaichele.cn/t/鉆井液.html" >鉆井液必須具有以下兩個(gè)要求:泥菜密度較低,攜砂能力強(qiáng);鉆井液和處理劑抗溫能力高1161,一般要求達(dá)到20(rc以上。為此,研發(fā)了空氣泡沫鉆井液:在清水中加入適量的發(fā)泡劑作為泡沫基液,并根據(jù)井深和地層漏失狀況在泡沫基液中充入一定量的空氣,保持泡沫質(zhì)量系數(shù)0.55左右。泡沫鉆井液的最大優(yōu)點(diǎn)是低密度、高點(diǎn)度。泡沫是由緊密而細(xì)小,且有堅(jiān)固薄膜的氣泡組成"71,具有較強(qiáng)的表面點(diǎn)度和強(qiáng)度,因而具有良好的防漏堵漏作用和保持井眼清潔的作用。在形成泡沫的基液中由于高溫地?zé)峋?dú)特的地質(zhì)條件以及鉆進(jìn)環(huán)境,使得常規(guī)鉆井技術(shù)在應(yīng)用于高溫鉆井中遇到很多問(wèn)題,比如地層嚴(yán)重漏失,鉆具磨損嚴(yán)重,卡鉆事故頻繁,鉆井速度慢,鉆井周期較長(zhǎng)"5】。為了適應(yīng)高溫地?zé)峋墓ぷ饕?就必須改進(jìn)常規(guī)石油鉆井技術(shù),使得所用的材料和設(shè)備,不僅需要滿(mǎn)足地質(zhì)條件要求,還能夠承受高達(dá)30(rc的高溫。通過(guò)多年的鉆井經(jīng)驗(yàn)與研究,目前國(guó)內(nèi)外的高溫地?zé)峋@井已經(jīng)形成了有別于常規(guī)鉆井的新技術(shù),這些技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用都得到了肯定,為高溫地?zé)峋纳钊?a href="http://kaichele.cn/t/勘探.html" >勘探與幵發(fā)奠定基礎(chǔ)。

 

  (1)空氣泡沫鉆井液技術(shù)根據(jù)地?zé)峋奶攸c(diǎn),地?zé)峋@井液必須具有以下兩個(gè)要求:泥菜密度較低,攜砂能力強(qiáng);鉆井液和處理劑抗溫能力高1161,一般要求達(dá)到20(rc以上。為此,研發(fā)了空氣泡沫鉆井液:在清水中加入適量的發(fā)泡劑作為泡沫基液,并根據(jù)井深和地層漏失狀況在泡沫基液中充入一定量的空氣,保持泡沫質(zhì)量系數(shù)0.55左右。泡沫鉆井液的最大優(yōu)點(diǎn)是低密度、高點(diǎn)度。泡沫是由緊密而細(xì)小,且有堅(jiān)固薄膜的氣泡組成"71,具有較強(qiáng)的表面點(diǎn)度和強(qiáng)度,因而具有良好的防漏堵漏作用和保持井眼清潔的作用。在形成泡沫的基液中加入高溫保護(hù)劑HT-1,能提高發(fā)泡劑的高溫能力,高溫極限從180 °C提高到240 °C,滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)高溫施工的要求81。

 

  (2)鉆具防磨損技術(shù)在地?zé)徙@井過(guò)程中,井漏非常嚴(yán)重,鉆井液無(wú)法返回地面,鉆具磨損嚴(yán)重,為此,設(shè)計(jì)了專(zhuān)用的鉆桿保徑接頭、新型滾子扶正器等輔助鉆井工具,大大降低了鉆具的損壞程度。

 

  (3)井筒降溫盲鉆技術(shù)肯尼亞OLKARIA是一個(gè)火山噴發(fā)巖沉積的幵放性隆起構(gòu)造地區(qū),存在大量熔洞,鉆井液完全漏失1191,為此采用了井筒降溫盲鉆技術(shù),用清水加一定量的發(fā)泡劑代替鉆井液進(jìn)行鉆井作業(yè)。在盲鉆過(guò)程中使用以下方法測(cè)試井眼是否需要清洗:剛幵始盲鉆時(shí),先鉆3?4 m,上提鉆具,停止泡沫流體的注入,靜止5min左右,再次下入鉆具,測(cè)試井底是否有沉砂。如果沒(méi)有沉砂則開(kāi)粟繼續(xù)往下鉆進(jìn);如果有沉砂,則當(dāng)鉆頭接近井底時(shí),開(kāi)粟栗入高點(diǎn)度鉆井液清潔井眼,然后再進(jìn)行井筒降溫盲鉆