清源山东岳—侨乡体育馆一带地热DL8钻孔钻探施工浅析

李明

摘要：通过前期综合性的地热地质调查工作，确定在丰泽清源山—东海法石地热调查区中段的清源山东岳—体育馆一带深部钻孔，组织实施DL8钻孔钻探施工，通过该孔钻探，验证前期勘察成果，提升地热项目钻探工艺研究，为当地后续深部地热勘探和进一步地热资源勘查与开发，制订远景规划提供科学依据。

关键词：地热井；DL8钻孔；钻探；清源山东岳—侨乡体育馆一带

地热水是地下水在下渗过程中对地层进行淋滤溶解作用并受热，在深部循环过程中受高温影响并产生一系列化学反应，在上升过程中对经过的地层进行溶解并受到其他水体的渗入混合而形成的，因此地热水具有独特的物理性质、化学成分和质量品位。地热水作为一种新型替代能源，在环境和经济上具有一定的发展优势，如何进行可持续开采和利用也逐渐受到广泛关注。丰泽清源山—东海法石地热调查区中段的清源山东岳—体育馆一带地热资源勘查中，经地质钻探等一系列工作，证实泉州市区存在地热资源，打破之前泉州市区无地热（温泉）的认识。基于此，下文主要针对清源山东岳—侨乡体育馆一带地热DL8钻孔钻探施工进行分析，提出了相应的钻探工艺技术和应对措施，为后续在该地区进行深部地热钻探施工积累了经验。

1.地热勘查区地质概况

区内地层出露有侏罗系南园组第二段（J3n2）、第四系更新统残积层（Qpel）、全新统冲洪积层（Qhapl）、全新统海积层（Qhm），岩性为深灰色、灰绿色、浅灰色、灰白色凝灰岩，流纹质晶屑凝灰岩，流纹质晶屑凝灰熔岩等，底部为碳酸盐安山岩。第四系主要岩性为残积粘性土，残积砂质粘性土，残积砾质粘性土等。全新统冲洪积层（Qhapl）岩性为粘土质砂、含泥砂和砂砾卵石，局部地段夹砂质粘土。全新统海积层（Qhm）主要岩性为灰黑色淤泥、淤泥质粘土和泥质砂等，厚度3.21m～14.68m。侵入岩，晚侏罗世二长花岗岩（ηγJ3）分布于北侧南台岩—五台尾山、石塔山—仕公岭—东海一带；早白垩世角闪辉长岩（νK1）分布于东岳山少林寺一带，出露面积0.75km2，占本区面积2.77%。呈小岩株产出于黑云母二长花岗岩、混合二长花岗岩之间。早白垩世正长花岗岩（ξγK1）分布于朋山岭、山兜—黎明大学一带。

1.1地质构造

调查区内的清源山东岳一带发育两条北西向断裂，编号FA3、FA4，分别控制了辉长岩体与二长花岗岩的东北侧及西南侧边界，属永安—晋江断裂带的南东延续部分。FA3断裂，北段根据兆基光明城西区及旅游街边坡工程工勘资料，断裂倾向南西，走向北西325°，钻孔剖面形态呈凹槽，倾角较陡。FA4断裂，走向北西325°，倾向南西235°，倾角80°，宽25m左右，控制长大于1.5km，为张性断裂。带内裂隙极发育，形成多条破碎带，具碎裂结构，岩体呈散体，见石夹土。东西向断裂属泉州—永定湖雷断裂带的一部分。

2.地球物理勘查CSAMT成果

本次物探方法采用可控源音频大地电磁测深法（CSAMT），测深点点距50m，物探线布置在泉州北互通连接线—群山村E线和东岳—侨乡体育馆L1线、L2线、L3线。

通过前期地热地质调查专题成果及补充可控源物探成果，确定在丰泽清源山—东海法石地热调查区中段的清源山东岳—体育馆一带施工深部钻孔，目的是了解沿北东向断裂FA1（东岳岩体和惠安岩体接触带）的隐伏地热资源分布情况。在清源山东岳—体育馆一带布置DL8施工地热勘查深孔，设计孔深分别为800m～1200m。

3. DL8地热钻孔钻探施工技术

（1）钻机类型。采用XY-44型钻机配衡阳产BW-250泥浆泵，全孔采用金刚石普通双管及金刚石绳索钻具组合钻进，取全芯。钻井液为低固相泥浆。

（2）钻孔结构。按照《福建省泉州市地热资源调查评价DL8钻孔设计书》及变更通知书要求进行施工，钻孔结构如下表：

（3）套管规格数量

根据地层地质情况及钻进需要，对DL8孔下管与固井，具体数据详见下表：

4.钻具组合及主要参数

根据设计要求及地层情况，本孔施工过程中共有6个口径，采用合金加金刚石绳索钻进，根据不同地层不同口径选择钻进参数，最大限度提高钻进施工效率。钻具组合详见下表：

5.钻井液及护孔

钻井液是钻井施工的血液，特别是对地热井尤其重要，在保证钻孔顺利进行的前提下，尽量降低钻井液密度，有利于井壁空隙（或裂隙）溢出，钻井过程中能够及时发现水文地质异常，为后期抽水试验分析做好铺垫。DL8孔地层地质条件稳定，采用低固相泥浆能够正常携带岩屑，孔内干净。本孔常规泥浆添加剂主要有膨润土、纯碱、聚丙烯酰胺、润滑剂等。DL8孔钻井液性能详见下表：

由于土層角闪辉长岩、二长花岗岩组成，相对较后，岩芯采取困难，易引起孔壁坍塌、缩径等，不利于钻孔孔壁的稳定。同时钻探施工对冲洗液要求较严，既要最大限度的携带孔内岩粉，又不能堵塞裂隙，孔内涌水较大，不利于坍塌破碎地层的孔壁维护，施工难度较大。因此在钻进过程中，选择该型泥浆配方，该泥浆能够满足钻进携岩需要，每钻进100m～150m彻底更换全部冲洗液，清理施工现场泥浆坑，重新配置冲洗液，保证冲洗液性能优良、稳定。全孔共遇到破碎、构造11处（深度2m～11m不等），尤其是孔深963m时，孔内出现塌孔现象，该段为断层泥，断层角砾，泥质结构，取出的岩心为粉末状。出现塌孔现象后，请示地质人员，换用高效增粘粉泥浆护孔钻进，并加入防塌堵漏剂，配合绳索取心液动冲击回转钻进取心，岩心采取率达到93%，取得了较为明显的效果，该构造深度为962.50～973.54，共11.04m。

6.孔身结构及固井

（1）孔身结构。DL8孔经过专家论证后，在原设计上把Ф130mm口径加深至300m，其他结构基本按照原来设计施工，各段口径孔深位置与原孔身结构设计基本相同。

（2）固井。根据地质情况及钻孔施工需要，该孔采用常规注水泥方法对管外固井。现场按照设计要求配置性能优良的水泥浆，按照顺序注入前置液（清水）、水泥浆、替浆液（清水），待水泥浆返出地面后停止替浆，然后候凝72h后，卸开机上钻杆，孔口不涌水，灰塞面在地面以下2.5m处，孔口不涌水，证明管外止水效果良好。表层管段固井情况详见下表：

7.钻探设备及机具

按照要求，施工单位认真组织施工，该孔施工设备与机具详见下表：

8.钻探工程质量

（1）岩心采取率与整理：本孔全孔取芯，岩心较完整，全孔采取率达到99.1%，符合要求。（2）钻孔弯曲度与测量间距：按照水文地质钻探要求每100m测定孔斜，最大弯曲度为2°6′符合规范要求。（3）固井质量：DL8孔对表层套管段进行了下管固井工作。表层套管材质为无缝钢管（Φ168），并采用42.5R水泥固井，固井时水泥浆均返出井口（详见上述固井成果表），且在钻探施工过程中未发现套管松动，固井质量良好。（4）简易水文观测：机台按任务书做好了简易水文观测记录，符合要求。（5）孔深校正：每100m提大钻进行了孔深校正，终孔误差在+ 0.17m，符合要求。（6）报表：原始班报表填写及时、工整、整洁、准确，符合要求。

综上所述DL8孔符合设计要求，孔身质量良好。

9.总结

纵观DL8孔施工全过程，开孔时间为5月30日，终孔时间为11月2日，完成钻探总进尺1206.30m，由于市内施工，不能24小时作业，给钻探带来很多不利，施工过程中有很多经验值得总结。地热钻探设计应对钻探设备提出更高一级准备要求。由于施工地热孔目的是为了找寻地下热水和热，在没有钻探实际地质资料的情況下，地下储水层不一定会出现在我们推测的地层范围以内，为减少盲目性，增大地热井的质量，有必要对施工设备提出一定要求，以利于对原设计孔深进行钻孔加深。

通过DL8孔的施工，为后续施工积累了宝贵的经验：在地层稳定的情况下，钻进大口径钻孔，尽量使用大排量钻进，避免岩粉重复破碎，实现快速钻进；合理设计钻孔结构和钻具级配，对异常破碎地层，采用多径钻孔结构和最优冲洗液；孔内事故是影响钻进效率的直接因素，施工中要充分考虑各种因素，制订详细且具有可操作性的施工技术方案、尽量避免孔内事故的发生；采用管外灌注水泥止水时，尽量增大管外环状间隙，起到保证止水效果的同时，可以避免灌注水泥时发生憋压憋泵现象。

参考文献：

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