专利名称：地热井分层投滤料工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种钻井方法，尤其是一种地热井分层投滤料工艺方法。特别适用于 同一眼地热井具有多个可用水质和不可用水质的含水层的地质结构，使用较好水质的含水 层，封闭有害水质的含水层之目的。
背景技术：
在地热井建设过程中，在不同的深度有多个含水层，各个含水层水质往往是不同 的，有的含水层水质好，有的含水层水质差。如果将个含水层的水混合利用，势必降低所取 之水的质量。因此，在建井过程中将不同的水质进行筛选，避免所取之水到达地面后在进 行水处理，降低设备投资和运行成本，是研究课题之一。地热井井孔与井管之间是自由流 动的热水，水的长期流动和冲刷必将带动岩屑运动，这就破坏了地层的稳定性，发生局部坍 塌的现象，久而久之就会引起地表沉降；如何确保地层稳定，避免地面沉降呢？在地热井井 孔与井管之间充填滤料，使之在地热井井孔与井管之间形成具有通透性的支撑骨架，减小 热水的流速，同时使水只能通过滤料渗透到井管内，降低水中的含沙量，能够起到了稳定地 层、避免地面沉降的作用，同时还有减少地面设备的磨损，特别潜水泵、除砂器和增压泵的 磨损。如果地热井的水中含沙量高，往往发生井管内沉砂淤积较多，逐渐堵塞滤水管影响单 井出水量，最终出水量小到无利用价值，只好重新洗井或打井，在地热井井孔与井管之间充 填滤料，可以减少砂的运动并将砂拦截在滤水管之外，降低水的含沙量，同时起到延长地热 井寿命的目的。因此，研究一种既分层取水，又降低水的含沙量的地热井分层投滤料工艺方 法，是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种地热井分层投滤料工艺方法， 本发明解决其技术问题的技术方案是
地热井分层投滤料工艺方法，其工艺步骤为①井径测量，②确定各含水层高度和非含 水层高度，③确定含水层中的具体取水目的层，④计算各具体取水目的层滤料用量，⑤计算 含水层中非取水目的层和非含水层粘土用量，⑥清孔，⑦换浆，⑧下管，⑨滤水管冲洗，⑩滤 料和粘土投放。本发明解决其技术问题的具体技术方案是
本发明所述的井径测量即用物理测量方法确定井径的尺寸，为下一步计算取水含水 层滤料量提供数据，所述的确定各含水层高度和非含水层高度即用地球物理测井的方法， 包括测自然电位、电阻率、自然伽玛、声波、井温、井斜等，确定含水层和非含水层本身的具 体高度尺寸以及距离井口的高度尺寸，为下一步下管提供数据，所述的确定含水层中的具 体取水目的层即利用地球物理测井所测数据确定具体取水目的层，所述的计算各具体取水 目的层滤料用量即分层计算各取水目的层滤料的用量，其计算公式为L=0. 785X (D2-d2) XhXk，其中L-滤料量(m3)、D-井孔内径(m)、d-井管外径(m)、h-含水层高度(m)、k_计算系数，k = 1.10-1. 25，所述的计算含水层中非取水目的层和非含水层粘土用量即分别计 算含水层中非取水目的层和非含水层粘土用量，起计算公式同取水目的层滤料用量计算公 式，所述的清孔即清除井孔内的钻屑，所述的换浆即降低钻井液的粘度，其方法是按循环周 均勻向井孔内加清水，所述的下管即根据取水目的层、非取水目的层的含水层和非含水层 本身的具体高度尺寸以及其距离井口的高度尺寸确定下管方案，保证滤水管与取水目的层 对应，井壁管与含水层的非取水目的层和非含水层对应，所述的滤水管冲洗即向井管内泵 入冲洗液，让冲洗液自滤水管流出，冲洗滤水管后的废冲洗液沿井管与井壁之间的环形空 间向上流至地表，其具体方法为先将端部带有阻水膨胀橡胶的冲洗管下入井管内，冲洗管 的长度以能够使冲洗管出水口位于下数第一组滤水管的最上端为准，再将冲洗管与泥浆泵 的出水口连接，将伸进冲洗液池的进水管与泥浆泵进水口连接，并将井口封闭，然后开启泥 浆泵开始冲洗，所述的滤料投放即待从井管与井壁之间流至地表的冲洗废液的浓度达到规 定要求后，即开始从井口均勻的、不间断的向井管与井壁之间的环形空间投放滤料，并且在 滤料投放过程中不停止冲洗液的泵入，与下数第一组滤水管对应的井管与井壁之间的环形 空间所需滤料投放完毕后，关闭泥浆泵30分钟左右，再向下数第一组非取水目的层和非含 水层的对应的井管与井壁之间的环形空间投放粘土，与下数第一组非取水目的层和非含水 层的对应的井管与井壁之间的环形空间所需粘土投放完毕后，关闭泥浆泵8-12小时左右， 再投放下数第二组滤水管对应的井管与井壁之间的环形空间所需滤料，依次循环进行。本发明的具体工艺参数为
本发明所述的滤水管长度必须小于取水目的层厚度2-4m、滤水管安放在取水目的层的 居中部位。本发明的D-d / 2的数值范围为75-100mm。本发明所述的滤料的滤料粒径mm等于水层沙粒径mm的4_6倍，滤料粒径合格率 要求为98%，滤料球度和圆度均大于0. 6，滤料强度彡5级，滤料比重彡1. 50g/cm3。本发明从井管与井壁之间流至地表的冲洗废液的浓度粘度在18s -20s间时开始 投放滤料。本发明滤料的投放速度为每小时3-3. 5 m3。本发明冲洗液的泵入量为15-20m3/h。本发明所用粘土应为软塑性粘土、粘土含水量为15%_20%。本发明所用粘土应为圆形或次圆形团状结构，粒径1. 5-2cm。与现有技术相比，用本发明方法实现了在降低水含沙量的同时实现分层取水。能 够确保地层稳定，避免地面沉降，减少地面设备的磨损，特别是对潜水泵、除砂器和增压泵 的保护效果明显。延长地热井寿命，减少重复投资。
附图是本发明的原理图。图中，1为泥浆泵，2为冲洗管，3为井护管，4为井壁，5为井壁管，6为滤水管，7为 含水层，8为非含水层，9为滤料填充层，10为滤料，11为阻水膨胀橡胶。
具体实施例方式地热井分层投滤料工艺方法，其工艺步骤为①井径测量，②确定各含水层高度和 非含水层高度，③确定含水层中的具体取水目的层，④计算各具体取水目的层滤料用量，⑤ 计算含水层中非取水目的层和非含水层粘土用量，⑥清孔，⑦换浆，⑧下管，⑨滤水管冲洗， ⑩滤料和粘土投放。所述的井径测量即用物理测量方法确定井径的尺寸，为下一步计算取水含水 层滤料量提供数据，所述的确定各含水层高度和非含水层高度即用地球物理测井的方 法，包括测自然电位、电阻率、自然伽玛、声波、井温、井斜等，确定含水层和非含水层本 身的具体高度尺寸以及距离井口的高度尺寸，为下一步下管提供数据，所述的确定含水 层中的具体取水目的层即利用地球物理测井所测数据确定具体取水目的层，所述的计 算各具体取水目的层滤料用量即分层计算各取水目的层滤料的用量，其计算公式为 L=O. 785X (D2-d2) XhXk，其中L-滤料量(m3)、D-井孔内径(m)、d_井管外径(m)、h_含水 层高度(m)、k-计算系数，k = 1. 10-1. 25，所述的计算含水层中非取水目的层和非含水层 粘土用量即分别计算含水层中非取水目的层和非含水层粘土用量，起计算公式同取水目的 层滤料用量计算公式，所述的清孔即清除井孔内的钻屑，所述的换浆即降低钻井液的粘度， 其方法是按循环周均勻向井孔内加清水，所述的下管即根据取水目的层、非取水目的层的 含水层和非含水层本身的具体高度尺寸以及其距离井口的高度尺寸确定下管方案，保证滤 水管与取水目的层对应，井壁管与含水层的非取水目的层和非含水层对应，所述的滤水管 冲洗即向井管内泵入冲洗液，让冲洗液自滤水管流出，冲洗滤水管后的废冲洗液沿井管与 井壁之间的环形空间向上流至地表，其具体方法为先将端部带有阻水膨胀橡胶的冲洗管下 入井管内，冲洗管的长度以能够使冲洗管出水口位于下数第一组滤水管的最上端为准，再 将冲洗管与泥浆泵的出水口连接，将伸进冲洗液池的进水管与泥浆泵进水口连接，并将井 口封闭，然后开启泥浆泵开始冲洗，所述的滤料投放即待从井管与井壁之间流至地表的冲 洗废液的浓度达到规定要求后，即开始从井口均勻的、不间断的向井管与井壁之间的环形 空间投放滤料，并且在滤料投放过程中不停止冲洗液的泵入，与下数第一组滤水管对应的 井管与井壁之间的环形空间所需滤料投放完毕后，关闭泥浆泵30分钟左右，再向下数第一 组非取水目的层和非含水层的对应的井管与井壁之间的环形空间投放粘土，与下数第一组 非取水目的层和非含水层的对应的井管与井壁之间的环形空间所需粘土投放完毕后，关闭 泥浆泵8-12小时左右，再投放下数第二组滤水管对应的井管与井壁之间的环形空间所需 滤料，依次循环进行。所述的滤水管长度必须小于取水目的层厚度2_4m、滤水管安放在取水目的层的居 中部位。D-d / 2 的数值范围为 75-100mm。所述的滤料的滤料粒径mm等于水层沙粒径mm的4_6倍，滤料粒径合格率要求为 98%，滤料球度和圆度均大于0. 6，滤料强度> 5级，滤料比重> 1. 50g/cm3。从井管与井壁之间流至地表的冲洗废液的浓度粘度在18s -20s间时开始投放滤 料。滤料的投放速度为每小时3-3. 5 m3。冲洗液的泵入量为15-20m3/h。
粘土应为软塑性粘土、粘土含水量为15%_20%。粘土应为圆形或次圆形团状结构，粒径1. 5-2cm。
权利要求
地热井分层投滤料工艺方法，其特征在于其工艺步骤为①井径测量，②确定各含水层高度和非含水层高度，③确定含水层中的具体取水目的层，④计算各具体取水目的层滤料用量，⑤计算含水层中非取水目的层和非含水层粘土用量，⑥清孔，⑦换浆，⑧下管，⑨滤水管冲洗，⑩滤料和粘土投放。
2.根据权利要求1所述的地热井分层投滤料工艺方法，其特征在于所述的井径测量 即用物理测量方法确定井径的尺寸，所述的确定各含水层高度和非含水层高度即用地球物 理测井的方法，包括测自然电位、电阻率、自然伽玛、声波、井温、井斜等，确定含水层和非含 水层本身的具体高度尺寸以及距离井口的高度尺寸，所述的确定含水层中的具体取水目的 层即利用地球物理测井所测数据确定具体取水目的层，所述的计算各具体取水目的层滤 料用量即分层计算各取水目的层滤料的用量，其计算公式为L=0. 785 X (D2-d2)XhX k，其 中L-滤料量(m3)、D-井孔内径(m)、d-井管外径(m)、h-含水层高度(m)、k_计算系数，k =1. 10-1. 25，所述的计算含水层中非取水目的层和非含水层粘土用量即分别计算含水层 中非取水目的层和非含水层粘土用量，起计算公式同取水目的层滤料用量计算公式，所述 的清孔即清除井孔内的钻屑，所述的换浆即降低钻井液的粘度，其方法是按循环周均勻向 井孔内加清水，所述的下管即根据取水目的层、非取水目的层的含水层和非含水层本身的 具体高度尺寸以及其距离井口的高度尺寸确定下管方案，保证滤水管与取水目的层对应， 井壁管与含水层的非取水目的层和非含水层对应，所述的滤水管冲洗即向井管内泵入冲洗 液，让冲洗液自滤水管流出，冲洗滤水管后的废冲洗液沿井管与井壁之间的环形空间向上 流至地表，其具体方法为先将端部带有阻水膨胀橡胶的冲洗管下入井管内，冲洗管的长度 以能够使冲洗管出水口位于下数第一组滤水管的最上端为准，再将冲洗管与泥菜泵的出水 口连接，将伸进冲洗液池的进水管与泥浆泵进水口连接，并将井口封闭，然后开启泥浆泵开 始冲洗，所述的滤料投放即待从井管与井壁之间流至地表的冲洗废液的浓度达到规定要求 后，即开始从井口均勻的、不间断的向井管与井壁之间的环形空间投放滤料，并且在滤料投 放过程中不停止冲洗液的泵入，与下数第一组滤水管对应的井管与井壁之间的环形空间所 需滤料投放完毕后，关闭泥浆泵30分钟左右，再向下数第一组非取水目的层和非含水层的 对应的井管与井壁之间的环形空间投放粘土，与下数第一组非取水目的层和非含水层的对 应的井管与井壁之间的环形空间所需粘土投放完毕后，关闭泥浆泵8-12小时左右，再投放 下数第二组滤水管对应的井管与井壁之间的环形空间所需滤料，依次循环进行。
3.根据权利要求2所述的地热井分层投滤料工艺方法，其特征在于所述的滤水管长 度必须小于取水目的层厚度2-4m、滤水管安放在取水目的层的居中部位。
4.根据权利要求2所述的地热井分层投滤料工艺方法，其特征在于D-d/ 2的数值范 围为 75-100mm。
5.根据权利要求2所述的地热井分层投滤料工艺方法，其特征在于所述的滤料的滤 料粒径mm等于水层沙粒径mm的4_6倍，滤料粒径合格率要求为98%，滤料球度和圆度均大 于0. 6，滤料强度≥5级，滤料比重≥1. 50g/cm3。
6.根据权利要求2所述的地热井分层投滤料工艺方法，其特征在于从井管与井壁之 间流至地表的冲洗废液的浓度粘度在18s -20s间时开始投放滤料。
7.根据权利要求2所述的地热井分层投滤料工艺方法，其特征在于滤料的投放速度 为每小时3-3. 5 m3。
8.根据权利要求2所述的地热井分层投滤料工艺方法，其特征在于冲洗液的泵入量 为 15-20m3/h。
9.根据权利要求2所述的地热井分层投滤料工艺方法，其特征在于粘土应为软塑性 粘土、粘土含水量为15%-20%。
10.根据权利要求2所述的地热井分层投滤料工艺方法，其特征在于粘土应为圆形或 次圆形团状结构，粒径1. 5-2cm。
全文摘要
本发明公开一种地热井分层投滤料工艺方法，其工艺步骤为①井径测量，②确定各含水层高度和非含水层高度，③确定含水层中的具体取水目的层，④计算各具体取水目的层滤料用量，⑤计算含水层中非取水目的层和非含水层粘土用量，⑥清孔，⑦换浆，⑧下管，⑨滤水管冲洗，⑩滤料和粘土投放。是一种适用于同一眼地热井具有多个可用水质和不可用水质的含水层的地质结构，使用较好水质的含水层，封闭有害水质的含水层之目的地热井分层投滤料工艺方法。
文档编号E21B47/02GK101929326SQ201010254319
公开日2010年12月29日 申请日期2010年8月16日 优先权日2010年8月16日
发明者冯洪喜, 阴文行 申请人:邯郸市伟业地热开发有限公司