一种地热井新型井身结构及完井方法与流程

本发明涉及地热井井身技术领域，特别涉及一种地热井新型井身结构及完井方法。

背景技术：

地热资源作为一种可再生能源已纳入“十三五”能源规划。如何开发利用好地热资源是国家能源产业布局的战略之一。有效从地下开采出我们所需要的地热资源是地热工作者研究的主要课题。

地热井井身结构设计与完井方式的研究是地热井建井过程中的一个重要环节，也是衔接钻井和开采且又相对独立的一项系统工程。

地热井井身结构设计与完井方式技术的好坏将直接影响水温水量和使用效率，所以作为技术工作者我们将从现场角度考虑和研究并解决地热井井身结构及完井方式技术、防止井壁坍塌、提高水温水量、降低含砂量、延长地热井使用寿命，从技术研究方面力争不断提升地热井井身结构设计与完井方式。

目前砂岩地热井成井结构有两种：一种是二开结构，一开水泥固井，二开采用止水器加滤水管成井方式；另一种是三开结构，一开和二开采用水泥固井，三开滤水管完井方式成井。

上述两种成井结构各有弊端，第一种二开结构，成井简单、费用小，但是采用止水器止水的方法毕竟是临时止水，难以保证止水质量。第二种三开结构，成井效较好，但是费用高、工期长，成井复杂。

技术实现要素：

为解决上述现有技术缺陷，本发明的目的在于提供一种地热井新型井身结构及完井方法，其在钻成的井眼内按设计标准下入一套管串，并在其井壁环空注入水泥，以保证井身设计质量。其主要是依靠分级固井技术和地热井的止水工艺，采用管外封隔器、分级箍等部件对二开井眼取水段以浅和套管之间的环形空间注入水泥，实现永久性分隔止水。

其技术方案是：一种地热井新型井身结构，该井身结构为垂直钻井，其特征是，从地面至井底依次设置有表层套管、固井段以及生产套管，表层套管由地面至固井段，并将固井段的上端一段周向包裹，固井段由井口固井段和井身固井段组成，井口固井段包括悬挂器、悬挂底座、环空固封、余量封固以及固井保护短节，悬挂器位于悬挂底座上，中间有一余量形成槽口通道，悬挂器的上方余量固封，余量封固的内侧是固井保护短节，环空固封的下端是井身固井段，井身固井段由水泥封固区，其内置生产套管。

优选的，所述生产套管由上至下依次设置有液压分级注水泥器，管外封隔器，采灌止水器、盲板、一级止水器、包网缠丝滤水管以及二级注水器，所述液压分级注水泥器设置在生产套管内部，由下至上分级段进行水泥固封，管外封隔器位于井身固井段的下方，管外封隔器的下方是盲板，管外封隔器与盲板之间是采灌止水器。

优选的，所述表层套管采用内径表层套管，其外径为

优选的，所述生产套管采用内径表层套管，其外径为

优选的，所述包网缠丝滤水管采用内径包网缠丝滤水管。

本发明提供了一种地热井新型井身结构的完井方法，其特征在于方法步骤如下：

1)在生产套管底部构筑好引鞋；

2)采用二开结构组建安装生产套管管串，由上至下依次设置有液压分级注水泥器，管外封隔器，采灌止水器、盲板、一级止水器、包网缠丝滤水管以及二级注水器，所述液压分级注水泥器设置在生产套管内部，由下至上分级段进行水泥固封，管外封隔器位于井身固井段的下方，管外封隔器的下方是盲板，管外封隔器与盲板之间是采灌止水器；

3)将步骤2)组建安装的生产套管管串放入预定位置，并成功悬挂座封；

4)采用步骤2)中的液压分级注水泥器分级构注井身固井段的水泥封固区；

5)步骤4)完工后在组建安装固井段的套管重叠固井段；

6)步骤6)完工后从保护短节出倒扣送入钻具，循环替出多余固井水泥量，最后钻开盲板完成洗井作业；

7)完井投产。

优选的，步骤5)套管重叠固井段的组建安装步骤如下：

1)在水泥封固区的顶端沿生产套管上端一段的外侧构注环空封固，环空封固的顶端与保护短节顶端持平；

2)在环空封固上安装悬挂底座，悬挂底座设置成带直角的楔形，直角边一侧与表层套管连接，其楔形斜边上是倒楔形的带直角的悬挂器，两者中间有一余量形成槽口通道；

3)在悬挂器的上端形成一段余量封固，余量封固的内侧是固井保护短节，固井保护短节的上端向上延伸一段起保护作用；

4)步骤3)完工后从保护短节出倒扣送入钻具，循环替出多余固井水泥量，最后钻开盲板完成洗井作业。

优选的，所述引鞋由井壁向井内侧倾斜。

此项技术具有以下优势：

1)对于地热井能够永久止水；

2)对于表层水能够永久保护；

3)对于生产井，能够准确分层取水；

4)对于回灌井，可以分层回灌；

5)对于生产井可以减小热损耗，起到保温效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

具体实施方式

为了本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获取的其他实施例，都属于本发明专利的保护范围。

参照图1，一种地热井新型井身结构，该井身结构为垂直钻井，其特征是，从地面至井底依次设置有表层套管1、固井段以及生产套管8，表层套管1由地面至固井段，并将固井段的上端一段周向包裹，固井段由井口固井段和井身固井段组成，井口固井段包括悬挂器4、悬挂底座5、环空固封17、余量封固3以及固井保护短节2，悬挂器4位于悬挂底座5上，中间有一余量形成槽口通道6，悬挂器4的上方余量固封3，余量封固3的内侧是固井保护短节2，环空固封7的下端是井身固井段，井身固井段由水泥封固区7，其内置生产套管8。

优选的，所述生产套管1由上至下依次设置有液压分级注水泥器9，管外封隔器10，采灌止水器11、盲板12、一级止水器13、包网缠丝滤水管14以及二级注水器15，所述液压分级注水泥器9设置在生产套管8内部，由下至上分级段进行水泥固封，管外封隔器10位于井身固井段的下方，管外封隔器10的下方是盲板12，管外封隔器10与盲板12之间是采灌止水器11。

优选的，所述表层套管1采用内径表层套管，其外径为

优选的，所述生产套管8采用内径表层套管，其外径为

优选的，所述包网缠丝滤水管14采用内径包网缠丝滤水管。

本发明提供了一种地热井新型井身结构的完井方法，其特征在于方法步骤如下：

1)在生产套管底部构筑好引鞋16；

2)采用二开结构组建安装生产套管管串，由上至下依次设置有液压分级注水泥器9，管外封隔器10，采灌止水器11、盲板12、一级止水器13、包网缠丝滤水管14以及二级注水器15，所述液压分级注水泥器9设置在生产套管8内部，由下至上分级段进行水泥固封，管外封隔器10位于井身固井段的下方，管外封隔器10的下方是盲板12，管外封隔器10与盲板12之间是采灌止水器11；

3)将步骤2)组建安装的生产套管管串放入预定位置，并成功悬挂座封16；

4)采用步骤2)中的液压分级注水泥器9分级构注井身固井段的水泥封固区7；

5)步骤4)完工后在组建所述的固井段的套管重叠固井段；

6)步骤6)完工后从保护短节处2倒扣送入钻具，循环替出多余固井水泥量，最后钻开盲板9完成洗井作业；

7)完井投产。

优选的，步骤5)井口固井段的组建安装步骤如下：

1)在水泥封固区7的顶端沿生产套管1上端一段的外侧构注环空封固17，环空封固17的顶端与保护短节1的顶端持平；

2)在环空封固17上安装悬挂底座5，悬挂底座5设置成带直角的楔形，直角边一侧与表层套管1连接，其楔形斜边上是倒楔形的带直角的悬挂器4，两者中间有一余量形成槽口通道6；

3)在悬挂器4的上端形成一段余量封固3，余量封固3的内侧是固井保护短节2，固井保护短节2的上端向上延伸一段起保护作用；

4)步骤3)完工后从保护短节处2倒扣送入钻具，循环替出多余固井水泥量，最后钻开盲板9完成洗井作业。

优选的，所述引鞋16由井壁向井内侧倾斜。

其技术原理是，在下一开表层套管1时下入悬挂底座，用以二开套管微台阶悬挂。二开完井后，利用钻杆送二开套管入井悬挂：管串结构是引鞋16+取水段管串+盲板12+管外封隔器10+液压分级注水泥器9+技术套管+悬挂器4+固井保护短节2+送入钻具，其中在取水段内安装简易盂式止水器，位置为地层分界处或公司科研指定位置，主要用以检测地热井补给、径流和排泄。由于一开套管已下入悬挂底座，当套管串到达预定位置时，按规定操作利用套管悬重判断贯串是否悬挂。确保套管悬挂座封后，正转钻杆，从固井保护短节2处倒开，起出钻杆，保护短节2留井。调整好泥浆性能，卸方钻杆接钻杆水泥头(胶塞事先装入)，连接固井管线，固井管线通水试压；憋压利用水力打开式结构与管外封隔器10有一定的压差级打开分级箍，采用胶塞顶替内注外返的形式按设计进行注水泥浆作业；注完水泥浆后，释放钻杆胶塞，用水泥浆顶胶塞；替泥浆至碰压，泄压，检查回流。此时已确认水泥浆已返至环空在悬挂器4的上端形成一段余量封固3，余量封固3的内侧是固井保护短节2，固井保护短节2的上端向上延伸一段起保护作用。卸水泥头，接方钻杆，蹩压、缓慢上提钻具，待泵压下降时开泵冲洗多余水泥浆，循环过程中转动且上下活动钻具，保证循环干净；起钻，侯凝，完成整个固井工作。最后利用固井测声辐的方式进行固井检测。待检测合格后，下钻钻开盲板12进行洗井作业直至交井。