羊易zk212地热井清水钻井技术及其对岩石破碎的影响研究

【摘要】：地热作为一种宝贵的能源矿产资源，也是来自地球自身的可再生清洁新能源，其开发利用越来越受到重视。对于高温地热资源的开发，钻井技术是关键。合理的选择钻井技术有助于提高机械钻速，降低钻井成本。 本文依托西藏羊易深部地热生产井钻井项目，介绍了羊易zk212井的钻井工艺情况并对其采用的清水钻井技术进行了研究。 首先，针对影响机械钻速的压差因素，分析了钻井过程中的井底压力平衡问题，包括地层压力和环空压力的分析，结果显示：地层压力当量密度随井深的增加而逐渐增大，变化范围为0.74~0.87g/cm3，变化幅度不大；二开井段和三开井段的环空压力当量密度略大于1.0g/cm3，随井深的变化幅度不大。其次，进行了现场漏失试验，分析了钻井液温度对漏失量的影响情况，并将漏失量和压差的对应关系进行了分析。再次，对钻井过程中岩屑的清离问题进行了讨论，认为：在zk212井的钻井过程中，钻头水力因素没有起到清洗井底岩屑的作用；钻进二开井段时的环空返速为0.42m/s，三开时则为0.81m/s，三开井段的清岩效果要好于二开井段。最后，对zk212井的机械钻速进行了分析，总结了机械钻速随井深的变化规律，并对其变化原因进行了分析。 高温岩石遇到温度较低的钻井液时发生了新的热破裂现象是影响机械钻速的另一个重要原因。高温地热井地层温度较高，在钻井过程中，由于钻井液的使用，在钻井液与井底高温岩石接触的瞬间，会使井底高温岩石产生温度应力，岩石的强度和变形会随之发生变化。 不同温度状态下的岩石受清水冷却后会表现出不同的性质，因此研究高温岩石经清水冷却后的物理力学性质具有重要的理论和工程意义。本文以花岗岩为研究对象，先将加工好的花岗岩样品进行不同温度的处理，再将岩样放入水中快速冷却，最后对处理过的岩样分别进行纵波波速测量、单轴压缩试验，将高温花岗岩经清水快速冷却后的物理力学性质进行对比研究。根据羊易热田地层温度情况，如果设定岩石经历的高温为200℃，结果显示：200℃的高温花岗岩遇到清水冷却后的纵波波速下降了25%左右，弹性模量下降了20%左右，单轴抗压强度则略有增加。 【关键词】：清水钻井技术 压力平衡 携岩 温度应力 机械钻速
【学位授予单位】：中国地质大学（北京）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P314;P634
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-17
• 1.1 研究目的及意义10
• 1.2 研究内容10-11
• 1.3 国内外研究现状11-14
• 1.3.1 井底压差对钻速影响的研究现状11-12
• 1.3.2 水力因素对钻速影响的研究现状12-13
• 1.3.3 温度对岩石破碎影响的研究现状13-14
• 1.4 研究方法与技术路线14-15
• 1.4.1 研究方法14-15
• 1.4.2 技术路线15
• 1.5 完成的工作15-17
• 第2章 清水钻井技术及其温度对钻速的影响17-25
• 2.1 机械钻速方程17-18
• 2.2 清水钻井技术对钻速的影响18-22
• 2.2.1 井底压差对钻速的影响18-20
• 2.2.2 水力因素对钻速的影响20-22
• 2.3 钻井液温度对钻速的影响22-24
• 2.3.1 高温地热钻井液22-23
• 2.3.2 钻井液温度影响井底岩石性质23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 羊易 zk212 井清水钻井技术25-51
• 3.1 羊易 zk212 地热井概况25-34
• 3.1.1 区域地质条件25-30
• 3.1.2 钻井工艺技术30-34
• 3.2 清水钻井技术分析34-49
• 3.2.1 压力平衡分析35-43
• 3.2.2 比水功率和环空返速43-47
• 3.2.3 机械钻速分析47-49
• 3.3 本章小结49-51
• 第4章 清水对花岗岩性质影响试验51-70
• 4.1 岩样的制备51-55
• 4.1.1 岩样制备要求51
• 4.1.2 岩样制备51-53
• 4.1.3 岩样后期处理53-55
• 4.2 纵波波速测试实验55-63
• 4.2.1 试验设备及参数55-57
• 4.2.2 试验过程57-59
• 4.2.3 试验结果分析59-63
• 4.3 单轴压缩试验63-68
• 4.3.1 试验设备及理论基础63-64
• 4.3.2 试验过程64-65
• 4.3.3 试验结果分析65-68
• 4.4 本章小结68-70
• 第5章 结论与展望70-72
• 5.1 结论70-71
• 5.2 展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 附录77

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