《京津冀岩溶热储资源高效开发关键技术与应用》

奖项类别：中国石油和化学工业联合会科技进步奖三等奖

技术简介：

京津冀地区雄安地热资源量达到865.62×108GJ/ 142.19 ×108 GJ（可采）折合标煤29.54×108t/4.85×108t（可采），且具有水量大、水温高、易回灌、效益好等优点，因此前期在京津冀地区进行了多轮次的开发，然而经济效益有限。此外，在开发过程中发现钻井事故多发、严重影响钻井效率，仅2017年在雄安新区就有4口井在蓟县系雾迷山组发生失返性漏失，引起4次上部地层垮塌导致的埋钻事故，造成3口井原井眼报废、填井侧钻和1口井提前完钻。究其原因，主要是：

（1）对京津冀区块基础地质认知缺乏精细研究、储层上部和内部裂缝发育及分布规律认识不清、井身结构与地质情况匹配性差；

（2）欠缺地质卡层和井漏地层轨迹监控的有效手段，极易发生井漏、循环短路，严重影响钻井和录井作业过程；

（3）对岩溶热储中深层地热供暖的关键技术缺乏研究，地面供暖系统地热站配套工艺优化设计程度有待提高，工艺流程中各环节的能效情况缺乏评估、无法为节能利用提供支撑；

（4）为提升管理的科学性和时效性，地热供暖系统的自动化程度有待提高。

因此，针对上述核心问题，本项目主要开展了如下工作：

（1）区域地质特征精细刻画研究和岩溶裂缝发育规律研究，包括：①地层层序和地层格架建立；②区域构造演化分析与精细刻画；③裂缝发育规律研究与评价识别方法研究。

（2）井身结构优化设计技术研究，包括：①钻前区域钻井地质风险分析；②井身结构适用性进行评价；③分区块套管层次、尺寸及下深优化设计。

（3）钻井提效关键技术研究，包括：①轨迹控制技术研究；②裂缝性地层取心技术研究；③套管钻井技术研究；④钻头优选及工具配套。

（4）岩溶漏失层开发关键技术研究：包括：①双壁钻杆充气钻井技术研究；②双壁钻杆反循环洗井技术研究。

（5）随钻录井关键技术研究。

（6）京津冀地区岩溶热储中深层地热供暖关键技术研究。

（7）对地面供暖系统地热站配套工艺进行了技术优化。

（8）对整个地热供暖系统进行了系统能效分析。

（9）进行了地热供暖系统的远程移动终端自动控制系统的开发工作。

中石化华东石油工程公司和常州大学、中石化新星石油公司等单位合作，通过研究与规模应用，项目形成了如下技术成果：

（1）对京津冀地区岩溶热储地热地质进行了精细刻画，绘制了京津冀地区岩溶热储地热资源分布图，并给出了适合不同高效钻井方式的中深层地热资源分布区块图，形成一套适用于高效钻井的岩溶热储精细描述技术。

（2）针对不同岩溶热储地质及裂隙分布情况，提出了基于储盖组合类型确定技术套管位置的岩溶热储井身结构设计优化方法。

（3）针对京津冀地区岩溶热储层质地坚硬、可钻性极差的燧石结核与燧石条带以及岩心的成柱性差，易发生破碎散落等严重影响取心收获率问题，研究出一套适用于京津冀岩溶热储裂缝性地层保形取心技术。

（4）针对不同岩溶热储地质，提出了地热钻井提效的关键技术，包括：特性化的牙轮钻头配合常规钻具组合施工技术、销挂式防磨多用取芯工具配合一体式抓心机构高效取心技术等。

（5）对京津冀地区岩溶热储地热井地质录井卡层方法和常规测井卡层方法进行了系统研究，利用XRF元素分析法，提出了京津冀地区地热井风化壳-工程一体化卡层方法，并进行了现场应用与推广，全面提升了风化壳卡层优良率，实现了现场施工便利化、精准化的目的。风化壳的卡取过程中，遵循“一对比、二循环、三观察、四确定”的方法确定卡准风化壳深度。

（6）进行了地热井的钻井液技术研究，提出了针对京津冀岩溶热储不同区块和不同地质情况的钻井液体系的配方方法，并进行了性能评价；同时对影响地层井壁稳定性的关键因素进行了分析，找到了泥页岩水化膨胀、钻井液水力压差、钻井液化学势差、毛细管力等因素对地层井壁稳定性影响规律。

（7）将上述技术研究成果在京津冀岩溶热储地热钻井现场试验2口井以上，实际应用24口井，平均钻井周期降低20%以上（实际降低22-24%），复杂事故率降低60%以上（实际降低92-95%），钻井成本降低20%以上，经济效益显著。

（8）对地面供暖系统地热站配套工艺进行了技术优化，形成了间接换热、采灌平衡技术、热能梯级利用技术、地热水合理调配技术、供热管网水力平衡调节与节能设计技术。

（9）对整个地热供暖系统进行了系统能效分析，建立了评价指标体系。

（10）开发了地热站远程自动控制系统、通讯网络系统和视频监控系统，实现了地热供暖系统的远程移动终端自动控制。

（11）编制了《京津冀岩溶热储区域高效钻井技术规程》、《砂岩井的钻井技术规程》，形成了岩溶热储地热钻井的规范化、程序化、常规化。

（12）针对京津冀岩溶热储地热供暖技术，编制了《地热供暖地面工程设计技术导则》和《地热井井控实施细则》，为地热供暖地面工程设计和施工提供了技术指导。

研发人员：何岩峰