在碳达峰 碳中和目标背景下，中国地热能开发利用进入了一个高质量、规模化快速发展的新时代。新时代地热能高效开发与利用研究丛书正是在这样的大背景下应时应需地出笼的。丛书由中国科学院地质与地球物理研究所庞忠和教授担任总主编，由中国科学院汪集暘院士、贾承造院士，中国工程院马永生院士、多吉院士、武强院士担任学术顾问。各分册的主编来自吉林大学、天津大学等高校和北京市工程地质研究所、北京市地质矿产勘查院、天津地热勘查开发设计院等相关院所，都是地热能开发利用领域的领军人才。丛书的编写以能源领域国家重大战略规划为指引，以地热能开发利用产业高质量发展为目标，服务从事地热能勘查、开发和利用实际工作的工程技术人员和项目管理人员。丛书基于三横四纵的知识矩阵进行布局：在横向上包括了浅层地热能、中深层地热能和深层地热能；在纵向上，从地热勘查技术，到开采技术，再到利用技术，以及项目管理。当前，国家对十四五期间地热能的发展纲领已经明确，2023年第七届世界地热大会即将在北京召开，中国地热能产业正在大步迈向新的发展阶段，其必将推动中国从地热大国走向地热强国。本丛书的出版将为我国新时代的地热能产业高质量发展以及国家能源转型、应对气候变化和建设生态文明战略目标的实现做出贡献，为中国地热献礼。1. 本书是国家出版基金、十四五时期国家重点出版物出版专项规划、上海市促进文化创意产业发展财政扶持资金项目新时代地热能高效开发与利用研究丛书的分册之一。2. 本书力图探索这些差异钻完井技术与地矿系统及油气钻完井技术相比存在显著的差异，突出地热钻完井自身特点，介绍适用于地热开发的钻完井技术，内容涵盖钻完井不同领域。3. 本书内容深入，基础理论紧密结合应用实例，体现了良好的系统性、创新性、实践性和示范性，书中论述的研究成果具有极高的理论和实际应用价值，对促进地热钻完井技术进步具有积极的作用。4. 图书装帧精美，全彩印刷，清晰展现地热钻完井工艺技术成果，颇具收藏价值。
钻完井是勘探与开采地下矿产的重要技术途径,特别是对于人工挖掘难以达到的深部地下流体资源开发来说,运用钻井技术建立地下流体向地面的产出通道是其技术手段。在地热开发方面,钻完井技术的进步、钻完井技术实现的开发效果也将是地热发展的关键环节,并在一定程度上决定了地热可开发的规模与效益。水热型地热开发钻完井技术按温度高低,可以分为中低温地热钻完井技术与高温地热钻完井技术。长期以来,地热钻完井大多数沿用地矿系统钻完井技术或油气钻完井技术,但地热开发有自身的特点,其钻完井技术与地矿系统及油气钻完井技术相比存在显著的差异。本书力图探索这些差异,突出地热钻完井的特点,介绍适用于地热开发的钻完井技术,内容涵盖钻完井不同领域,对于推进地热事业的发展,促进地热钻完井技术进步具有积极的作用。本书内容包括各种不同温度、不同类型的地热钻井技术,套管与固井技术,储层保护技术,钻完井HSE技术,设计与施工管理要求,主要复杂情况与事故预防与处理,以及应用实例等。其中,绪论由查永进、叶宏宇编写;首章为中低温地热钻完井装备与工艺,由叶宏宇、张海林编写;第2章为超高温地热钻完井技术,由查永进、宋先知、杨迎新、查斐等编写;第3章为热储层保护与增产技术,由孙文超、张彦龙、卓鲁斌等编写;第4章为增强型地热钻完井技术,由查永进、祝效华、叶宏宇、查斐等编写;5章为地热井固井技术,由孙文超、王兆会、叶宏宇、张兴国等编写;第6章为高温钻井轨迹测控,由赵彤、邹灵战、查斐、卓鲁斌等编写;第7章为设计、施工管理与HSE,由赵彤、查永进等编写;第8章为地热井主要复杂情况与事故,由查永进、叶宏宇、赵彤等编写;第9章为钻完井实例,由叶宏宇、查永进、苏园、张海林编写。查永进、叶宏宇、赵彤、张培丰、杨忠彦对全书进行了统稿与审稿,庞忠和研究员对全书进行了审定。在本书撰写过程中,中国石油集团工程技术研究院有限公司、北京泰利新能源科技发展有限公司、长城钻探工程公司提供了大量的资料,对编写工作给予了大量的支持,在此向他们表示衷心的感谢!本书编写过程中大量参考了西南石油大学、中国石油大学(北京)的学位论文,在此也向论文作者及其指导教师表示感谢!由于本书是首次编写地热方面钻完井技术的专著,而目前地热钻完井技术在我国也正处于从中低温、中深与浅层向高温、深层发展的前期,因此技术成熟度相对较低,同时限于作者的知识、能力,书中难免存在疏漏与不足之处,敬请同行与读者批评指正。查永进2022年7月于北京
绪论
第 1 章 中低温地热钻完井装备与工艺
1. 1 浅层、中低温钻井装备
1. 1. 1 常用钻机类型
1. 1.2 钻机选型
1.2 浅层中低温地热井钻井工艺
1.2. 1 地面动力驱动钻井液正循环回转钻井工艺
1.2.2 井下动力驱动钻井液正循环回转钻井工艺
1.2.3 气举反循环回转钻井工艺
1.2.4 空气潜孔锤正循环冲击回转钻井工艺
1.2.5 其他钻井工艺介绍
1.2.6 钻井工艺选择
1.3 浅层中低温地热井完井工艺
1.3. 1 完井工艺设计
1.3.2 测井
1.3.3 套管下入
1.3.4 固井与储层保护
1.4 中深层中高温地热钻完井技术
1.4. 1 钻井装备
1.4.2 钻井工艺技术
1.4.3 完井工艺设计
第 2 章 超高温地热钻完井技术
2. 1 超高温地层钻井难点
2.2 钻井工艺
2.2. 1 井身结构设计
2.2.2 循环液体设计
2.2.3 提速工艺设计
2.3 完井工艺
2.4 钻井安全控制
2.4. 1 正常钻进状态下温度控制
2.4.2 井漏情况下温度控制
2.4.3 地层出水情况下温度控制
2.4.4 泡沫与充气钻井技术
2.4.5 装备与工具要求
2.5 超高温地层破岩新技术
2.5. 1 超高温地层破岩钻头
2.5.2 提速新技术
第 3 章 热储层保护与增产技术
3. 1 热储特点与损害因素
3. 1. 1 中浅层高孔渗储层损害因素分析
3. 1.2 中深层碳酸盐岩储层损害因素分析
3. 1.3 超高温地热储层损害因素分析
3.2 储层保护技术
3.2. 1 碎屑岩储层保护技术
3.2.2 碳酸盐储层保护技术
3.2.3 超高温地热储层保护技术
第 4 章 增强型地热钻完井技术
4. 1 水平井、分支井技术
4. 1. 1 水平井技术
4. 1.2 分支井技术
4.2 增强型地热系统完井方式
4.2. 1 两井系统
4.2.2 单井系统
4.2.3 完井结构
4.3 增强型地热系统改造工艺
4.3. 1 直井压裂连通技术
4.3.2 水平井多级压裂技术
4.3.3 降温压裂技术
4.4 气体钻井提速技术
4.4. 1 气体钻井提速适应性评价技术
4.4.2 气体钻井提速工艺技术
4.4.3 贵州铜仁松桃苗王城地热井气体钻井工程实例
第 5 章 地热井固井技术
5. 1 地热井井身结构与套管
5. 1. 1 地热井井身结构
5. 1.2 高温情况下套管强度设计
5. 1.3 套管材质与扣型选择
5.2 地热井水泥技术
5.2. 1 水泥石性能
5.2.2 抗高温水泥浆
5.3 高温地热井固井工艺
5.3. 1 地热井封固要求
5.3.2 固井工艺
第 6 章 高温钻井轨迹测控
6. 1 定向井、水平井轨迹设计
6. 1. 1 平台井组设计
6. 1.2 水平井井眼方向选择
6. 1.3 超高温定向井、水平井轨迹设计要求
6.2 轨迹测量方法与仪器
6.2.1 不同热储测量参数要求
6.2.2 轨迹监测要求
6.3 定向井轨迹控制技术
6.3. 1 直井防斜技术
6.3.2 中高温时轨迹控制技术
6.3.3 超高温井段轨迹控制
6.4 地热井资料录取
6.4. 1 地热井录井
6.4.2 地热井测井
第 7 章 设计 、施工管理与 HSE
7. 1 设计要求
7. 1. 1 钻井设计要求
7. 1.2 完井设计要求
7.2 施工管理要求
7.2. 1 环境管理
7.2.2 技术管理
7.2.3 质量控制
7.3 政府监管
7.4 地热钻完井 HSE 管理特点与要求
7.4. 1 地热钻完井 HSE 管理概念
7.4.2 地热钻井作业 HSE 风险特征
7.4.3 地热钻完井安全生产
7.4.4 地热钻完井劳动保护与医疗保健
7.4.5 地热钻完井环境保护
7.5 地热钻完井 HSE 过程控制
7.5. 1 建设单位 HSE 职责
7.5.2 施工单位 HSE 职责
7.5.3 HSE 管理方法与要求
第 8 章 地热井主要复杂情况与事故
8.1 井漏的预防与处理
8. 1. 1 井漏的原因
8. 1.2 井漏的分类
8. 1.3 井漏的预防
8. 1.4 井漏的处理
8.2 阻卡预防与处理
8.2.1 遇阻
8.2.2 粘吸卡钻
8.2.3 坍塌卡钻
8.2.4 砂桥卡钻
8.2.5 缩径卡钻
8.2.6 键槽卡钻
8.2.7 泥包卡钻
8.2.8 落物卡钻
8.3 钻具事故的预防与处理
第 9 章 钻完井实例
9.1 中浅层低温地热井实例
9. 1. 1 河北沧州肃宁县金恩供热站地热供暖回灌井
9. 1.2 湖南永州舜皇山国家森林公园地热温泉井
9. 1.3 贵州梵净山旅游景区地热温泉井
9.2中深层中高温地热井实例
9.2. 1 北京凤河营地热田首眼深层地热井
9.2.2 西藏阿里朗久地热供暖项目首眼深层地热井
9.3 西藏羊易地热发电项目首眼深层高温地热井实例
9.3. 1 项目简介
9.3.2 钻井地质条件
9.3.3 钻井工艺
9.3.4 完井工艺
9.3.5 放喷试验
9.3.6 成井参数
9.3.7 经验教训总结
9.4 某超高温地热井设计
9.4. 1 基本情况
9.4.2 井身结构与井控设计
9.4.3 钻井程序
9.4.4 附录 A : 泡沫和充气水钻进
9.4.5 附录 B : 定向井井身轨迹
9.4.6 附录 C : 井的测试与环境保护
参考文献
索引
绪论
第 1 章 中低温地热钻完井装备与工艺
1. 1 浅层、中低温钻井装备
1. 1. 1 常用钻机类型
1. 1.2 钻机选型
1.2 浅层中低温地热井钻井工艺
1.2. 1 地面动力驱动钻井液正循环回转钻井工艺
1.2.2 井下动力驱动钻井液正循环回转钻井工艺
1.2.3 气举反循环回转钻井工艺
1.2.4 空气潜孔锤正循环冲击回转钻井工艺
1.2.5 其他钻井工艺介绍
1.2.6 钻井工艺选择
1.3 浅层中低温地热井完井工艺
1.3. 1 完井工艺设计
1.3.2 测井
1.3.3 套管下入
1.3.4 固井与储层保护
1.4 中深层中高温地热钻完井技术
1.4. 1 钻井装备
1.4.2 钻井工艺技术
1.4.3 完井工艺设计
第 2 章 超高温地热钻完井技术
2. 1 超高温地层钻井难点
2.2 钻井工艺
2.2. 1 井身结构设计
2.2.2 循环液体设计
2.2.3 提速工艺设计
2.3 完井工艺
2.4 钻井安全控制
2.4. 1 正常钻进状态下温度控制
2.4.2 井漏情况下温度控制
2.4.3 地层出水情况下温度控制
2.4.4 泡沫与充气钻井技术
2.4.5 装备与工具要求
2.5 超高温地层破岩新技术
2.5. 1 超高温地层破岩钻头
2.5.2 提速新技术
第 3 章 热储层保护与增产技术
3. 1 热储特点与损害因素
3. 1. 1 中浅层高孔渗储层损害因素分析
3. 1.2 中深层碳酸盐岩储层损害因素分析
3. 1.3 超高温地热储层损害因素分析
3.2 储层保护技术
3.2. 1 碎屑岩储层保护技术
3.2.2 碳酸盐储层保护技术
3.2.3 超高温地热储层保护技术
第 4 章 增强型地热钻完井技术
4. 1 水平井、分支井技术
4. 1. 1 水平井技术
4. 1.2 分支井技术
4.2 增强型地热系统完井方式
4.2. 1 两井系统
4.2.2 单井系统
4.2.3 完井结构
4.3 增强型地热系统改造工艺
4.3. 1 直井压裂连通技术
4.3.2 水平井多级压裂技术
4.3.3 降温压裂技术
4.4 气体钻井提速技术
4.4. 1 气体钻井提速适应性评价技术
4.4.2 气体钻井提速工艺技术
4.4.3 贵州铜仁松桃苗王城地热井气体钻井工程实例
第 5 章 地热井固井技术
5. 1 地热井井身结构与套管
5. 1. 1 地热井井身结构
5. 1.2 高温情况下套管强度设计
5. 1.3 套管材质与扣型选择
5.2 地热井水泥技术
5.2. 1 水泥石性能
5.2.2 抗高温水泥浆
5.3 高温地热井固井工艺
5.3. 1 地热井封固要求
5.3.2 固井工艺
第 6 章 高温钻井轨迹测控
6. 1 定向井、水平井轨迹设计
6. 1. 1 平台井组设计
6. 1.2 水平井井眼方向选择
6. 1.3 超高温定向井、水平井轨迹设计要求
6.2 轨迹测量方法与仪器
6.2.1 不同热储测量参数要求
6.2.2 轨迹监测要求
6.3 定向井轨迹控制技术
6.3. 1 直井防斜技术
6.3.2 中高温时轨迹控制技术
6.3.3 超高温井段轨迹控制
6.4 地热井资料录取
6.4. 1 地热井录井
6.4.2 地热井测井
第 7 章 设计 、施工管理与 HSE
7. 1 设计要求
7. 1. 1 钻井设计要求
7. 1.2 完井设计要求
7.2 施工管理要求
7.2. 1 环境管理
7.2.2 技术管理
7.2.3 质量控制
7.3 政府监管
7.4 地热钻完井 HSE 管理特点与要求
7.4. 1 地热钻完井 HSE 管理概念
7.4.2 地热钻井作业 HSE 风险特征
7.4.3 地热钻完井安全生产
7.4.4 地热钻完井劳动保护与医疗保健
7.4.5 地热钻完井环境保护
7.5 地热钻完井 HSE 过程控制
7.5. 1 建设单位 HSE 职责
7.5.2 施工单位 HSE 职责
7.5.3 HSE 管理方法与要求
第 8 章 地热井主要复杂情况与事故
8.1 井漏的预防与处理
8. 1. 1 井漏的原因
8. 1.2 井漏的分类
8. 1.3 井漏的预防
8. 1.4 井漏的处理
8.2 阻卡预防与处理
8.2.1 遇阻
8.2.2 粘吸卡钻
8.2.3 坍塌卡钻
8.2.4 砂桥卡钻
8.2.5 缩径卡钻
8.2.6 键槽卡钻
8.2.7 泥包卡钻
8.2.8 落物卡钻
8.3 钻具事故的预防与处理
第 9 章 钻完井实例
9.1 中浅层低温地热井实例
9. 1. 1 河北沧州肃宁县金恩供热站地热供暖回灌井
9. 1.2 湖南永州舜皇山国家森林公园地热温泉井
9. 1.3 贵州梵净山旅游景区地热温泉井
9.2中深层中高温地热井实例
9.2. 1 北京凤河营地热田首眼深层地热井
9.2.2 西藏阿里朗久地热供暖项目首眼深层地热井
9.3 西藏羊易地热发电项目首眼深层高温地热井实例
9.3. 1 项目简介
9.3.2 钻井地质条件
9.3.3 钻井工艺
9.3.4 完井工艺
9.3.5 放喷试验
9.3.6 成井参数
9.3.7 经验教训总结
9.4 某超高温地热井设计
9.4. 1 基本情况
9.4.2 井身结构与井控设计
9.4.3 钻井程序
9.4.4 附录 A : 泡沫和充气水钻进
9.4.5 附录 B : 定向井井身轨迹
9.4.6 附录 C : 井的测试与环境保护
参考文献
索引
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