干热岩勘探技术课件

1、干热岩高温钻探工艺及其关键器具,1,PPT学习交流,汇报内容,1.,2.,3.,4.,干热岩概述,干热岩高温钻探工艺,耐高温关键器具,高温钻探技术展望,2,PPT学习交流,1. 干热岩概述,1.1 干热岩定义 干热岩是一种新兴的地热能源，是指一般大于200摄氏度、深埋数千米、内部不存在流体或存在少量地下流体的高温岩体。,地壳中干热岩所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍，是一种前景广阔的绿色环保、可再生能源之一。,3,PPT学习交流,1. 干热岩概述,1.2 干热岩开发研究现状,美国，1970年首次提出利用干热岩发电，1977年完成第一口干热岩井，井深4500m，井温3

2、30。 日本，1985年开始干热岩钻探，1991年完成第一口干热岩井，井深1800m，井温250；1992年完成第二口井，井深2200m，井温250；Kakkonda（肘折地区）的干热岩探井（WD-1井），井深3729m，井温超过500。 德国和法国于1986年联合在苏尔士开展岩体热能利用项目，完成干热岩井GPK2，19871997年，井深3900m，井温165；19982008年，GPK2加深至5000m，井温200。,4,PPT学习交流,1. 干热岩概述,1.2 干热岩开发研究现状,澳大利亚，2003年完成第一口注水井，在库珀（Cooper）盆地4500m深处，探测到270高温。 肯尼亚，

3、OW-41井完井井深井深3000m，井温达320。 韩国，浦项干热岩项目，地层以凝灰岩、火山灰岩、角砾岩、花岗岩为主，岩性复杂等。 我国，2012年启动了“干热岩热能开发与综合利用关键技术研究”项目；干热岩资源调查主要在松辽盆地、东南沿海、青海共和及贵德、四川康定等地区，青海已进行了多口干热岩井施工，其中青海共和GR1井，井深3705m，井温达236。,5,PPT学习交流,1. 干热岩概述,1.3 干热岩开发过程,从地表向干热岩层打一井眼（注入井）,封闭孔眼，高压注入冷水,干热岩层形成大致呈面状的人工热储构造,注入井周边合理位置，钻几口竖直井，贯通人工热储构造，用以回收高温水、汽的生产井,形成

4、的高温蒸汽可以用于地热发电和综合利用，使用后的温水又通过注入井回到干热岩中，从而达到循环利用的目的。,6,PPT学习交流,1. 干热岩概述,1.4 关键技术难点,干热岩,高温高压钻井,仪器器具耐高与密封,井下动力钻具与长寿命钻头,耐高温钻井液,7,PPT学习交流,1.,2.,3.,4.,干热岩概述,干热岩高温钻探工艺,耐高温关键器具,高温钻探技术展望,汇报内容,8,PPT学习交流,2.干热岩高温钻探工艺,2.1 一种干热岩高温钻探新工艺,设计构想了水平井压裂热交换模式，与垂直井压裂相比，水平井进行水力压裂，可以极大的扩大压裂面积、增大热交换面积，是直井无法相比的。最明显的优势在于通过微地震监测

5、出压裂的位置和形状后，可以将出水井的水平段最大限度的在裂隙网中钻进穿行，为后期的出水量和水温提供可靠的保证。,9,PPT学习交流,2.干热岩高温钻探工艺,以3000m左右埋深的干热岩开采为例，确定了合适的钻井参数，设计了合理的井身结构，对钻井设备仪器的选用、钻头的选型、泥浆体系都做了详细设计；并制定钻井施工方案，从钻具组合、井身质量要求、钻井施工工序、垂直井和水平井段的钻井技术措施进行详细描述；还提出了施工注意事项。形成了一套完整的有指导意义操作性强的干热岩高温钻井工艺。,2.2 干热岩水平井开采井身结构,10,PPT学习交流,2.干热岩高温钻探工艺,2.3 钻井参数与钻具组合优选,11,PP

6、T学习交流,2.干热岩高温钻探工艺,2.4 干热岩研究已有工作基础,2014年2016年，中国地质调查局勘探技术研究所承担了国土资源公益性行业项目“干热岩高温关键器具及工艺研究”，完成了“干热岩钻探工艺及涡轮钻研究”，并由北京探矿工程研究所、中国地质调查局探矿工艺研究所分别协助完成“干热岩耐高温钻井液技术研究”、“干热岩地层钻孔测斜技术的研究”两个课题。所获成果在黑龙江省松科二井及青海共和干热岩GR1井进行了入井实验检验。,12,PPT学习交流,1.,2.,3.,4.,干热岩概述,干热岩高温钻探工艺,耐高温关键器具,高温钻探技术展望,汇报内容,13,PPT学习交流,3.耐高温关键器具,3.1

7、涡轮钻具,北京探矿工程研究所与中国地质调查局探矿工艺研究所分别对“耐高温钻井液”、“干热岩地层钻孔测斜技术”分别做汇报，下面主要对涡轮钻具进行介绍。,涡轮钻具是一种井底液动马达，涡轮壳体里装有多级成对的涡轮定子和转子。当钻井液沿钻具进入定子后，定子使钻井液一定的方向和速度进入转子，转子就将钻井液的具有能量转变为涡轮轴的转动机械能。,14,PPT学习交流,3.耐高温关键器具,3.2 涡轮钻具的特点,优点： 1、具有高速大扭矩的软特性，无横向振动，机械钻速高； 2、全金属的涡轮钻具耐高温，适宜于深井和高温环境下作业； 3、对油基钻井液不敏感，能适应在高密度的钻井液中工作。 弱点： 1、输出转速超过

8、了牙轮钻头的最佳额定工作转速范围（100-270r/min）； 2、压降消耗大，功率低相对较低； 3、复式涡轮钻具的装配和调整麻烦。,15,PPT学习交流,3.耐高温关键器具,3.3 涡轮钻具的研制,涡轮钻具性能的优劣直接由涡轮定、转子叶栅设计水平决定，而使用寿命的长短决定于配套支承节中轴承的使用时间。,叶片工作原理等同于飞机机翼的原理，利用液流在叶片两面产生的压差来使转子发生转动。,16,PPT学习交流,3.耐高温关键器具,3.3 涡轮钻具的研制,涡轮定、转子叶栅设计过程涉及力学、几何学、水力学等多学科，同时还需结合部分经验公式，不定因数诸多；完成叶栅设计后，还需进行10级定、转子输出性能的

9、台架测试；定、转子输出性能满足设计要求后，再进行整机组装并进行整机的台架测试，最后进行入井实钻试验。计算过程现已实现程序化。,17,PPT学习交流,3.耐高温关键器具,3.4 涡轮钻配套PDC轴承研制,自主设计并完成了新结构PDC推力轴承试制与应用，涡轮钻具使用寿命大大提升。,常规推力球轴承,失效影响寿命,PDC轴承研制,18,PPT学习交流,3.耐高温关键器具,3.5 涡轮钻具性能试验、整机试制,采用先进的3D打印技术，利用PLC、工程ABS塑料材质打印10级涡轮定、转子样品进行输出性能试验，缩短涡轮叶栅设计周期。,3D打印试制,19,PPT学习交流,3.耐高温关键器具,3.5 涡轮钻具性能

10、试验、整机试制,10级涡轮副测试,整机性能测试,整机组装入井 试验,涡轮 铸造,20,PPT学习交流,3.耐高温关键器具,3.6 涡轮钻具野外取心钻进试验,A）勘探所127涡轮取心试验,B）勘探所140涡轮取心试验,C）勘探所178涡轮取心试验,在福建漳州地热科学钻探1井28122968m井段、青海共和干热岩GR1井21562276m井段，黑龙江省安达松科2井52087100m井段，进行取心钻进试验，验证了涡轮钻具耐241高温，可实现快速钻进。,21,PPT学习交流,3.耐高温关键器具,3.7 已完成的系列涡轮钻具,22,PPT学习交流,3.耐高温关键器具,3.8 井下动力钻具整机试验台,台架

11、功能 涡轮钻10级涡轮副性能测试 涡轮钻整机性能测试 螺杆钻马达副测试螺杆钻整机性能测试 轴向加载功能,23,PPT学习交流,3.耐高温关键器具,3.8 井下动力钻具整机试验台,台架性能参数 最大加载扭矩：20000 Nm 转速测试范围：02500转/分 入口压力测试范围：010 MPa 出口压力测试范围：01 MPa 循环流量测试范围：525l/s 测试钻具规格： 60168 mm,24,PPT学习交流,3.耐高温关键器具,3.9 耐高温PDC钻头的研制,PDC钻头优点： 适应在在高温环境下钻进； 与涡轮钻或螺杆钻具配合进行复合钻井； 用于井斜和方位控制； 有较高的抗冲蚀以及抗冲击能力； 没有活动件，可以减少井下事故的发生。,25,PPT学习交流,1.,2.,3.,4.,干热岩概述,干热岩高温钻探工艺,耐高温关键器具,高温钻探技术展望,汇报内容,26,PPT学习交流,4.高温钻探技术展望,目前高温深钻的主要困难是材料问题，含橡胶件的液力马达、泥浆在高温条件下表现不佳容易延误工期，同时随钻测量等设备的电子元器件耐温性有待进一步提高。 全新的