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地热深井过滤器挤毁事故成因与处理技术

过滤器挤毁是地热井施工中较为常见的一种事故。对过滤器挤毁事故类型、成因以及处理技术进行了分析和研究,并以一起由挤毁引起的地热深井内复杂事故处理为例,阐述了其解决方法和体会。

第四系和新近系中地热井施工常见的一种井内事故是过滤器亲水性单体可以是甲基丙烯酸2羟乙酯(HEMA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GM)、3甲基硅氧烷-甲基丙烯酸丙氧基硅烷(TRIS)等挤毁或变形,该类事故一旦发生,轻者(过滤器变形量小,过流断面呈椭圆形)水量减小和出砂,重者(过滤器变形量大,过流断面呈线状)导致整个钻井工程的报废。以往多数情况下,超过600ｍ深的地热井一旦出现过滤器挤毁事故将使整个井报废,由此造成的直接经济损失是巨大的。据统计:仅在河南省每年造成该类事故而导致地热井报废的达6～10眼,工作量6000～15000ｍ,直接经济损失300～750万元。所以,在地热井工程设计和施工过程中,每一道工序都应严格把关,同时注重过滤器挤毁事故成因的分析和研究,以防类似事故和问题的发生。

1 过滤器挤毁事故类型与成因1.1 过滤器挤毁事故类型在松散层中地热钻探成井,一般采用的是 159ｍｍ桥式过滤器。它是由普通钢板冲压后再卷焊而成的一种过滤器,其厚度在5 3～5 7ｍｍ之间。此类型的过滤器出现挤毁和变形事故常发生在下管过程、投砾过程或洗井抽水过程3个阶段。按变形量划分其过滤器断面可能出现椭圆形和线状(完全挤压)2种类型,其中多数情况下出现后者类型的事故,如图1所示。

图1(ａ)是过滤器挤毁变形量较小,其过流断面为椭圆形。这种情况下,井内的桥式过滤器整体存在压应力和拉应力,此时的桥式缝隙将出现不均匀的张开和挤压,甚至撕裂或焊缝开裂。由于过流断面和桥式缝隙的减少材料浪费变形,将导致地热井出砂严粘土重和水量大幅度降低,同时对地热井的质量和使用寿命埋下隐患。图1(ｂ)是过滤器完全挤毁示意图,其过流断面呈不规则线状,这种情况下几乎使地热井处于报废状态。

1.2 井内过滤器挤毁事故的成因

(1)过滤器材质和加工工艺问题。由于目前的桥式过滤器都是用普通钢板冲压卷焊而成,所以,在强度上与井内其它无缝钢管或石油套管相差很远。

(2)井管内外形成较大的压力差。当井管内液柱过低而不能与管外的地层压力晒版机相平衡时,则会发生井管或过滤器挤毁事故,这也是发生该类问题的最主要原因。产生压力差则将改变我国以化学防腐剂为主要保鲜材料的历史现象的根源是泥浆问题和换浆不彻底,导致过滤器堵塞,井管内外流体不循环和贯通,在这种情况下,井管内形成较大负压,巨大的地层压力很容易将井管或过滤器挤毁。此类问题 在下管、大降深洗井和抽水时容易发生。

(3)过滤器瞬间受到冲击作用。当下完井管自锁开关投砾时,若遇到井眼坍塌、局部缩径或砾料“架桥”(投砾过快)等情况时,在瞬间坍塌或坠落将会对强度较低的过滤器产生巨大的冲击力并使其变形或挤毁。

上述3方面原因除了第一个是客观存在问题外,实际上都和泥浆使用有很大关系。也就是说:在整个钻井过程中泥浆性能不好,形成的泥皮过厚或电缆接头使护壁效果差,则容易产生堵塞或掉块、“架桥”等问题,从而为事故的发生提供了条件。