一种适用于弱固结砂岩热储的井下过滤腔室的建造方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于弱固结砂岩热储的井下过滤腔室的建造方法，钻进含水层上覆地层；进行第一次扩腔；注入固井材料；水泥桩形成；进行第二次钻井；进行第二次扩腔；下入下层套管；注入滤料；井井底腔室底部以下地层钻进。可以在相对弱固结砂岩热储层内建造一个井下的地热水过滤腔室，过滤效果较好，确保地下采出水的含砂量、含悬浮物的数量大大降低，从而改善后期的地热尾水回灌效率。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于弱固结砂岩热储的井下过滤腔室的建造方法
本专利技术属于地热开采井井下工具
，具体涉及一种适用于弱固结砂岩热储的井下过滤腔室的建造方法，适用于对高含砂粒、细颗粒悬浮物的采出热水在开采井井下进行过滤并沉淀于过滤-沉淀腔室中集中进行处理。
技术介绍
随着我国地热供暖产业的蓬勃发展，传统高回灌率的岩溶型碳酸盐岩热储已不足以满足日益增长的地热开采需求。因此砂岩型热储，特别是浅埋藏的弱固结砂岩型热储近年来也逐渐的被重视起来。然而，弱固结砂岩热储在其开采过程中涌砂现象明显，有时会导致地面过滤器失效。由于地热尾水中携带大量的微小悬浮物或砂粒，使得后期的地热尾水在回灌过程中导致回灌井及周围热储发生堵塞，回灌率普遍偏低，长期会造成热储的压力衰竭而使得产能急剧下降，不利于该类型热储中地热能的可持续经济性开发。对于高温地热田的地热水，除具有较高的矿化度外，还常含腐蚀性气体如H2S、CO2等，这种类型的地热水沿地热开采井的井筒向上运移会造成对管柱的腐蚀，严重时会导致管柱脱落，从而需要进行定期停产来修井。此外，地热流体从井底到井口迁移过程中，由于温度和压力的下降也会导致某些杂质沿井壁发生沉淀或结垢，而需要进行定期的停产除垢，这些在很大程度上都影响了地热能的经济开发效益。而传统的地面过滤和简单的地下过滤(如底部填砾、筛管过滤等)效果不佳。因此针对以上问题，提出在未固结砂岩热储层开采段上覆地层中建造一个大尺径的腔室，让腔室内充填具有过滤和吸附特性的填料，经井底填砾层以及筛管的简单过滤外，采出的地热水流入过滤腔室中继续过滤掉细小的砂粒、悬浮物等杂质后，热流体流回开采井井筒，继而被采出到地表，这样不仅能有效的过滤掉采出热水中所含的细砂粒及大量微小悬浮物，还能从根本上解决开采井井筒的腐蚀和回灌热储的堵塞等问题。
技术实现思路
针对弱固结砂岩热储中采出水含砂量高，采出水矿化度高，采出井井筒腐蚀和结垢等问题，本专利技术的目的在于提供一种适用于弱固结砂岩热储的井下过滤腔室的建造方法，能够实现对地热水进行井下过滤和吸附沉淀，从而可大大延长地热开采井的使用寿命。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：一种适用于弱固结砂岩热储的井下过滤腔室的建造方法，包括以下步骤：步骤1、自地面开始钻进，钻进含水层上覆地层形成钻孔，并在钻孔内部下入表层套管；步骤2、在钻孔内下入喷射扩腔钻头，向喷射扩张钻头内部泵送泥浆，泥浆通过喷射扩腔钻头翼板上的喷射孔喷出，喷射周围的岩土层，配合布置在翼板上的切削齿进行辅助切削，在钻孔的下部扩腔形成了腔室；步骤3、将喷射扩腔钻头从表层套管中提出地表，向步骤2形成的腔室内放入扩张旋喷钻头，并向腔室内高压泵入水泥浆，高压水泥浆破坏腔室内壁周围岩土层并与之充分混合，形成稳固的水泥砂浆腔室的内壁；步骤4、利用水泥浆填满步骤3获得的水泥砂浆腔室，并将扩张旋喷钻头提出地表，待水泥砂浆腔室内的水泥充分凝固后在水泥砂浆腔室内形成水泥砂浆初桩；步骤5、下入硬岩钻头对水泥砂浆初桩进行钻孔，钻至距离水泥砂浆腔室底部一定距离后停止钻进，形成初桩钻孔；步骤6、在初桩钻孔内下入硬岩扩腔钻头，自上而下对初桩钻孔进行扩腔形成直井井底腔室，直井井底腔室的直径小于水泥砂浆初桩的直径；步骤7、向直井井底腔室内下入下层套管，下层套管顶端与表层套管的底端连接，下层套管的上部侧壁设置有滤料填充口。下层套管的下部侧壁设置有流体注入口，流体注入口与单向阀连接，单向阀自下层套管外向下层套管内导通；步骤8、通过下层套管侧壁上部的滤料填充口向下层套管与直井井底腔室之间的空间注入滤料；步骤9、自表层套管和下层套管内下入钻具对直井井底腔室底部进行钻孔，直至钻到含水层的地层深度。如上所述的步骤6中直井井底腔室的直径小于步骤3的水泥砂浆腔室的直径。如上所述的下层套管底部和直井井底腔室之间预留有空间。如上所述的滤料在下层套管与直井井底腔室之间的空间自下至上分层设置，自下至上各层滤料的孔隙依次减小。如上所述的步骤6中扩腔形成直井井底腔室后，通过声纳探测仪检测直井井底腔室的直径和高度，直至直井井底腔室的直径和高度满足设定要求。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：1、本专利技术将高压喷射灌浆技术和扩孔灌注桩技术联合使用，实现构建地下大尺寸腔室的方法，在多级简单过滤弱固结砂岩型热储中的细小砂粒和悬浮物杂质后，实现强有力的腔室内填料吸附过滤能力；2、实现了在弱固结和强度较低的砂岩地层中建造井下过滤腔室的方法；3、提高了过滤的精度，可有效延长地热开采井的寿命和回灌的尾水质量，从而有效提高地热尾水的回灌效率。附图说明图1为步骤1的状态示意图；图2为步骤2的状态示意图；图3为步骤3的状态示意图；图4为步骤4的状态示意图；图5为步骤5的状态示意图；图6为步骤6的状态示意图；图7为步骤7的状态示意图；图8为步骤8的状态示意图；图9为步骤9的桩体示意图；图10为下层套管的结构示意图；图11为单向阀的结构示意图。图中，1-钻杆；2-钻头；3-表层套管；4-泥岩；5-砂岩；6-含水层；7-腔室；8-喷射扩张钻头；9-扩张旋喷钻头；10-泥浆；11-下层套管；12-滤料填充口；13-单向阀；1301-阀芯；1302-流体入口；1303-螺栓；1304-阀体过滤网；1305-单向阀弹簧；1306-阀缸筒；1307-流体通道；14-排水阀门；15-滤料。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种适用于弱固结砂岩热储的井下过滤腔室的建造方法，用于实现多级过滤地热水中的砂粒和微小悬浮物，按如下步骤进行：步骤1、钻进含水层上覆地层：下入钻具(包括钻杆1和钻杆1底端的钻头2)，自地面开始钻进，钻进含水层上覆地层形成钻孔，并在钻孔内部下入表层套管。步骤2、在含水层上覆地层中进行第一次扩腔：在钻孔内下入大尺寸的喷射扩腔钻头，向喷射扩张钻头内部泵送较粘稠的泥浆，泥浆通过喷射扩腔钻头翼板上的喷射孔喷出，喷射周围的岩土层，配合布置在翼板上的切削齿进行辅助切削，泥浆携带岩屑残渣沿井筒排出到地表，从而在含水层上覆地层中将钻孔的下部扩腔形成了大尺径的腔室。步骤3、向步骤2形成的腔室中注入固井材料：第一次扩腔完成后，将喷射扩腔钻头从表层套管中提出地表，向步骤2形成的腔室内放入扩张旋喷钻头，并向腔室内高压泵入水泥浆，高压水泥浆破坏腔室内壁周围岩土层并与之充分混合，形成稳固的水泥砂浆腔室的内壁，其强度大于邻近的地层强度，既起到支撑的作用，还可以起到封闭作用。步骤3中经扩张旋喷钻头扩张后的直径小于第一次扩腔所用的喷射扩腔钻头的直径，保证其下入到腔室内能够完全张开。步骤4、水泥桩的形成：利用水泥浆填满步骤3获得的水泥砂浆腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于弱固结砂岩热储的井下过滤腔室的建造方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、自地面开始钻进，钻进含水层上覆地层形成钻孔，并在钻孔内部下入表层套管；/n步骤2、在钻孔内下入喷射扩腔钻头，向喷射扩张钻头内部泵送泥浆，泥浆通过喷射扩腔钻头翼板上的喷射孔喷出，喷射周围的岩土层，配合布置在翼板上的切削齿进行辅助切削，在钻孔的下部扩腔形成了腔室；/n步骤3、将喷射扩腔钻头从表层套管中提出地表，向步骤2形成的腔室内放入扩张旋喷钻头，并向腔室内高压泵入水泥浆，高压水泥浆破坏腔室内壁周围岩土层并与之充分混合，形成稳固的水泥砂浆腔室的内壁，/n步骤4、利用水泥浆填满步骤3获得的水泥砂浆腔室，并将扩张旋喷钻头提出地表，待水泥砂浆腔室内的水泥充分凝固后在水泥砂浆腔室内形成水泥砂浆初桩；/n步骤5、下入硬岩钻头对水泥砂浆初桩进行钻孔，钻至距离水泥砂浆腔室底部一定距离后停止钻进，形成初桩钻孔，/n步骤6、在初桩钻孔内下入硬岩扩腔钻头，自上而下对初桩钻孔进行扩腔形成直井井底腔室，直井井底腔室的直径小于水泥砂浆初桩的直径；/n步骤7、向直井井底腔室内下入下层套管，下层套管顶端与表层套管的底端连接，下层套管的上部侧壁设置有滤料填充口；下层套管的下部侧壁设置有流体注入口，流体注入口与单向阀连接，单向阀自下层套管外向下层套管内导通；/n步骤8、通过下层套管侧壁上部的滤料填充口向下层套管与直井井底腔室之间的空间注入滤料，/n步骤9、自表层套管和下层套管内下入钻具对直井井底腔室底部进行钻孔，直至钻到含水层的地层深度。/n...

【技术特征摘要】
1.一种适用于弱固结砂岩热储的井下过滤腔室的建造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、自地面开始钻进，钻进含水层上覆地层形成钻孔，并在钻孔内部下入表层套管；
步骤2、在钻孔内下入喷射扩腔钻头，向喷射扩张钻头内部泵送泥浆，泥浆通过喷射扩腔钻头翼板上的喷射孔喷出，喷射周围的岩土层，配合布置在翼板上的切削齿进行辅助切削，在钻孔的下部扩腔形成了腔室；
步骤3、将喷射扩腔钻头从表层套管中提出地表，向步骤2形成的腔室内放入扩张旋喷钻头，并向腔室内高压泵入水泥浆，高压水泥浆破坏腔室内壁周围岩土层并与之充分混合，形成稳固的水泥砂浆腔室的内壁，
步骤4、利用水泥浆填满步骤3获得的水泥砂浆腔室，并将扩张旋喷钻头提出地表，待水泥砂浆腔室内的水泥充分凝固后在水泥砂浆腔室内形成水泥砂浆初桩；
步骤5、下入硬岩钻头对水泥砂浆初桩进行钻孔，钻至距离水泥砂浆腔室底部一定距离后停止钻进，形成初桩钻孔，
步骤6、在初桩钻孔内下入硬岩扩腔钻头，自上而下对初桩钻孔进行扩腔形成直井井底腔室，直井井底腔室的直径小于水泥砂浆初桩的直径；
步骤7、向直井井底腔室内下入下层套管，下层套管顶端与表层套管的底端连接，下层套管的上部侧壁设置有滤料填充口...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贺娟，王红伟，耿志，窦斌，雷宏武，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42