抽水造砾回灌井与成井工艺
技术领域
本发明属于地下水及地热尾水回灌技术领域，具体涉及一种抽水造砾回灌井 与成井工艺。
背景技术
浅层地下水由于水质较好，而被广泛的开发利用，大规模的开发，导致了地 下水水位大幅下降，产生了地面沉降、地裂缝等地质环境问题。浅层地下水的人 工回灌是天然补给的有效补充手段，但因没有适宜的回灌井成井工艺的限制，一 般回灌3～4天需要回扬7天，才能维持回灌井的畅通。水源热泵技术是浅层地 温能最高效、最经济的利用方式，因尾水难以回灌的问题而得不到推广应用。
在浅层地下水人工回灌、水源热泵尾水回灌和中深层地热尾水回灌领域，砂 岩层及第四纪松散层回灌是世界性的难题，回灌过程中极易发生堵塞，需要进行 高频次的回扬疏通，回灌的操作难度及经济成本较高，严重的制约了地下水人工 补给、尾水回灌和地热清洁能源的推广、应用及发展。
中深层砂岩热储地热尾水回灌目前采用的成井工艺仅有两种，即大口径填跞 工艺和固井射孔工艺。此两种成井工艺皆存在弊端，其体现在：1.如图1所示， 采用固井射孔工艺成井时，在砂岩固结程度低的地区，含水层的泥砂会经过射孔 孔眼进入到井管内部，出现回灌出砂情况，极易造成井底蓄水区堵塞及塌方，影 响出水及回灌；2.如图2所示，采用大口径填跞工艺成井时，填砾难度随着成井 深度的增加而增加，易出现填砾深度不到位、出现环状间隙搭桥卡砂的现象，且 取水时不能分离泥层，增加了回灌的技术难度和成本；使用此种工艺需大量开采 河砂作为填砾砂使用，增加造井成本并且破坏环境。
发明内容
为克服现有技术不足和提高回灌效果，本发明提供了一种抽水造砾回灌井与 成井工艺，可解决回灌井出砂问题、泥砂层精准分离、避免在回灌过程中产生新 的悬浮物，增加了回灌的效率、增强了回灌的持续性及稳定性、降低了回灌的操 作难度及运行成本。
为实现上述技术目的，本发明采用以下方案：一种抽水造砾回灌井，其包括 泵室段、井壁段和滤水段；本技术方案的技术特征在于滤水段的设计；所述的滤 水段内，技术套管与地层井壁的环状间隙内为水泥固井层；在滤水段内，通过射 孔射穿技术套管和水泥固井层实现造砾空间与含水砂层的贯通；在技术套管内部 通过扶正器和悬挂器固定有滤水管组合；所述的滤水管组合的内管为贯眼石油套 管，外部为梯形绕丝管；含水砂层的砂砾在抽水作用下，经滤水管组合分选，在 造砾空间内形成造砾层。
所述的滤水管组合的顶部通过悬挂器固定，其底部通过管堵密封，并在外围 设置有底部扶正器与技术套管挤压固定。
所述的滤水管的内管为贯眼石油套管，其孔眼直径为12～18mm，孔眼密度 为25～30孔/m3，相邻孔眼交错分布。
滤水管组合外层是约翰逊式梯形丝管，其小截面朝向内侧，上下相邻的梯形 丝之间设置有间隙，所述的上下相邻的梯形丝之间的间距为含水层砂粒d60的 2/3，梯形丝管固定于石油套管外侧。
所述的滤水管组合的底端面通过管堵密封，其底端外径与水泥固井层内壁之 间设置有止水件以及底端扶正器。
所述的抽水造砾回灌井，其成型工艺为：
1.钻井作业，钻井深度小于或等于200米时，其泵室段、井壁段和滤水段三 个井段孔径不小于444.5mm；钻井深度大于200米时，其中泵室段，钻井孔 径不小于444.5mm，井壁段的钻井孔径不小于311.2mm，滤水段钻井孔径不 小于311.2mm；
2.综合测井，测井前应保持钻井液性能良好，保持井壁稳定，井底干净；提 升或下放测井时要缓慢匀速，速度小于0.25m/s； 取水段测井结果解译应包括：砂层岩性、含水层埋藏深度、含水率、砂层 孔隙度、砂层渗透率、砂层单层厚度、泥质含量等关键参数；
3.井管下放，中深层回灌井，管径不小于339.7mm；井壁段和滤水段，管径 不小于244.5mm；环隙间距控制在30～50mm之间；浅层地下水回灌井或水源热 泵回灌井，管径不小于339.7mm，环隙间距控制在100～150mm之间；井管及套 管材质应为石油套管，钢级大于J55，下管前校正孔深；全井下管时，在底部设 有30m～50m沉淀管；井管下放速度不宜过快，不稳定地层应小于0.3m/s；
4.固井，固井区域内滤水管组合外侧安装扶正器，保证滤水管组合居中设置； 固井前应循环钻井液不少于2个循环周；注水泥浆前应泵入2～3m3清水作为隔 离液；注水泥浆过程中，水泥浆密度一般控制在1.60～1.85g/cm3之间；水泥标 号不宜小于P.O 42.5；水泥候凝时间大于或等于48h；表层套管固井时，水泥浆 返至地表；技术套管固井时，水泥浆返高不低于400m，套管重叠段用水泥封固 严密；
5.射孔：射孔井段长度不小于80m，射孔枪直径100～130mm，射孔直径10～ 15mm，孔密度大于或等于15孔/平方米，孔道深度大于或等于600mm；
6.悬挂滤水管组合，在滤水段上部5～10m处设置悬挂器用于悬挂滤水管组 合
7.洗井和抽水造砾，滤水管组合安装结束后，先采用空压机或拉活塞的洗井 方式进行洗井，洗井后进行最大流量抽水，待水清砂净后结束，为保证抽水造砾 的质量，抽水不少于5天。
本发明的有益效果为：本发明通过以上设置，有效封住滤水段的泥层，避免 泥层与井内水流的接触；在滤水管组合与技术套管之间形成造砾空间,通过抽水 的水流作用，形成精准的造砾层；通过调整滤水组合的梯形丝间距，控制造砾层 的砂砾砾径；通过此种工艺，可有效解决回灌井出砂和堵塞问题、填砾不到位问 题、大量开采河道砂问题；使得泥砂层精准分离、避免在回灌过程中产生新的悬 浮物，增加了回灌的效率、增强了回灌的持续性及稳定性、降低了回灌的操作难 度及运行成本，是一种理想的抽水造砾回灌井与成井工艺。
附图说明
图1为采用固井射孔工艺成型的井结构示意图；
图2为采用大口径填跞工艺成型的井结构示意图；
图3为本发明结构成型后造砾前内部结构示意图；
图4为本发明造砾后内部结构示意图；
图5为图3中A区域结构放大示意图；
图6为测井数值对照；
附图中，1、滤水管组合，10、贯眼石油套管，11、悬挂凸台，12、贯眼， 13、底部凸台，14、管堵，15、泥沙，16、填跞区，17、泵室段，18、井壁段， 19、滤水段，2、约翰逊式梯形丝管，20、悬挂器，21、外扩锥面，3、扶正器， 31、底部扶正器，4、止水件，5、造砾空间，51、造砾层，6、技术套管，7、水 泥固井层，71、射孔，8、地层井壁，9、含水砂层，30、泥层。
具体实施方式
参看附图所示，一种抽水造砾回灌井，其结构如下描述：与现有技术相同， 其包括泵室段17、井壁段18和滤水段19；本技术方案的技术特征在于：如图3 所示，所述的滤水段19内，其在含水砂层9与泥层30互层处，在地层井壁8 与技术套管6之间设置有水泥固井层7，水泥固井层7的内层设置有技术套管6， 所述的技术套管6的内部通过扶正器3固定有滤水管组合1；所述的滤水管组合 的外径与技术套管内径之间形成造砾空间5；所述的水泥固井层7以及技术套管 6上设置有射孔71，通过射孔71射穿技术套管6和水泥固井层7实现造砾空间 5与含水砂层9的贯通；所述的含水砂层9的砂石在射孔71内流通至造砾空间5， 在造砾空间5内形成造砾层51。进一步的结构限定，所述的滤水管组合1的顶 部设置有悬挂器20，所述的滤水管组合1由内部的贯眼石油套管10以及贯眼石 油套管外部包覆的约翰逊式梯形丝管2，所述的贯眼石油套管10的顶部设置有 悬挂凸台11用于其和悬挂器20的搭接悬挂；所述的滤水管10的管壁上设置有 贯眼12，所述的贯眼的直径为15mm，孔眼密度为28孔/m3，相邻孔眼交错分布。
以上所述的约翰逊式梯形丝管2的截面为三角状或者楔形结构，其尖角朝向 内侧，上下相邻的两个过滤环结合处设置有缝隙，所述的缝隙朝向内侧逐渐增大 形成外扩锥面21，相邻两个约翰逊式梯形丝管2的间距为含水层砂粒d60的2/3， 约翰逊式梯形丝管通过焊接固定于贯眼石油套管10的外侧；
所述的滤水管组合1的底端面通过管堵14密封，其底端外径与水泥固井层 7内壁之间设置有橡胶材质的止水件4以及底端扶正器31用于实现滤水管组合1 的居中校正以及止水设置。
以上所述的抽水造砾回灌井，其成型工艺具体如下：
实施例1：
1.钻井作业，中深层回灌井或水源热泵回灌井的钻井深度为1600m，应包 含泵室段18、井壁段17和滤水段19三个井段，其中泵室段18的钻井孔径不小 于444.5mm，泵室段的长度300m。井壁段17的钻井孔径不小于311.2mm，井壁 段17的长度1100m。滤水段19钻井孔径不小于311.2mm，滤水段19的实际长度 200m。
2.综合测井，测井要求：测井前应保持钻井液性能良好，保持井壁稳定，井 底干净；提升或下放测井时要缓慢匀速，提升或下放速度小于0.25m/s；
测井项目应包括：井壁厚度、孔隙度、渗透率、含水饱和度、泥质含量、声 波时差、电阻率、温度、厚度；具体测井数值对照图6进行作业；
3.井管下放，测井完成后进行井管下放，下管规格：中深层回灌井或水源热 泵回灌井泵室段，管径为339.7mm；井壁段和滤水段，管径为244.5mm；保持合 理的孔管环隙，环隙间距一般控制在40mm；浅层地下水回灌井，管径为339.7mm， 保持合理的孔管环隙，环隙间距一般控制在120mm；井管质量：井管及套管材质 应为石油套管，钢级大于J55，下管前应校正孔深；全井下管时，在底部设有40m 沉淀管；井管下放速度不宜过快，不稳定地层应小于0.3m/s；
4.固井，井管下方之后进行固井，固井质量：固井前应做好水泥浆稠化时间 试验工作，确保施工质量和固井安全；固井段内井管应安装扶正器3，保证井管 居中；固井前应循环钻井液不少于2个循环周；注水泥浆前应泵入3立方米清水 作为隔离液；注水泥浆过程中，应随时监控水泥浆密度和泵压变化；水泥浆密度 一般控制在1.70g/立方米之间；水泥标号为P.O 42.5；水泥候凝时间大于或等 于48h；固井段：表层套管固井时，水泥浆返至地表；技术套管固井时，水泥浆 返高应不低于400m，技术套管重叠段用水泥封固严密；
5.射孔：射孔作业前应根据地层的特性配制与地层相配伍的射孔液，地层条 件较好时，可将钻井液全部替换为清水；射孔井段长度应根据地质录井及测井资 料确定，一般不小于80m，射孔枪直径127mm，射孔直径12mm，孔密度为20孔 /m3，孔道深度大于或等于600mm；
6、悬挂滤水管组合，固井射孔之后悬挂滤水管组合，在射孔滤水段上部10m 处设置悬挂器20，用于悬挂滤水管组合1；滤水管组合1内层是石油套管做为内 部滤水管，滤水管上预设孔眼，孔眼直径为15mm，孔眼密度为30孔/m3，相邻 孔眼交错分布，滤水管组合外层是约翰逊式梯形丝管；滤水管组合的底部设有40m的沉淀管，底部管口处设有管堵14；悬挂滤水管组合1时应安装扶正器，保 证滤水管组合处于射孔管的中央，在滤水段19下部5m处布设3组胶皮伞作为止 水件4进行止水；
7.洗井和抽水造砾，滤水管组合安装结束后，先采用空压机或拉活塞的洗井 方式进行洗井，随后进行最大流量抽水，待水清砂净后结束，为保证抽水造砾的 质量，连续抽水时间不少于5天；
完井试验和产能测试，抽水造砾完成后进行抽水试验，进行该井渗透性能及 出水量的试验评价工作。
