DB12/T 541-2014 中低温地热钻探技术规程

ICS73.020

D10

DB12

天津市地方标准

DB12/T541—2014

中低温地热钻探技术规程

Low-mediumgeothermaldrillingregulations

2014-11-18发布2014-12-18

天津市市场和质量监督管理委员会发布

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目次

前言.................................................................................V

引言................................................................................VI

1范围..............................................................................1

2规范性引用文件....................................................................1

3总则..............................................................................1

3.1目的、任务....................................................................1

3.2地热井钻探工作必须遵循的准则..................................................1

3.3地热井钻探工作的基本要求......................................................1

4地热井类型、结构与施工设计........................................................2

4.1地热井类型....................................................................2

4.2地热井结构....................................................................2

4.2.1地热井结构内容............................................................2

4.2.2典型地热井井身结构型式....................................................2

4.3钻井施工设计..................................................................2

4.3.1编制依据..................................................................2

4.3.2主要内容..................................................................2

4.3.3钻井施工设计编制与审批....................................................3

5设备选择与安装....................................................................3

5.1设备选择......................................................................3

5.1.1钻机选择..................................................................3

5.1.2泥浆泵选择................................................................3

5.1.3井架与钻井平台选择........................................................3

5.1.4钻井液固控系统选择........................................................3

5.1.5井口防喷器选择............................................................3

5.2场地作业要求..................................................................3

5.3设备安装......................................................................4

5.3.1井架安装..................................................................4

5.3.2钻机安装..................................................................4

5.3.3循环系统安装..............................................................4

5.3.4安全设施安装..............................................................4

5.3.5电气设备安装..............................................................4

6钻进工艺..........................................................................5

6.1钻井阶段及钻进方法............................................................5

6.1.1钻井阶段..................................................................5

6.1.2钻进方法选择..............................................................5

I

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6.2正循环钻进工艺.................................................................5

6.2.1钻具组合一般要求：.........................................................5

6.2.2牙轮钻头钻进...............................................................5

6.2.3PDC钻头钻进...............................................................5

6.3气举反循环钻进.................................................................6

6.4取心钻进.......................................................................6

6.5钻进操作要求和注意事项.........................................................6

6.5.1钻进操作基本要求...........................................................6

6.5.2牙轮钻头使用注意事项.......................................................6

6.5.3PDC钻头使用注意事项.......................................................8

6.5.4气举反循环钻进注意事项.....................................................8

6.5.5划眼作业...................................................................8

6.5.6井控.......................................................................9

6.5.7井漏.......................................................................9

6.6井身质量要求..................................................................10

6.7井身质量保证措施..............................................................10

7钻井液............................................................................10

7.1钻井液的选择..................................................................11

7.2钻井液的配制..................................................................11

7.2.1钻井液材料与处理剂........................................................11

7.2.2钻井液配制................................................................12

7.3钻井液维护与管理..............................................................12

8成井工艺..........................................................................12

8.1通常采用的地热井井身结构......................................................12

8.1.1滤水管成井井身结构........................................................12

8.1.2射孔成井井身结构..........................................................13

8.1.3基岩裂隙型地热井身结构....................................................13

8.2成井结构基本要求..............................................................13

8.3测井..........................................................................13

8.3.1一般要求..................................................................13

8.3.2测井项目..................................................................14

8.4下管..........................................................................14

8.4.1套管质量要求..............................................................14

8.4.2下管前的准备..............................................................14

8.4.3下管方法选择..............................................................14

8.4.4技术措施与要求............................................................14

8.5止水固井......................................................................15

8.5.1止水......................................................................15

8.5.2固井......................................................................15

8.6洗井..........................................................................15

9酸化增产措施......................................................................16

II

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10地热井完井产能测试..............................................................16

10.1总体要求....................................................................16

10.2水质分析....................................................................16

11定向钻进工艺....................................................................17

11.1定向井应用范围..............................................................17

11.2定向井井身轨道的确定........................................................17

11.2.1地热定向井设计原则......................................................17

11.2.2定向井的轨道类型选择....................................................17

11.3定向井施工..................................................................17

11.3.1直井段轨迹控制..........................................................17

11.3.2定向造斜井段控制........................................................18

11.3.3定向方法................................................................18

11.3.4测斜要求................................................................18

11.4定向井造斜..................................................................18

11.4.1动力钻具造斜............................................................19

11.4.2转盘钻造斜..............................................................19

11.4.3造斜施工要求............................................................19

11.4.4定向井增斜..............................................................19

11.4.5定向井稳斜..............................................................20

11.4.6定向井降斜..............................................................21

11.5定向钻井施工安全措施........................................................21

12地质录井........................................................................22

12.1岩心录井....................................................................22

12.2岩屑录井....................................................................22

12.2.1岩屑录井资料............................................................22

12.2.2岩屑捞取................................................................22

12.2.3岩屑处理................................................................23

12.2.4岩屑描述................................................................23

12.3钻时录井....................................................................23

12.4钻井液录井..................................................................23

13钻井事故的预防和处理............................................................23

13.1基本要求....................................................................23

13.1.1钻井事故预防的基本要求..................................................23

13.1.2钻井事故处理的基本要求..................................................24

13.2各类井内事故的预防和处理....................................................24

13.2.1卡钻事故................................................................24

13.2.2钻具事故................................................................27

13.2.3落物事故................................................................28

14工程质量的验收与评定............................................................29

14.1优良井......................................................................29

III

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14.2合格井.......................................................................29

14.3不合格井.....................................................................29

15安全与健康防护规定...............................................................29

15.1健康管理.....................................................................29

15.2安全管理.....................................................................30

15.2.1井场设备搬迁与安装安全要求...............................................30

15.2.2现场人员安全.............................................................30

15.2.3井场安全与防护...........................................................30

15.2.4井场用电安全规定.........................................................30

15.2.5现场操作安全规定.........................................................30

15.2.6井内事故处理安全规定.....................................................30

15.2.7其他安全防护规定.........................................................31

15.2.8安全管理.................................................................31

15.3环境保护.....................................................................31

16地热井完井报告与资料归档.........................................................31

16.1地热井完井报告...............................................................31

16.2资料归档.....................................................................31

附录A（规范性附录）地热井完井报告编写提纲..........................................33

附录B（资料性附录）钻井液处理剂...................................................36

附录C（资料性附录）三牙轮钻头型号选择..............................................37

附录D（资料性附录）地热井常用套管选择..............................................38

附录E（资料性附录）降压试验表格...................................................40

附录F（规范性附录）地热钻探班报表......................................46

附录G（资料性附录）××号井成井井管、滤水管排列表...............................47

附录H（资料性附录）钻井设备安装检查验收表..........................................48

IV

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前言

本规程按照GB/T-2009给出的规则起草。

本规程由天津市国土资源和房屋管理局提出并归口。

本规程起草单位：天津地热勘查开发设计院。

本规程主要起草人：马忠平、李振杰、杜槟、杨忠彦、徐云鹏、王坤、鲍卫和、贾志、

钱洪强、林圣明、朱挺、郭充、李会娟、牟双喜、孙宝贵

本规程于2014年11月首次发布。

V

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引言

地热资源在天津的开发利用已有几十年的历史，开采流体为中低温地热资源，主要用于建筑供暖、

居民生活热水、康乐理疗、温泉度假、农业种植、渔业养殖等领域，已经形成较大的规模。地热井钻探

作为区别于水文地质钻探和石油钻探的一项钻探技术，地位和作用日趋明显。而天津地区目前还没有系

统的地热钻探规程可依据实施，天津地热勘查开发设计院技术人员，自1975年以来通过改进水文井和

借鉴石油钻井工艺，在实践中本着科学性、经济性、实用性的原则，在国内率先以采灌结合的方式开发

地热资源，在利用中对地热资源加以保护，不断研究和发展地热钻探技术。地热井钻探以获取准确可靠

的地热地质资料，满足地质设计要求为目的。在进行钻探设计和施工中采取切实可行的最优方法与工艺，

同时要努力提高地质、施工设计的准确程度。为规范地热钻井工程，保障工程质量，天津地热勘查开发

设计院组织有关技术人员，特制定本规程，以对地热钻井工程设计、设备选择、施工作业、成井工艺、

产能测试、工程质量要求、安全、健康、环境管理要求、交井验收及资料汇交等内容进行标准化和规范

化。

VI

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中低温地热钻探技术规程

1范围

本规程规定了中低温地热地质钻探技术的总则、地热井类型、结构与施工设计、设备的选择与安装、

钻进工艺、钻井液、成井工艺、酸化增产措施、地热井完井产能测试、定向钻进工艺、地质录井、钻井

事故的预防和处理、工程质量的验收与评定、安全与健康防护规定、地热井完井报告与资料归档要求。

本规程适用于中低温地热井钻探工程，可作为地热钻探设计、施工、管理等各项工作的依据。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T11615-2010地热资源地质勘查规范

GB50194-1993建设工程施工现场供用电安全规范

GB6067.1-2010起重机械安全规程第1部分：总则

SY/T6059塔型井架拆装作业作业规程

SY/T5964-2006钻井井控装置组合配套安装调试与维护

AQ2004-2005地质勘探安全规程

DZ/T0148-1994水文地质钻探规程

DZ/T0227-2010水文水井钻探技术规程

APISpec7-1/ISO10424-1美国石油协会钻具规范

3总则

3.1目的、任务

地热井钻探是地热勘探工作中取得地下地热地质资料的主要技术方法，也是开发利用深层地热资源

的唯一技术手段。它的基本任务是查明热储层的岩性、层次、构造、厚度、埋深分布及水量、水质、水

温等地热地质条件、特征和参数，为评价和合理开发利用地热资源提供可靠的地热地质资料。

3.2地热井钻探工作必须遵循的准则

地热井钻探工作必须贯彻执行先进行可行性论证，再进行设计、施工的原则。

3.3地热井钻探工作的基本要求

3.3.1满足地热钻井设计要求。

3.3.2采用的钻井工艺技术应避免或减少对热储层的污染。

3.3.3注意施工安全和环境保护。

3.3.4要执行各项原始资料的记录与整理工作,提交的资料必须真实、准确。

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3.3.5本规程中有些条款只是一般性和原则性的规定要求，在贯彻执行时允许施工单位依据具体情况

制订实施细则或补充规定。

4地热井类型、结构与施工设计

4.1地热井类型

a)按地热井功能不同分为：勘探井、探采结合井、开采井、回灌井。

b)按热储层类型分为：孔隙型热储地热井、基岩裂隙型热储地热井。

c)按成井工艺不同分为：大口径填砾井、滤水管不填砾井、射孔井、基岩先期裸眼完井、地热定

向井等。

4.2地热井结构

4.2.1地热井结构内容

地热井结构包括钻井结构、井身结构和套管程序（按习惯可统称为井身结构和套管程序，简称井身

结构）。

钻井结构包括井径、井深。

井身结构包括井壁管、滤水管、沉淀管的直径和深度，以及基岩裸眼井段直径和深度，还包括固井、

填砾井砾料和止水位置、射孔位置。

4.2.2典型地热井井身结构型式

4.2.2.1孔隙型热储井身结构

a)滤水管井身结构

根据含水层岩性，一般可采用一开或二开井身结构。选择新近系明化镇组储层，砂岩粒径较细，为

防出砂采用一开填砾井身结构，井径一般比套管直径大150mm～200mm；选择新近系馆陶组储层，砂岩胶

结较好，可选择二开井身结构，根据砂岩的粒径，选择缠丝间距并包合适的铜网。

b)射孔井身结构

对胶结较好的含水层，可在下管固井后对取水层位进行射孔成井。一般为二开井身结构。

4.2.2.2基岩裂隙型热储井身结构

含水层上部有第四系、新近系等松散地层和水敏性基岩地层，需要几次变径下入套管柱，一般为三、

四开井，除热储层破碎或强烈风化需下管外，一般取水目的段采用裸眼成井。

4.3钻井施工设计

4.3.1编制依据

地热钻井施工设计应根据预测地层、钻井目的进行编制，并符合相关标准及规范。

4.3.2主要内容

主要内容包括：

a)地热井设计依据

1)地热井的地理位置、地热井类型。

2)钻井目的与任务。

2

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b)钻井地质设计：基本数据、地质构造条件、地层概况、热储层特征预测、钻遇地层预测、资料

采集要求、录井要求、地球物理测井、降压试验方案、完井地质资料提交。

c)钻井工程设计：钻井设备选型、劳动力计划、井身结构、钻井进度计划、钻具组合、钻头选择、

钻井液、成井工艺及保证质量的技术措施。

d)职业健康、安全与环境管理保障措施。

4.3.3钻井施工设计编制与审批

4.3.3.1由专业地质、钻探技术人员共同编制。

4.3.3.2地热井施工设计上报地热主管部门审查。

4.3.3.3在钻探施工中，如发现设计与实际情况不符时，应及时进行设计变更，报上级主管部门批准。

5设备选择与安装

5.1设备选择

5.1.1钻机选择

地热井钻机的选择，主要根据地质情况、钻进工艺方法和设计井身结构等条件，选用的原则为最大

提升载荷不能超过钻机大钩最大钩载的80%。

5.1.2泥浆泵选择

泥浆泵的型号应根据钻机的类型、钻井工艺结合井身结构选择，排量≥1200L/min。

5.1.3井架与钻井平台选择

应根据钻遇地层情况选择井架与钻井平台，钻台高度应满足安装井控装置要求。

5.1.4钻井液固控系统选择

钻井液固控系统的选择应根据钻机的类型、泥浆泵的型号和钻井工艺要求确定。

5.1.4.1振动筛选择

单筛钻井液处理量≥1200L／min。

5.1.4.2除砂器选择

工作压力，0.25MPa～0.30MPa；分离颗粒，30μm～40μm；处理能力，不小于20m3／h。

5.1.4.3离心机选择

钻井液处理量，30m3／h～50m3／h；最小分离点，2.5um～5um。

5.1.5井口防喷器选择

应根据预期井口压力及安装套管的尺寸来确定，其安全压力应大于预测井口压力的1.5倍。

5.2场地作业要求

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5.2.1场地的大小应满足钻井设备的安装要求,钻深在2000m以上时工作场地不小于100m×60m，钻深

在2000m以下时不小于70m×50m。

5.2.2场地的大小还应满足电测井、固井、酸化压裂等阶段性作业设备、设施的布置、安装基本要求。

5.2.3施工场地形状及面积应能满足各类井管、钻具、泥浆材料、辅助设备安装的占地要求。

5.2.4井场地基应平整、坚固、稳定、适用。井架底座的填方部分，不得超过塔基面积的1/4。

5.2.5井场周围应设置防洪排水措施。

5.2.6井场要确保井架在起升过程中和工作工况时，井架与场地过空的高压输电线的安全距离符合

AQ2004-2005要求。

5.2.7井架及设备基础可采用混凝土固定基础、钢木活动基础，其强度必须满足施工静载和动载安全

要求，并根据施工季节做好防冻和防浸泡措施。

5.3设备安装

5.3.1井架安装

5.3.1.1井架及附属设施的安装，应符合AQ2004-2005和SY/T6057-2012要求。

5.3.1.2井架的起落作业，应有专人指挥，各岗人员必须密切配合按指令操作。

5.3.2钻机安装

5.3.2.1应按照钻机各部分的安装顺序进行安装。

5.3.2.2钻机安装完毕，应进行试运转调试，井队自检无异常后，报请上级主管部门进行设备安装验

收，验收合格后开具开钻通知书，方可开钻。

5.3.3循环系统安装

5.3.3.1钻井液循环管线的安装，应满足钻井施工各种工况下的作业工序、流量及压力要求。

5.3.3.2循环罐、钻井液搅拌罐、喷射加料斗、振动筛的布置与安装，应以方便钻井液配制，有利于

泥浆泵吸浆及方便除泥、除砂、运砂。

5.3.3.3钻井液池的容量除应满足钻井施工中的正常循环外，还能足以容纳固井作业时，因打入前置

液、水泥浆液及顶替液而排出的井内钻井液。

5.3.3.4地热井钻进时，应采用振动筛、除砂器和除泥器“三级净化”装置，进行地热定向井施工时，

还应采用离心机做到“四级净化”。

5.3.4安全设施安装

5.3.4.1井场安全设施包括：避雷器、机械防护罩、安全护栏、三级漏电保护装置及安全标识、标牌

等。

5.3.4.2安全设施的安装确保规范、安全、有效。

5.3.4.3对井场的安全设施、设备，安全员必须对其有效性进行经常性的检查，并督促责任者及时整

改。

5.3.5电气设备安装

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5.3.5.1电气设备、控制开关、连接线路的布置及技术参数，应满足施工要求，安全可靠并有一定的

能力储备。

5.3.5.2对井场电气设备、设施，专业电工必须对其安全性、可靠性，进行经常性的检查。

6钻进工艺

6.1钻井阶段及钻进方法

6.1.1钻井阶段

地热井钻井阶段一般分为一开、二开、三开、四开，极少数五开。

6.1.2钻进方法选择

开钻前应根据地层岩性、地质条件和技术要求，确定钻进方法和选用钻具，可参照DZ/T0148-1994

钻进方法选择表综合考虑。一般选择正循环钻进，钻头可选用牙轮钻头或PDC钻头，漏层或目的热储层

可采用气举反循环钻进。如需取心钻进应按照钻井设计要求进行。

6.2正循环钻进工艺

6.2.1钻具组合一般要求：

6.2.1.1根据钻井直径和深度选择合理的钻具级配，钻具的规格、质量和技术要求应符合APISpec

7-1。

6.2.1.2钻进中常用钻具组合

常用钻具组合包括：

a)钻头直径≥444.5mm时，钻具组合为：钻头+Φ203mm钻铤+Φ159mm钻铤+Φ127mm钻杆；

b)钻头直径为311.2mm时，钻具组合为：钻头+Φ203mm钻铤+Φ159mm钻铤+Φ127mm钻杆；

c)钻头直径为241.3mm时，钻具组合为：钻头+Φ159mm钻铤+Φ127mm钻杆；

d)钻头直径为215.9mm时，钻具组合为：钻头+Φ159mm钻铤+Φ127mm钻杆；

e)钻头直径为152.4mm时，钻具组合为：钻头+Φ121mm钻铤+Φ88.9mm钻杆。

6.2.2牙轮钻头钻进

6.2.2.1钻头选择

应根据地层岩性合理选用牙轮钻头类型，钻头结构类型见附录C。基岩以上的松散泥岩和砂岩地层，

选用铣齿牙轮钻头可获得较高的机械钻速；在砂砾岩和基岩井段可选用镶齿牙轮钻头。

6.2.2.2钻进参数选择

a)钻压：按钻头直径单位长度所需压力计算：在基岩面以下硬岩层中钻进宜采用0.4kN/mm～

0.8kN/mm，在基岩面以上较软地层中钻进可采用0.1kN/mm～0.5kN/mm；

b)转速：50r/min～100r/min为宜；

c)泵量：1200L/min～2500L/min为宜，设备能力允许尽量采用大排量。

6.2.3PDC钻头钻进

6.2.3.1钻头选择

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PDC钻头适用于浅部泥岩和砂岩地层，以及深部泥页岩地层，可获得高于牙轮钻头的钻进效率，PDC

钻头不适合砂砾岩破碎、软硬变换频繁以及硬地层中使用。PDC钻头适于较高转速（可达400r/min），

可配合井底动力钻具使用。

6.2.3.2钻进参数选择

a)钻压：0.10kN/mm～0.49kN/mm(钻头直径)；

b)转速：60r/min～300r/min；

c)泵量：1200L/min～2500L/min，条件允许时，尽可能采用大排量。

6.3气举反循环钻进

岩性稳定的漏失层或热储层可采用气举反循环钻进，参照DZ/T0148-1994