摘要
为探查容城地热田地热资源，中国地质调查局在雄安新区部署了地热勘探井D15井。D15井设计井深3000 m，完钻井深3111.58 m。钻探目的是为揭露容城凸起北部斜坡带地层发育情况，服务于新区地热开发规划。本文介绍了D15井的井区及地质状况、钻探施工情况；总结了取得的钻探成果，包括完成的钻探施工任务和施工质量；提炼出水热型地热井钻井液技术，优选取心工具，以及获取了岩心等实物资料；实施射孔作业完成了目的层抽水试验，获取的地层水温、水量等参数，为雄安新区地热资源调查评价提供了资料。
D15井是中国地质调查局“京津冀地热资源调查评价与综合开发示范工程”2019年在雄安新区的一口地热地质勘探井，由中国地质科学院水文地质环境地质研究所进行工程部署，中国地质调查局勘探技术研究所承担实施。该井钻探目的为揭露容城凸起北部斜坡带地层发育情况，服务于新区地热开发规划，为晾马台特色小镇地热资源开发提供参数，设计井深为3000 m，目的层为蓟县系地
根据二级项目部署，在容城县晾马台镇南侧实施地热勘探，勘探井地理位置如
图1 D15井钻井位置
Fig.1 Drilling position of D15
D15井钻遇雾迷山组、高于庄组裂隙岩溶热储。雾迷山组裂隙岩溶热储岩性主要为白云岩含有泥质成分，上部风化程度较高，裂隙（水层）总厚度22.4 m，占地层总厚度的10%（裂隙率）。高于庄组裂隙岩溶热储岩性主要为白云岩、含燧石条带白云岩，裂隙（水层）总厚度19.6 m，占地层总厚度的9.18%（裂隙率）。
一开采用Ø444.5 mm钻头钻至井深1030.3 m，下Ø339.7 mm套管，下入深度0~1026.11 m。封隔表层松软、易垮塌地层，作为泵室段满足下入水泵、保护地表水及井控装置安装的要求。
二开采用Ø311.1 mm钻头钻至井深2301.68 m，下Ø244.5 mm套管，下入深度972.17~2301.98 m。
三开采用Ø215.9 mm钻头钻至井深2777.72 m，下Ø177.8 mm套管，下入深度2250.82~2777.72 m。
四开采用Ø152.4 mm钻头钻至井深3111.58 m，下Ø127 mm套管、筛管组合，下入深度2773.55~3111.30
根据钻遇地层情况、设计孔深等条件，选择ZJ30/1700B型石油钻机，主要配置见
一开采用Ø311.1 mm开钻，使用牙轮、PDC钻头钻至1030.10 m，穿过新近系明化镇组。测井数据表明，300 m内最大井斜为0.94°，一开井段最大井斜1.15°，平均井径319.9 mm，平均井径扩大率2.84%，最大“狗腿”度0.36°/25 m，符合设计要求。然后采用Ø444.5 mm牙轮钻头扩孔至1030.30 m。
一开钻进主要钻遇上部第四系土层和下部明化镇组砂岩、泥岩，钻进时控制钻压、转速，大泵量喷射钻进。钻进时控制钻进速度，确保一开井眼垂直度。加接单根时泥浆泵充分循环携砂，根据井深和钻速情况不断调整泵量，同时调整钻井液性能，满足护壁、防塌及堵漏要求，保证起下钻具通畅。一开钻进完成后，提钻前充分循环泥浆，保护孔壁。
一开采用聚合物钻井液体系，配方为：清水+5%膨润土＋0.4%HV-CMC＋1%NH4-HPAN＋0.5%KPAM＋2%复合沥青＋火碱+纯碱，调整泥浆密度在1.01~1.15 g/c
二开采用Ø311.1 mm开钻，使用牙轮、PDC钻头钻至2301.68 m二开中完。 本开次上部地层为古近系沙河街组泥岩、砂岩，地层较松散，遇水易膨胀、缩径，钻井液性能以护壁和降失水为主，同时控制好粘度和密度。
二开采用硅基防塌钻井液体系，配方为：基浆＋0.1%~0.2%大钾＋3%硅稳定剂+2%复合沥青＋1%液体降粘剂+1%LV-PAC+火碱，调整泥浆密度在1.15~1.29 g/c
测井数据表明，该井段最大井斜为2.65°，平均井径为323.92 mm，平均井径扩大率为4.1%，最大“狗腿”度0.57°/25 m，符合设计要求。
三开采用Ø215.9 mm开钻，钻至2777.72 m三开中完。本开次钻遇地层复杂，主要为古近系沙河街组泥岩、砂岩，孔店组泥岩、砂岩，蓟县系雾迷山组白云岩。
三开采用硅基钻井液体系，配方与二开相同，调整泥浆密度在1.15~1.23 g/c
测井数据表明，该井段最大井斜4.75°，平均井径为209.13 mm，平均井径扩大率为-3.13%，最大“狗腿”度1.55°/25 m，符合设计要求。
四开Ø152.4 mm牙轮钻头开钻，钻至3111.58 m完钻。本开次钻遇地层主要为蓟县系雾迷山组白云岩，杨庄组泥岩、砂岩，高于庄组白云岩。
四开采用低固相防漏钻井液体系，配方为：原浆+20%清水+3%随钻堵漏剂，调整泥浆密度在1.15~1.23 g/c
测井数据表明，该井段最大井斜为4.34°，平均井径为148.00 mm，平均井径扩大率为-2.88%，最大“狗腿”度2.67°/25 m，符合设计要求。
D15井于2019年6月25日开始井场建设、设备同步进场，2019年7月26日开钻，于2019年12月25日钻至3111.58 m完钻，钻井周期152 d。2020年5月20日筑好井口，2019年野外工作全部完成，野外工作周期为330 d。其中钻前工程31 d，钻井时间131 d，测井时间5 d，下套管（含通井）、候凝36 d，抽水试验（含试抽水、抽水前洗井等工作）27 d，射孔2 d，钻后工程27 d，春节及疫情停工82 d，时间统计如
图2 D15井工作时间统计
Fig. 2 Working time composition of D15
D15井在钻探施工过程中，完成了一开、二开、三开、四开的钻井、测井、录井、固井、下套管等任务，完钻井深3111.58 m，完成率103.72%。根据物探测井数据，全孔最大井斜处为2750 m，井斜4.75°，总方位200.55°；井底3110 m处，井斜为2.56°，总方位204.08°（见
图3 D15井井斜、方位数据曲线
Fig.3 Inclination and azimuth data curve of D15
覆盖层包括第四系、明化镇组、沙河街组、孔店组，覆盖层厚2623 m，对钻井液技术要求较高。
一开第四系、明化镇组地层，井眼直径大，泥浆排量小（单泵）、上返速度低，加之上部井段泥岩分散造浆严重，在优选聚合物泥浆体系的同时要确保体系中足够的大分子含量，使泥浆有足够的包被抑制能力。尽可能降低有害固相含量，防止钻头泥包。适当控制钻速，打完单根上下大幅度活动钻具划眼，便于携砂，保持井眼清洁。钻完一开进尺，尽量采用大排量循环洗井。
二开沙河街组地层，钻进前在套管内循环泥浆，加入大分子、沥青、PAC-LV、硅稳定剂等材料，改型为硅基防塌钻井液，控制失水，调整pH值、用重晶石提高密度。钻进期间加入润滑剂等控制摩阻，加入沥青类、大分子、细目碳酸钙等改善泥饼质量，加入乳化沥青提高钻井液防塌、润滑性能。同时加强泥浆流型的调整，加大排量，便于携砂，保证井眼清洁。
三开沙河街组、孔店组地层延续使用硅基防塌钻井液体系。各开次中完提钻前，配制封闭浆，封闭裸眼井段，防止电测和下套管遇阻、遇卡。
D15井全井段根据设计要求及实际钻遇地层情况共计取心11回次，取心进尺49.44 m，岩心长度43.56 m，岩心采取率88.11%。取心情况统计见
按照地质设计要求，需要对雾迷山组及高于庄组分别进行抽水试验，同时为保证孔壁的稳定性，采用先套管成井、后射孔进行抽水试验的方法，射开三开套管，为雾迷山组热储层开出流体通
根据D15井三开测井解释成果图内裂隙发育情况，确定射孔层位，射孔段共计50 m，如
图4 组装完成的射孔弹
Fig.4 Assembled perforating bullets
射孔作业完成后取出射孔枪，进行磁定位测井。射孔枪枪眼完整（见
图5 射孔后的射孔枪
Fig.5 Perforating gun after use
（1）洗井。针对2700~3100 m井段，钻杆下深3103 m，注入1%焦磷酸钠12
（2）高于庄组抽水试验总计历时100.5 h，其中抽水时间76.5 h，恢复水位时间24 h。抽水试验分2个落程，持续时间分别为48、28.5 h。抽水试验获得热水头为107.98 m，动水位埋深为253.50 m，水位降深145.52 m，涌水量30.54 m³/h，单位涌水量0.210 m³/（h·m），井口水温66.5 ℃，试验所得数据见
（3）根据单孔抽水试验所得参数，参照有关经验值，渗透系数K=0.417 m/d，影响半径R=916.89 m，导水系数T=8.1732 m²/d。
（1）针对射孔段2600~2800 m进行空压机洗井，空压机额定排量为12.5
（2）雾迷山组、高于庄组混合抽水试验总计历时104 h，其中抽水时间82 h，恢复水位时间22 h。抽水试验分3个落程，持续时间分别为48、24、10 h。抽水试验获得热水头为108.18 m，动水位埋深为254.76 m，水位降深146.58 m，涌水量34.12 m³/h，单位涌水量0.233 m³/（h·m），井口水温66 ℃，试验所得数据见
（3）根据单孔抽水试验所得参数，参照有关经验值，渗透系数K=0.284 m/d，影响半径R=715.09 m，导水系数T=9.8264 m²/d。
在雄安新区完成了地热勘探井D15井钻完井施工任务，优化钻探技术为后期地热井勘探开发优选了技术方法，减少工程风险，降低施工成本。获取了岩心、岩屑实物资料，划分了地层厚度、岩性变化特性、孔隙发育情况，基本查明了井区地质结构，为查明容城地热田重点构造位置提供了数据资料。采用射孔技术实现了目的层抽水试验，获取了温度、水量等参数，为雄安新区地热资源调查提供数据支撑。
参考文献（References）
王贵玲，李郡，吴爱民，等.河北容城凸起区热储层新层系——高于庄组热储特征研究［J］.地球学报，2018，39（5）：533-541 . [百度学术]
WANG Guiling， LI Jun， WU Aimin， et al. A Study of the therml storage characteristics of Gaoyuzhuang Formation， a new layer system of thermal reservoir in Rongcheng Uplift Area of Hebei province［J］. Acta Geoscientiea Sinica， 2018，39（5）：533-541 . [百度学术]
马峰，王贵玲，张薇，等.雄安新区容城地热田热储空间结构及资源潜力［J］.地质学报，2020，94（7）：1981-1990 . [百度学术]
MA Feng， WANG Guiling， ZHANG Wei， et al. Structure of geothermal reservoirs and resource potential in the Rongcheng geothermal field in Xiong’an New Area［J］. Acta Geologica Sinica， 2020，94（7）：1981-1990 . [百度学术]
赵佳怡，张薇，马峰，等.雄安新区容城地热田地热流体化学特征［J］.地质学报，2020，94（7）：1991-2001. [百度学术]
ZHAO Jiayi， ZHANG wei， MA Feng， et al. Geochemical characteristics of the geothermal fluid in the Rongcheng geothermal field， Xiong’an New Area［J］. Acta Geologica Sinica， 2020，94（7）：1991-2001. [百度学术]
胡秋韵，高俊，马峰，等.雄安新区容城凸起区地热可采资源量动态预测［J］.地质学报，2020，94（7）：2013-2025. [百度学术]
HU Qiuyun， GAO Jun， MA Feng，et al. Dynamic prediction of geothermal recoverable resources in the Rongcheng Uplift Area of the Xiong’an New Area ［J］. Acta Geologica Sinica ， 2020，94（7）：2013-2025. [百度学术]
吴爱民，马峰，王贵玲，等.雄安新区深部岩溶热储探测与高产能地热井参数研究［J］.地球学报，2018，39（5）：523-532. [百度学术]
WU Aimin， MA Feng， WANG Guiling， et al. A Study of deep⁃seated karst geothermal reservoir exploration and huge capacity geothermal well parameters in Xiong’an New Area［J］. Acta Geoscientiea Sinica， 2018，39（5）：523-532. [百度学术]
刘凡柏，高鹏举，任启伟，等.4000 m交流变频电驱岩心钻机的研制及其在地热井的工程应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2018，45（10）：40-46. [百度学术]
LIU Fanbai， GAO Pengju， REN Qiwei， et al. Development and application of 4000m AC frequency⁃conversion core drill［J］. Exploration Engineering （Rock &Soil Drilling and Tunneling）， 2018，45（10）：40-46. [百度学术]
高鹏举，刘凡柏，王跃伟，等.4000m地质岩心钻机在天津东丽区地热资源调查中的示范应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2019，46（1）：13-21. [百度学术]
GAO Pengju， LIU Fanbai， WANG Yuewei， et al. Demonstration application of 4000m geological core drilling rig in geothermal resources investigation in Dongli district of Tianjin［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2019，46（1）：13-21. [百度学术]
樊腊生，贾小丰，王贵玲，等.雄安新区D03地热勘探井钻探施工实践［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2020，47（10）：13-22． [百度学术]
FAN Lasheng， JIA Xiaofeng， WANG Guiling， et al．Drilling practice of D03 geothermal exploration well in Xiong’an New Area［J］．Exploration Enginering （Rock & Rock Drilling And Tunneling）， 2020，47（10）：13-22． [百度学术]
田京振，李砚智.河北省牛驮镇地热田钻探工艺［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2009，36（8）：27-30. [百度学术]
TIAN Jingzhen， LI Yanzhi．Drilling technology for Niutuozhen geothermal field in Hebei［J］．Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2009，36（8）：27-30. [百度学术]
DZ/T 0260—2014，地热钻探技术规程［S］． [百度学术]
DZ/T 0260—2014，Technical specification for geothermal well drilling［S］． [百度学术]
和国磊，宋志彬，胡志兴，等.东丽湖地热钻探CGSD-01井钻完井技术［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2019，46（4）：7-13． [百度学术]
HE Guolei， SONG Zhibin， HU Zhixing， et al. Summary of drilling and completing technology for Well CGSD-01 in Dongli Lake geothermal drilling［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2019，46（4）：7-13. [百度学术]
杜垚森，宋志彬，和国磊，等.天津东丽湖CGSD-01井取心问题及技术探索［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2019，46（3）：13-19. [百度学术]
DU Yaosen， SONG Zhibin， HE Guolei， et al. Core drilling in Well CGSD-01 in Tianjin Dongli Lake［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2019，46（3）：13-19. [百度学术]
马忠平，王艳宏，沈健，等.天津馆陶组地热回灌井钻井和射孔工艺探讨［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2014，41（8）：36-39. [百度学术]
MA Zhongping， WANG Yanhong， SHEN Jian， et al. Discussion on drilling and perforation technology of geothermal recharge well in Guantao Formation of Tianjin［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2014，41（8）：36-39. [百度学术]
