摘要
目前采用空气潜孔锤钻进技术的沉积岩地热钻井深度多在1000 m左右，地层深度越大，空气潜孔锤钻进的难度也会随之增大。在辽宁康平某地热井应用空气潜孔锤技术钻进，实现了沉积岩地热井深度的突破，钻井深度达到2250 m。全井采用空气钻进技术施工，通过选择合适的工作风压和风量，以期促进对该技术在沉积岩地热深井中的推广应用。
地热能是一种绿色、低碳、可循环利用的可再生能源，在我国可再生能源利用中占据重要的地
该地热井位于辽宁省康平县城，大地构造位置处于吉黑褶皱系松辽坳陷南缘，属于辽沉降带的一部分，位于康平凸起内。钻遇地层从老到新分别是：
（1）下古生界（Pz1）奥陶—志留系（O—S）。区域内最古老的地层为志留—奥陶系下二台子群（O—Sx）变质岩，出露于康平镇南和郝官屯一带，呈北东向带状分布。下二台子群为一套浅色细粒的片岩、变粒岩、大理岩为主的变质岩系，均遭受了强烈混合岩化，总厚度>4020 m。
（2）中生界（Mz）白垩系（K）。白垩系地层由一套陆相沉积岩及火山碎屑岩、火山岩组成。自下而上为义县组（K1y）、九佛堂组（K1jf）、泉头组（K2q），总厚度>2500 m。义县组地层角度不整合于志留-奥陶系变质岩之上，地表零星分布。岩性下部为一套陆相碎屑岩，上部为火山岩组成，该组岩层底部普遍有一层含砾砂岩；九佛堂组地层为一套陆相沉积的砂页岩，岩性变化不大，其底部见有20~30 m厚的石英岩质细砾岩。与下伏岩组平行不整合接触，与上覆岩组呈角度不整合接触。厚度>1000 m。泉头组地层地表出露广泛，为一套紫红色、灰白色砂岩、粉砂岩及紫红色泥岩、粉砂岩为主夹砾砂岩、砾岩韵律清晰的沉积岩层。有的地方含灰质结核，底部具有一层底砾岩，砾石成分复杂。厚度>886 m。
（3）新生界第四系（Q）。第四系在区内分布广泛，主要由坡洪积、风积和冲积松散堆积物组成，厚度1~20 m。
彰武盆地是由多个盆地组成的一个盆地群，该盆地群主体方向是北北东向延伸，其形状为长椭圆形，面积达4000 k
根据已有资料，普查区内浅层（500 m以浅）地下水分为以下二类：
（1）松散岩类孔隙水：地下水埋藏于坡洪积扇裙中，含水层为上更新统下段坡洪积粉土夹中细砂薄层，厚2.5m，地下水埋藏很浅，一般1~2 m。
（2）碎屑岩类孔隙裂隙水：分布于波状准平原区，隐伏于第四系之下。在岩石风化带，以裂隙孔隙潜水为主要特点，在深部主要为孔隙承压水。含水层为白垩系泉头组砂砾岩。含水层顶板埋深不一，平均在100 m以深，已揭露含水层厚度60~70 m左右。富水不均匀，受孔隙、裂隙发育程度控制，单井涌水量一般350~6000
该地热井设计井深为2250 m，选用宝鸡石油机械厂ZJ30型石油钻机，ND系列无尼龙管高风压潜孔锤进行钻进，钻头尺寸有Ø444.5、305、216、152 mm，配备3台大功率空压机、3台大功率增压机。钻具组合选用多种塔式钻具满足防斜打直要求。
井身结构设计参数如下：
导管：用Ø444.5 mm钻头打导管钻进至95 m，下入Ø 340mm、壁厚10.03 mm的石油无缝管95 m。
一开：用Ø305 mm钻头钻进至370 m，下入Ø244.5 mm、壁厚8.94 mm的J55石油套管至370 m，套管总长370m；
二开：用Ø216 mm钻头钻进至1270 m，下入Ø178 mm、壁厚8.05 mm的J55石油套管930 m；
三开：用Ø152 mm钻头钻进至2250 m，下入Ø127 mm、壁厚7.92 mm的J55石油套管1010 m。
图1 康平地热井井深结构示意
空气潜孔锤钻进最大的成本支出是空压机租赁费和耗油费，而上述费用的高低与工作风压、供风量关系密切。因此，需要根据井段深度与出水量的不同，选择性价比最高的工作风压和供风量，高效地利用空压机及增压机的能力，从而保证使用成本可控。
空压机的工作风压除了用于维持空气潜孔锤进行冲击工作外，还要将岩屑带出地表，而其长时间气举形成真空负压会将含水层中的地下水抽入井内。
当地层出水量不大时，只考虑环空中的岩屑和空气的压强，当环空中气流上返速度达到15 m/s就可以直接将岩粉带出地表，从而达到清洁井底的目的；当地层出水量较大时，还需要考虑环空中液柱产生的压
| （1） |
式中：——液柱压强，Pa；——液体密度，kg/
液柱所产生压强的大小主要取决于液柱的高度，出水量越大，液柱高度越大，液柱所产生的压强就越大，由于压强和压力成正比，所以压力越大。相比于环空中的液柱压力，环空中岩屑和空气压力可以忽略不计，当工作风压大于液柱压力时空气潜孔锤可正常钻进，而当工作风压小于或等于液柱的压力时，空压机就自动停止工作，也就是到了空压机工作极限。
供风量不仅是保证空气潜孔锤工作的基本条件，也是保证钻孔是否能正常排粉的重要因素，因为在干空气的钻进情况下，排粉效果的好坏，主要是和上返风速有关，而风速与供风量有直接关系。
供风量的计算公
| （2） |
式中：——供风量，
该井用Ø444.5 mm钻头开始打导管，钻至井深95 m，下入壁厚为10.03 mm的Ø340 mm石油套管至95 m，并用42.5#水泥配制成密度1.80 g/c
在导管固井候凝后，采用2台空压机、2台增压机进行空气潜孔锤钻进。用Ø305 mm空气钻头进行一开钻进，钻进至370 m，一开钻进结束。后下入Ø244.5 mm壁厚8.94 mm的J55石油套管至370 m，套管总长370 m。用42.5号水泥配制成密度1.80 g/c
用Ø216 mm空气潜孔锤钻头进行二开钻进，钻至井深1270 m，二开钻进结束。后下入Ø178 mm壁厚8.05 mm的J55石油套管至1270 m，套管总长930 m，与一开套管搭接30 m。用42.5号水泥配制成密度1.80 g/c
用Ø152 mm空气潜孔锤钻头进行三开钻进，钻至井深2250 m，三开钻进结束。后下入Ø127 mm壁厚7.92 mm的J55石油套管（花管）至2150 m，套管总长1010 m，与二开套管搭接30 m。
最后下水泵至900 m处进行了3个降深的抽水试验，得到最大出水量为203
本井将抽水泵下入900 m处，共进行了48 h的大降深抽水试验作业和48 h的小降深抽水试验作业。通过抽水试验，得到出水量与出水温度数据如下：
当降深为750 m时，出水量为203
（1）该地热井采用空气潜孔锤钻进技术施工，并创造了全国沉积岩地热井空气钻进深度之最，井深达到2250 m，最大出水量达203
（2）潜孔锤钻进最大的成本支出就是空压机租赁费和耗油费，井深和出水量决定了工作风压和供风量的大小，而上述费用的高低与风量、风压关系密切。因此，根据井深和出水量及时调整工作风压和供风量，提高钻井效率，节约钻井成本。
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