Бурение и оборудование геотермальных скважин
Бурение скважин – один из основных видов работ при создании и эксплуатации геотермоэнергетических систем.
По назначению скважины делятся на: разведочные, нагнетательные, эксплуатационные и вспомогательные (оценочные, водозаборные и т.п.).
Основные факторы, определяющие трудность бурения высокотермальных скважин: высокая температура пород, самого теплоносителя, его коррозионная агрессивность, наличие зон поглощений и обвалов горных пород.
Коррозионное воздействие на трубы растет снизу вверх, что объясняется выделением сероводорода (H2S) из поднимающегося к поверхности теплоносителя. Газы и горячая минеральная вода вызывают точечную коррозию в верхней части труб.
При снижении температуры и скорости потока могут выпадать в осадок карбонаты и кремний. Образуется корка, пережимы («сальники») проходного канала, вплоть до полного его закупоривания.
Возможен выброс из скважины горячих флюидов (грифоны).
К числу обычных геологических осложнений можно отнести поглощения промывочной жидкости, обвалы и обрушения горных пород, прихваты.
Конструкции геотермальных скважин
Определяется геологическими условиями (число обсадных колонн, глубина их спуска и интервалы, проходимые без крепления) и целевым назначением скважин, определяющим ее конечный диаметр.
Минимальные конечные диаметры – для скважин вспомогательных.
Наибольшие – для разведочных, переходящих затем в эксплуатационные, и эксплуатационных.
По зарубежным
данным самый распространенный 
,
реже 168мм; для вспомогательных –
125-150мм.
На выбор конструкции скважины влияют размеры водоподъемного устройства, место его расположения в стволе (в какой обсадной колонне), а также срок эксплуатации (обычно 30-50лет).
Зазор между корпусом насоса и обсадной трубой не более 50мм
(иначе - утяжеление конструкции и удорожание работ).
Конструкция должна обеспечить получение необходимого дебита теплоносителя при длительной эксплуатации.
Если насос устанавливается в эксплуатационной колонне, одновременно выполняющей роль фильтра в термозаборной части скважины, то такая колонна может быть ступенчатой – с большим диаметром в верхней части (для насоса) и с меньшим – в продуктивной зоне.
Вскрытие продуктивного пласта может быть:
- с открытым стволом;
- со спуском фильтровой колонны «впотай» в эксплуатационную колонну;
-со спуском эксплуатационной колонны с фильтром или последующей перфорацией эксплуатационной колонны в продуктивной зоне.
Однако последний способ сложнее и дороже.
При вскрытии
напорных геотерм диаметр эксплуатационной
колонны устанавливается по проектному
дебиту и условию обеспечения минимальных
гидродинамических сопротивлений потоку
теплоносителя. Обычно 
.
Равнопрочную колонну обсадных труб выбирают с учетом воздействия температурного фактора при подъеме тампонажного раствора, как правило, до устья.
Конструкции скважин обычно включают от 3 до 5 колонн (направление, кондуктор, одну-две промежуточные, эксплуатационную колонну, иногда еще хвостовик), что объясняется необходимостью перекрытия зон осложнений и предотвращение потерь тепла в окружающие породы при циркуляции теплоносителя.
Типовые конструкции скважин ряда геотермальных месторождений России приведены на рис. 1.4.
Технология бурения термальных скважин должна учитывать:
повышенные
значения геотермического градиента;давление пластовых флюидов;
повышенную коррозионную активность флюидов.
Способы бурения – вращательный, комбинированный.
Наиболее важное значение в технологии бурения имеют:
обоснованный выбор конструкции скважин;
применение форсированных режимов и наиболее производительной технологии бурения для обеспечения максимальных механической скорости и рейсовой скорости проходки;
непрерывный контроль и регулирование параметров и температуры промывочной жидкости для предотвращения осложнений и выбросов;
применение противовыбросового оборудования (превенторы, обратный клапан в бурильной колонне, дегазаторы и т.п.).
Принципиальная
схема конструкции и оборудования
эксплуатационной скважины приведена
на рис. 1.5.
Рис.1.5 – Конструкция геотермальной скважины
1, 2, 4, 5 – интервалы ствола различного диаметра
3 – цементное кольцо
6 – фильтровая колонна
7 – эксплуатационная колонна
8 – кондуктор
9 – шпуры для цементирования приустьевой площадки
10 – направление
11 – колонная головка
12 – выпускной штуцер
13 – задвижка
Технология бурения должна учитывать особенности выбранного способа создания подземного теплового котла. Так, если будут использоваться камуфлетные взрывы, то следует обеспечить:
возможность беспрепятственного спуска взрывного устройства;
полную герметизацию затрубного пространства;
надежную забойку для обеспечения камуфлетного взрыва;
предотвращение полного разрушения ствола, обсадной колонны и возможность восстановления скважины после взрыва.
Специальные исследования показали, что при глубине скважины до 3000м оптимальным диаметром является 300-400мм, т.е. необходимы эффективные методы бурения скважин увеличенного диаметра, например, реактивно-турбинного.