地热井工程施工阶段的监理质量控制措施

0    引    言

目前,地热资源作为清洁、稳定、可再生的能源,在建筑供暖、工业生产及发电领域的开发利用规模持续扩大。地热井作为地热资源开发利用的核心基础设施,其需求呈现逐年攀升的态势。然而,地热井工程施工涉及地质勘察、钻井工程、水文工程及机械工程等多专业交叉作业,且施工环境多为复杂地质条件(如断裂发育、岩性突变及高压含水层等),任一工序的偏差或疏漏均可能引发井壁坍塌、管外窜水或产能不达标等严重质量隐患。因此,以标准化施工工艺流程为主线开展全工序监理质量控制已成为保障工程经济效益、确保地热井长期安全运行的核心环节。

天津地区地处华北平原沉积盆地,其地热资源具有典型的沉积盆地型特征,表现为浅层咸水层分布广泛、基岩埋深差异显著等地质特点,这对施工工艺与监理管控提出了更为严格的专业要求。现有研究多聚焦于通用监理框架的构建, 而缺乏结合具体工程实例的工艺-监理一体化量化控制标准与可操作性流程。基于此,本文以天津市静海区J H-34地热井工程(以下简称“本工程”)为研究对象,系统梳理施工阶段监理质量控制的关键技术要点,提炼具有普适性的监理方法与优化措施,为同类工程提供技术参考和实践指导。

1    地热井施工阶段监理质量控制基础

1.1    工程背景

J H-34地热井位于天津市静海区陈官屯镇,是静37区块一采两灌地热开发系统的开采井。该井设计斜深1 230 m,垂深1 186 m,目的层为新近系馆陶组下段,地层岩性以砾岩、含砾砂岩为主,孔隙度为18%~22%,渗透率为15 0~ 200 m D,采用桥式滤水管成井工艺,滤水管长320 m。设计出水量为70~110 m3/h,井口水温范围为44~46 ℃,含砂量 ≤1/20 0 0 0。监理团队由3名持证监理工程师(含高级工程师1名、工程师2名)组成,配置专业检测仪器8台套(含MWD 随钻测量系统、钻井液在线检测仪及声波变密度测井仪等),全程驻场,覆盖施工准备、钻进施工至竣工验收全流程,对施工工艺规范性、关键参数准确性、质量风险可控性实施全维度管控。最终成井实测出水量10 0.40 m3/h,水温 45 ℃,含砂量≤1/20 000,各项技术指标均符合设计要求, 充分验证了监理质量控制体系的有效性与实用性。

静3 7区块属典型沉积盆地型地热区,存在浅层咸水层广布(矿化度范围为3 0 0 0~5 0 0 0 m g/L)、基岩埋深差异显著(区块内从东南向西北由800 m增至1 500 m)、断裂构造发育(共识别出3条区域性断裂)等地质特点,施工过程中易发生井壁坍塌、钻井液污染热储层、井眼碰撞等风险。 此外,J H-34井与同区块2口回灌井井口间距仅5 m,三者均为定向井。因此,施工需重点防控井眼轨迹交叉风险,同时对热储层的保护提出更高要求。本工程的顺利实施,不仅为区域地热采灌平衡开发提供了重要实践支撑,也为国内同类型小间距定向地热井群的施工监理提供了可复制的技术样本。

1.2    地热井核心施工工艺流程

结合静3 7区块J H-3 4地热井钻探组织设计要求及沉积盆地型地热井施工规范,明确地热井标准化施工工艺流程为:施工准备与场地布置→钻机安装与调试→一开钻进→ 一开测井→一开下套管与固井(候凝)→二开钻进(造斜+ 增斜+稳斜)→定向轨迹监测与调整→二开综合测井→二开下套管与滤水管安装→二次固井(候凝+试压)→洗井作业 →产能测试(降压试验)→竣工验收与资料归档。

该工艺流程为地热井施工的核心主线,各工序环环相扣,前序工序质量直接决定后序工序的实施效果。监理质量控制以该工艺链为脉络,实现工序衔接、参数管控、风险防控的全流程覆盖,确保各工序质量符合设计与规范要求。

1.3    施工准备前置控制

施工准备阶段的质量管控是后续全工艺流程顺利实施的基础。在此阶段,监理聚焦3项关键工作,从源头筑牢质量防线。(1)技术文件合规性审核。系统核查施工组织设计中的工艺方案、应急预案及M W D(随钻测量)实时监测方案,严格验证国家/行业规范的适用性,确保定向钻进、固井等关键工艺参数与施工工艺流程匹配且科学可行。(2)设备材料质量预审。全面核查ZJ-30型钻机、J-55钢级套管、G级油井水泥等物资的质量证明文件,重点监督套管壁厚(误差允许范围为±0.08 m m)、水泥浆密度等关键指标的现场复检流程,确保设备材料满足各工序施工要求。(3)现场条件核查。严格确认(30×70)m2施工场地、500 kW电力供应、 3 0 m 3/h水源保障等基础设施的设计符合性,重点验证钻机基础承载力≥20 0 kPa这一指标,保障排水系统无渗漏风险,满足钻机安装、钻进、固井等全工序现场条件要求。上述前置控制措施的落地,为后续岩性、热储层识别的准确性奠定了基础。

监理采用旁站监督模式,严控测井仪器下入速度 (≤5 m/min),避免仪器碰撞井壁而影响测井数据,同时确认施工方提交的测井曲线无断点、数据连续可靠。J H-34井施工方提交的测井结果显示,热储层厚度达369.39 m,与岩屑录井数据高度吻合,充分佐证了测井数据的真实性与可靠性,为后续固井和滤水管安装工序提供了准确的地层依据。

1.4    固井质量控制点与监理实施

固井是保障井身结构稳定性、防止管外窜水的核心工序,紧随下套管/滤水管安装之后实施,分为一开固井和二开二次固井。监理聚焦水泥浆密度(表层≥1.70 g/cm3,技术套管≥1.80 g/cm3)、候凝时间(≥36 h)及试压压力(≥6 MPa, 30 m i n压降≤0.5 M Pa)三大质量控制点,确保固井质量满足井身长期运行要求。监理全程旁站监督施工方完成水泥浆配制与注入全过程,实时核查水泥浆密度与注入量,严格见证候凝过程及试压全流程,确保各环节符合施工工艺要求。J H-3 4井二次固井过程中,施工方实测水泥浆密度为1.81 g/cm3,试压压力为6.5 M Pa/30 m i n、压降为0.3 M Pa;经监理核查确认,各项参数均优于设计要求,有效保障了固井作业的防漏、防窜效果,为后续洗井和产能测试工序提供了稳定的井身结构基础。

1.5    洗井质量控制点与监理实施

洗井是清除井内沉砂、破坏井壁泥饼、保障热储层导流能力的关键工序,紧随固井试压之后实施。监理以气举洗井压力(4.3~4.5 M Pa)、化学浸泡参数(0.6%~0.8%的偏磷酸钠溶液浸泡8~10 h)及含砂量(≤1/20 0 0 0)3个核心参数为控制重点,确保洗井效果满足产能测试要求。

监理全程旁站监督施工方洗井作业严格按照“化学浸泡→气水混合喷射洗井→清水替浆”的工艺步骤实施,直至井口出水达到“水清砂净”的严格标准,确保彻底清除井内沉砂与井壁泥饼,避免堵塞热储层和滤水管,为后续产能测试工序提供良好的流体导流条件。

1.6    产能测试质量控制点与监理实施

对于产能测试,监理重点把控施工方3个落程稳定流降压试验的实施质量,要求施工方保障大落程持续时间 ≥48 h、稳定时间≥24 h。监理全程见证施工方试验过程, 复核施工方提交的流量、水位、水温等数据的真实性与连续性。J H-34井施工方完成的大落程试验结果显示,出水量为 100.40 m3/h,水温为45 ℃,数据偏差不超出±1%;经监理核查确认,试验结果客观反映了井体实际产能,为后续开采方案制定提供了可靠依据。

2    监理质量控制优化措施 

2.1    构建标准化监理体系

为实现监理工作的规范化、精细化管控,特构建六大环节+三级监理强度的标准化监理体系,明确各工序监理职责与实施标准。针对不同工序的重要程度差异化配置监理资源:对关键工序(固井、产能测试)实施全程旁站,实时监督施工方作业流程、参数执行情况,确保核心工序无质量偏差;对重要工序(钻进、定向)采用半旁站+数据复核模式, 既全程跟踪关键施工节点,又对施工方提交的参数记录、工艺报表进行系统性核查,实现过程管控与结果验证双重保障;对一般工序(测井辅助、设备调试)执行定期巡查与随机抽检,重点核查施工方是否按规范开展作业。同时,建立监理日志、旁站记录、整改通知书三位一体的完整档案管理机制,详细记录施工方作业情况、监理核查结果及问题整改轨迹,确保质量控制全过程可追溯、可追溯,为后续质量复盘、责任认定提供权威依据。 

2.2    强化动态参数监控

为提升质量管控的精准性与时效性,依托M W D随钻测量系统、钻井液性能检测仪、井径测井仪等先进设备,构建施工参数动态监控与偏差预警体系。监理方联合施工方制定参数偏差分级标准,明确预警阈值:当钻压、转速偏差超过±10%、钻井液密度偏差超过±0.05 g/cm3时,系统自动触发一级预警,监理人员则及时介入核查,要求施工方暂停相关作业并提交偏差原因分析报告;若参数偏差持续扩大或涉及核心质量指标(如井斜角偏差超过±0.5°),系统触发二级预警,监理则牵头组织施工、技术人员开展专项会商,制定针对性纠偏方案。在J H-3 4井施工过程中,采取该动态监控体系实时跟踪钻进参数,累计预警并整改小范围参数偏差3次,有效保障了钻进参数达标率为100%,施工全过程未出现井壁坍塌、轨迹偏移等重大质量隐患。

2.3    完善应急处置联动

针对地热井施工中常见的卡钻、井壁坍塌、管外窜水等风险,建立监理、施工、设计三方联动应急处置机制,明确各方职责与响应流程。监理方牵头审核施工方提交的应急处置预案,重点核查预案的针对性(如不同地质条件下的堵漏方案)、可操作性(如应急物资调配流程)及人员配置的合理性,并且组织三方开展应急演练,提升突发情况处置协同能力。同时,监督施工方按预案要求储备足量堵漏材料、备用钻具、应急电源等物资,定期核查物资的完好性与有效期。施工过程中,监理人员若发现异常工况(如钻井液漏失量突增、钻具悬重异常),立即下达停工指令,第一时间组织三方技术会商,结合现场实际情况优化处置方案,并且全程监督施工方按方案实施整改,确保风险得到及时管控。本工程采取该联动机制,有效避免了风险扩大化,降低了施工损失。

2.4    规范验收闭环管理

为实现质量控制的闭环管理,实施分项检验、阶段验收、竣工验收三级验收制度,明确各验收环节的核心指标、 验收主体及合格标准。分项检验由监理方主导,针对钻进、 定向、测井等单一工序开展质量核查,重点验证施工方作业成果是否符合设计要求。只有分项工程合格率为10 0%且施工方完成问题整改并经监理复核合格后,方可进入下道工序。阶段验收由监理牵头,联合建设、施工单位开展,聚焦井身结构完整性、固井质量、轨迹精度等阶段性核心指标, 形成阶段验收报告,明确后续施工改进要求。竣工验收采用多方联合复核模式,由监理、建设、施工单位及行业主管部门共同参与,现场核查成井质量、产能测试结果、资料归档完整性等,由监理单位出具专项监理评估报告,作为工程合格交付的核心依据。在J H-34井施工中,通过三级验收制度累计发现并督促施工方整改分项工程问题5项,阶段验收优化施工建议3条,最终经联合验收确认成井质量合格、资料归档完整,实现了质量控制的全流程闭环。

3    结束语

本文研究结论如下。

(1)施工准备前置控制需聚焦技术文件合规、设备材料质量、现场条件适配3项核心,同时明确地热井标准化施工工艺流程为监理质量控制主线,从源头为施工阶段全工艺链质量管控筑牢基础。

(2)地热井施工监理应以施工工艺流程为主线,以监督施工方规范作业为核心,聚焦钻进、定向、测井、固井、洗井及产能测试六大核心环节,通过关键参数动态管控与核心指标全程把关,实现施工质量全流程闭环把控。

(3)采用标准化监理体系+动态参数监控+应急联动 +三级验收闭环综合措施,可构建前置控制-过程管控-结果验证完整链路,实现成井质量达标率10 0%、出水参数偏差在±1%范围内的优异成果。

未来,研究可以从以下两个方面进一步完善。

(1)推动监理工作智能化转型,依托大数据分析、人工智能算法,构建施工工艺全流程质量预测模型与风险预警系统,实现对卡钻、井壁坍塌等风险的提前预判与主动防控,助力监理工作从事后整改向事前预防转变。

(2)细化区域差异化监理标准,针对天津地区沉积盆地型地热资源的地质共性(如浅层咸水层分布、基岩埋深差异),结合不同区块的施工难点,制定分区域、分地层的差异化监理管控规范,完善区域监理标准体系。