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钻井地质设计

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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钻井地质设计地 区:四川泸州石宝矿区井 号:井 别:参数井+试验井学院:专业:班级:姓名:学号:指导老师:日期:钻井地质设计目 录1 井区概况 ............................................................... 地理位置及交通 ...................................................... 地形地貌 ............................................................ 地表水系 ............................................................ 气候特征 ............................................................ 地质灾害 ............................................................本数据 ...............................................................段地质概况 ........................................................... 构造 ................................................................ 地层 ...............................................................计依据及钻探目的 .................................................... 设计依据 ........................................................... 钻探目的 ...........................................................计地层剖面 .......................................................... 设计钻遇地层 ....................................................... 设计钻遇煤层 .......................................................程要求 .............................................................. 钻井液性能使用要求 ................................................. 井身结构及质量要求 .................................................身结构 ...........................................................身质量要求 ....................................................... 固井要求 ...........................................................管技术要求 .......................................................井程序 ...........................................................井质量要求 ....................................................... 其它技术要求 .......................................................料录取 .............................................................. 录井 ...............................................................屑录井 ...........................................................、煤心录井 .......................................................时录井 ...........................................................测录井 ...........................................................井液录井 .........................................................易水文观测 .......................................................环观察 ...........................................................殊作业录井 ....................................................... 煤层取心 ...........................................................层分析测试 ...........................................................球物理测井 ..........................................................入/压降试井 ........................................................计及施工变更 ....................................................... 设计变更程序 ...................................................... 井位变更程序 ......................................................交资料 .............................................................钻井地质设计11 理位置及交通石宝矿段位于四川省泸州市古蔺县东南部,距古蔺县城35~40行政区划属古蔺县石宝镇及金星乡管辖(图1。矿段以石宝向斜为中心,可划分为南东翼和北西翼,其中,北西翼为石家沟—石鹅井田,南东翼为石宝—邱家祠井田(图1。石宝矿段内交通目前以公路、乡镇级小路为主。况较好;624、625和626等乡道由北东向南西贯穿石宝矿段,这些道路为石宝矿段的煤层气工程施工带来了便利。但除它道路,包括3条乡道,路况极差,雨天泥泞。尤其是矿段内部的乡村道路,多急弯和坡道且多处狭窄,大型车辆通过不易。整体而言,交通条件较差,进场难度大,不利于设备进场和工程管理(图1。位于石宝向斜北西翼(石家沟—石鹅井田)中部 62 至 12 勘查线之间,行政区划属于湾村。井场有乡间道路通过,交通条件一般,进场道路需要修整(图 1。钻井地质设计2图 1宝矿段交通位置示意图 (摘自煤层气地质调查评价报告)3图 1交通位置示意图(据石宝矿段地形地质图及 层底板等高线图改编)形地貌矿段地处川黔边界,地形地貌属四川盆地~云贵高原过渡带的低中山地貌,地势起伏,沟壑纵横。海拔标高一般 800~1200m,最高点为石宝黄泥大山,低点在矿段南东翼营房河 34 勘查线附近,标高 500m 左右,高差一般在600~700m。石宝镇所在地标高为 1300m。整体而言,矿段内地形复杂,钻前平场工程量大、难度大;煤层气井大规模开发,地面条件受限。井场地处沟谷坡地,地貌为农田,地势平坦(图 1。图 1表水系矿段内水网较为发育,河流、溪沟密布,呈树枝状展布,均属赤水河水系。主要河流为菜板河、段江河、小河、营房河、玉母寨河、盐井河。其中:段江河属赤水河一级支流;小河为盐井河的上游部分,在太平渡附近汇入赤水河;营房河为段江河的上游部分;玉母寨河为菜板河的一级支流。各河流水流方向受着构造控制。自山脊发源的横向冲沟与顺走向发育的溪沟汇合后,构成树枝状水系。沟谷多呈“V ”字型,向源侵蚀南强于北。主要河流的水位、水量变化受大气降水控制,具有来势猛,径流快,易涨易落等特点。洪枯流量相差悬殊,丰水期为 5~8 月,其流量占全年径流量的60~80% 以上;枯水期为 12~2 月,其流量占全年径流量的 10~15%。场位于沟谷坡地,雨季施工要做好井场排水工作。候特征石宝矿段属于亚热带季风气候,云雾多,日照少,冬季寒冷,霜冻期长。四季分明,不同季节温差较大,夏季时间短,气温较高,一般 28℃~32℃,极端最高气温达钻井地质设计5到 41℃;冬季寒冷,而多雨雪,极端最低气温可达多年平均降雨量 最大降雨量 000 年) ,960 年) ,日最大降雨量 000 年 06 月 06 日) 。雨量多集中在5~8 月,占全年降雨量的 71%,雨日年平均 173 天(以>算) ,霜期为每年11 月下旬至次年的 3 月末或 4 月初。春秋时节则多阴雨。区内有霜冻、干旱、雷电、暴雨、大风等灾害性天气出现。项目施工进度安排,应尽可能避开一些极端天气情况集中的季节,同时做好灾害性天气的预防措施。质灾害本地属云南、马边、雷波地震波及区,较大的破坏性地震少见,有感地震却频频发生,显示了地壳的不稳定性。区内曾多次发生震级 地震,最大烈度 6 度。根据国家地震局 1990 年版《中国地震烈度区划图》和四川省地震局编制的《四川地震目录》以及《川南国土规划》的危险区划图,矿段内的基本地震烈度为Ⅵ度,为相对稳定区。矿段内具有一定规模的滑坡有 15 处,崩塌 2 处,地裂缝 3 处,时逢大暴雨,常见滑坡、崩塌、泥石流发生,特别是在古蔺地区 2000 年 6 月 6 日特大洪灾中,造成较大的人员、牲畜、房屋及耕地损失。井场及其周边不易发生崩塌、滑坡、洪水及泥石流等自然灾害。钻井地质设计62 基本数据(1)项目名称:四川省古蔺县石宝矿段煤层气地质调查试验工程;(2)井号:3)井别:煤层气测试参数井;(4)井位:① 井位坐标:X =3089010 Y =35610369;② 地面标高:H =1060m;③ 井口地理位置:石宝镇于湾村;④ 构造位置:石宝向斜北西翼;(5)设计深度:660m;(6)目标煤层:C 17、C 25;(7)完钻层位及完钻原则:① 完钻层位:二叠系中统茅口组;② 完钻原则:C 25 煤层底界以下 50m 完钻;(8)完井方式:套管射孔完井。钻井地质设计73 造矿段主体构造为石宝向斜,两翼不对称,轴面向北西倾斜,地层倾角北陡南缓,北西翼一般倾角为45°~65°,南东翼为25°~35°(图3。矿段内断层较发育,断层走向以部分为斜交断层。发现并控制的断层25条,其中对煤系破坏较大的断层主要集中于构造转折和褶皱复合地带,即矿段北东向斜仰起端和南翼34号勘查线一带发育的两组平行断层,其它部位的断层规模相对较小(表3。(1)矿段北东部向斜仰起端构造矿段北东部向斜仰起端地质构造复杂,发育一组由F 30、F 104、F 29、F 32及其次生小断层构成的断层组,该断层组均呈弧状延伸、大致平行排列,除F 29为正断层外,其余均为逆断层,表明该区域主要受挤压应力的作用,应力方向均指向向斜轴心。在挤压应力作用下,地层向向斜轴心方向弯曲变形。从向斜翼部到轴心地层变形空间逐渐缩小,承受应力作用逐渐增大。在相对软弱地层附近, 靠近向斜轴一方地层在应力反作用下沿软弱层面向空间释放压力,地层发生断裂,形成滑脱式逆断层。该类断层走向呈弧状延伸,倾角变化较大,且地层浅部产状陡,因而致浅部地层缺失,深部地层重复增厚。(2)向斜南翼34线一带构造向斜南翼34线一带,发育一组主要由F 22、F 90、F 101、F 24、F 23、F 43断层构成的断层组,断层走向均为断层呈平行排列,除F 24为逆断层,其余5条均为正断层,表明该区域主要受张应力作用。此外,矿段内地层裂隙较发育,其主要发育在刚性岩石中,即栖霞组(P 2q) 、茅口组(P 2m) 、长兴组( 、飞仙关组下段(T 1、嘉陵江组(T 1j) 、雷口坡组(T 2l)和须家河组(T 3层中。在须家河组(T 3岩地层中剪切裂隙和垂直层面的张裂隙比较发育;在栖霞组(P 2q) 、茅口组( 、长兴组(P 3c) 、飞仙关组下段(T 1、嘉陵江组(T 1j) 、雷口坡组(T 2l)灰岩中则主要为剪切裂隙。从构造部位来看,裂隙在断层旁侧及岩层急剧转折处方向上看有以矿段内断层发育特征一致。图 3宝矿段 层底板等高线图(摘自煤炭资源详查报告)9表 3宝矿段断层特征统计表(摘自煤炭资源详查报告)产状(°) 断距(m)序号 编号 性质倾向 倾角 水平 铅直 地层分布位置与延伸情况 长度(m) 地表切割地层 断层表现特征 对煤系的影响 备注1 移- 逆 106 75 175 181 126 由茶房头向个方向延伸,斜穿82号勘查线 1250 层有重复现象2 959 135 位于10号、12号勘查线附近,呈270 系及其以上至T 1厚3 210 50 60矿段北东向斜扬起端,F 29断层西侧,在狮子岩南与此往23坏了煤系4 210 50 40 矿段北东扬起端 400在地表发育在迹不明显深部破坏了煤系5 域性正 240 55 160东部扬起端与大村向斜分界部位,呈伸于薄刀岭- 狮子岩- 斑竹林一线3650 坏了煤系6 移- 逆 245 68 107 219 85扬起端中部,由石堡附近向东南经小河延到蕨蒺坪西北1600使P 2地层有重复现象深部在35 逆 96 64 195 350 25向斜扬起端部位南东石宝北P 2活麻坳地表使煤系中下 部地层缺失深部在 厚8 260 69 131 92 75 向斜南翼龙兰寨东侧,近 南北向延伸 600 在地表使煤系错开, 层位不连续深部在 22 正 115 65 150 120 86 青龙咀起往富 顺沟西达水洞北 1000 线错开深部在 内煤系局部缺失10 336 63 23 30 19 北翼老房子起,往向延伸 800 2m 界线错开,P 240 逆 300 33 13 10 15 50 地层重复、增厚 深部煤系、重复、 增厚 隐伏断层10序号 编号 性质产状(°) 断距(m)分布位置与延伸情况 长度(m) 地表切割地层 断层表现特征 对煤系的影响 备注倾向 倾角 水平 铅直 地层12 120 50 35 25 20 00 地层重复、增厚 煤系顶部地层重 复、增厚 隐伏断层13 175 45 40 23 20 扬起端北翼内坳处向阳坪之20 3l 层位错开,地层缺 失 部分煤系缺失14 移 走向70° 199 148向斜扬起部位北西内凹处马桑林北侧,2h、P 1l 地层走向上不连续, 界线错开15 140 35 65 40 30 向斜扬起端北西洞坝街向 00 3表煤系出露宽度增加浅部煤系重复、增厚16 330 25 25 10 25 50 钻孔揭露煤系底部 地层重复、增厚 煤系底部重复、 增厚 隐伏断层17 334 >70 149 209 140向斜扬起端中部,斑竹林西侧,北东交F 29,往2h、P 1l 地层产状不连续, 走向上层位错开18 260 60 63 75 35向斜扬起端南东、北端与 2m、P 3l 地层重复 煤系重复、增厚19 96 40 110 90 60 00 地层重复、增厚 煤系重复、增厚 隐伏断层20 295 65 10 15 10 20 地层缺失、变薄 钻孔内部分煤层 缺失 隐伏断层21 100 20 170 40 70 石宝向斜南翼李家山包东侧小沟,呈伸 650 1位错开、地层缺 失 C 25煤层缺失22 270 60 25 43 20 向斜南翼之水井沟南向北 延伸 400 层不连续、层位 错开 部分煤层缺失23 306 70 148 104 85 南翼龙兰寨西侧,F 23断层,向50 层重复,局部倒 转,界线错开 深部煤层错跌重 复24 300 65 80 60 50 南翼龙兰寨北西侧,10 盘产状变陡,深部地层缺失煤层有缺失25 310 67 140 147 90 南翼龙兰寨西侧,50 层有缺失,具揉 皱现象 钻孔内部分煤层 缺失钻井地质设计 层 矿段内赋存的主要地层由新至老分别是侏罗系中统上沙溪庙组、下沙溪庙组及新田沟组、下统自流井组及珍珠冲组;三叠系上统须家河组、中统雷口坡组及下统嘉陵江组、飞仙关组;二叠系上统长兴组、龙潭组、中统茅口组、栖霞组及下统的梁山组及志留系中统韩家店组(表 3。其中龙潭组为矿段内的含煤地层。表 3宝矿段地层简表(摘自煤炭资源详查报告)地层 厚度(m)界 系 统 组 段代号最小 最大 平均 累计上沙溪庙组 312 >312下沙溪庙组 20 320 246 558中统新田沟组 0 150 60 618大安寨段 5 643马鞍山段 66 809自流井组东岳庙段 5 834上段 4 928侏罗系下统珍珠冲组下段 0 938上统 须家河组 50 340 285 1223中统 雷口坡组 08 1531四段 00 1631三段 42 1773二段 06 1879嘉陵江组一段 18 1997上段 统飞仙关组下段 3c 3l 2m 277 2q 174 山组 1 统 韩家店组 50 >钻井地质设计 124 计依据本设计主要依据下列资料:(1) 《四川省古蔺县石宝矿段煤层气地质调查试验工程参数井和排采井工程 包招标文件,2012》 ;(2) 《四川省古蔺县川南煤田古叙矿区石宝矿段煤炭资源详查报告》 ,2008 年;(3) 《四川省古蔺县石宝矿段石宝—邱家祠井田煤层气地质调查评价报告》 ,2012年;(4) 《四川省古蔺县石宝矿段煤层气勘探方案》 ,2013 年;(5)石宝—邱家祠井田地形地质图;(6)石宝—邱家祠井田 层底板等高线图;(7)石宝—邱家祠井田 层底板等高线图;(8)石宝—邱家祠井田 层厚度等值线图;(9)石宝—邱家祠井田 层厚度等值线图;(10)12 号勘探线剖面图;(11)62 号勘探线剖面图(12)周边钻孔柱状图(;(13) 《煤层气钻井作业规范》 (0250;(14) 《煤层气含量测定方法》 (19559;(15) 《煤层气井注入/压降试井技术规范 》 (24504;探目的获取目标煤层(C 17 和 非目标煤层(局部可采煤层)的储层参数,包括煤层埋深、厚度、含气量、渗透率、储层压力及等温吸附等参数;做好固井和完井,为下一步储层改造和排采试气奠定基础,为石宝矿段煤层气规模化勘探开发积累经验。钻井地质设计 135 计钻遇地层预计钻遇地层的主要参数见表 5 5层分层数据表地层系统 设计地层(m) 地层产状界 系 统 组 段 层厚 钻遇厚度 累深 倾向 倾角故障提示新生界第四系( Q) 1 1 1二段( 35 236 0中生界三叠系(T)下统飞仙关组(T 1f)一段( 162 398 0长兴组(P 3c) / 85 483 0防漏、防涌、防斜上统 龙潭组(P 3l) / 133 616 0防塌、防斜古生界二叠系(P)中统茅口组(P 2m) / — 44 660 0防漏、防涌钻遇地层分述如下:(1)第四系(Q)主要由表土,由松散未固结粘土组成,与下伏地层呈角度不整合接触。(2)三叠系下统飞仙关组二段(T 1据岩性分为上、下两部分,上部为紫红、黄绿、灰绿色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩夹薄层状泥岩、数层生物碎屑灰岩及透镜状、条带状灰岩;下部为紫红、紫灰色薄~中厚层状粉砂岩、泥质粉砂岩夹钙质泥岩及条带状、透镜状灰岩。与下伏地层呈整合接触。(3)三叠系下统飞仙关组一段(T 1性为深灰、灰、灰绿色中~厚层状泥灰岩夹生物碎屑灰岩、钙质泥岩及灰岩。顶部为中~厚层状鲕状灰岩、含泥质鲕状灰岩;底部为灰绿、黑色泥岩及钙质泥岩,水平层理发育。与下伏地层呈整合接触。钻井地质设计 14(4)二叠系上统长兴组(P 3c)岩性为深灰、黑灰色厚层状生物碎屑灰岩,下部夹黑色泥岩、炭质泥岩薄层,底部为生物碎屑灰岩与黑色泥岩不等厚互层。与下伏地层呈整合接触。(5)二叠系上统龙潭组(P 3l)由灰白、灰、黑色薄~中厚层状细砂岩、粉砂岩、泥岩、粘土岩、炭质泥岩、煤层和硫铁矿等组成含煤岩系。与下伏地层呈假整合接触。(6)二叠系中统茅口组(P 2m)岩性为浅灰、棕灰色中~厚层状微~细晶生物碎屑灰岩及浅灰色厚层状微~细晶豹斑状灰岩。计钻遇煤层设计钻遇煤层的数据如下表 5示。其中 层为目标煤层,其它煤层为非目标煤层。表 5预计见煤数据表煤层编号 煤层底界深度(m) 煤层假厚(m) 煤层真厚(m)34 10 1)C 13 煤层层,位于龙潭组上含煤段中上部,距 层底界 层厚 平均 以 2~3 个分煤层形式出现,结构较复杂。煤层厚度在矿段两翼大致相近,且都呈现出两端厚、中间薄的特点。具体的:北钻井地质设计 15西翼 76~66 线之间,煤厚≤东翼 18 线附近、22 至 28 线之间,煤厚≤板岩性为黑灰色泥岩;底板主要为泥岩、炭质泥岩,局部为砂岩、粘土岩、粉砂质泥岩。(2)C 14 煤层层,位于龙潭组上含煤段中部,距 层底界 层厚 平均 以 2~3 个煤分层形式出现,多为复杂结构。煤层厚度南东翼较北西翼厚、中部及东部厚度较大、南西端及近北东段厚度较小。具体的:北西翼 78 至 70 线之间、8 至 10 线之间,煤厚≤东翼 8 至 10 线之间、12 至 16 线之间深部、22 至 34 线之间浅部,煤厚≤厚顶板为泥岩或炭质泥岩,间接顶板为砂、泥岩互层或砂质泥岩;底板为黑灰色泥岩或炭质泥岩。(3)C 15 煤层层,位于龙潭组上含煤段中下部,距 层底界 层厚 均 单一结构煤层,测井曲线无明显特征。煤层厚度南东翼较北西翼厚。具体的:北西翼 78 至 66 线之间、62 线附近、8 至 10 线之间,煤厚≤东翼 10 至 12 线之间、24 至 28 线之间,煤厚≤层顶板为浅灰~灰色粘土岩、粉砂质泥岩,发育水平、小型交错层理,夹砂岩透镜体、炭质泥岩薄层及煤线;底板为灰~深灰色粘土岩和泥岩。(4)C 17 煤层层,位于龙潭组中含煤段上部,距 层底界 层厚 平均 煤层松散,多呈片状、粉状,有“糠煤”之称,厚度大,全区可采。煤层厚度北西翼较南东翼厚,东西两端厚度较大,中部厚度变薄。煤层属单一结构煤层,局部地段含三层夹矸。煤层顶板为灰黑色泥岩和灰色岩屑粉砂岩(B 4 标志层) 。底板主要为泥岩、炭质泥岩,局部为砂岩、粉砂质泥岩、粘土岩。(5)C 20 煤层层,位于龙潭组中含煤段中上部,距 层底界 般 右。煤层厚 均 为单一结构煤层,物探 线为一单峰异常。煤层厚度南东翼较北西翼厚。具体的:北西翼,局部可采,位于 8 线以东,煤厚≥东翼,大部可采,仅 18 至 22 线之间不可采,煤厚≤层顶板为深灰色泥岩或粉砂质泥岩,偶见岩屑粉~细砂岩;底板为深钻井地质设计 16灰色泥岩,发育水平层理。(6)C 23 煤层层,位于龙潭组中含煤段中部,距 层底界 层厚 平均 简单结构煤层。煤层厚度变化大。北西翼仅 76~80 线之间、12 线附近部分可采,煤厚≥东翼浅部地段、12 线附近部分可采,煤厚≥层顶板为黑色泥岩和灰色岩屑粉砂岩,煤层底板为泥岩和岩屑砂岩。(7)C 24 煤层层,位于龙潭组中含煤段下部,距 层底界 均 层厚 均 层多为单一结构,少数为简单结构。煤层厚度南东翼较北西厚。具体的:北西翼仅 76 线附近、8 至 12 线之间可采,煤厚≥东翼基本稳定可采,煤厚≥煤层顶板为深灰色泥岩或炭质泥岩,部分地段为岩屑粉砂岩,底板为黑灰色泥岩。(8)C 25 煤层层:位于龙潭组下含煤段上部,上距 层底界 茅口组顶界 平均 层厚 构简单、厚度较大且全区可采。煤层厚度北西翼较南东翼厚。具体的:北西翼沿走向中段厚度最大,东、西两端煤层较厚,近两端处煤层变薄;南东翼沿走向两端及中段煤层增厚,近两端处煤层变薄。煤层顶板为黑灰色泥岩或粉砂质泥岩,含星散状和浸染状黄铁矿,常富集成为上硫铁矿层的一部分(B 2 标志层) ,底板为黑色炭质泥岩、泥岩或直接与灰白色含黄铁矿粘土岩接触。钻井地质设计 176 井液性能使用要求钻井液是煤储层接触的第一种、通常也是造成储层伤害最严重的一种外来流体。为了保证煤储层不被污染,对钻井液性能提出如下要求:(1)一开钻进钻井液配制以防塌、防漏为目的,使用常规泥浆,根据现场实际情况进行调整,必要时加入降失水剂和稀释剂,以保证正常钻进,提高钻效。(2)二开钻进钻井液配制以防漏、防涌水、防塌、防煤层污染为目的。目标煤层揭露前采用低固相钻井液钻进,钻井液密度不大于 要时适当加入钾盐、胺盐等防塌处理剂,加入絮凝剂提升岩屑上返能力,达到安全钻进的目的。(3)为保护煤储层,进入含煤地层后,在保证钻井安全与煤层采取率的前提下,尽量采用低固相泥浆(或清水)钻进。身结构采用二开钻进方式(图6入基岩面下20井封固地表疏松层,水泥浆返至地面。轮钻头,钻至C 25煤层底板以下50m 完钻, 井身质量要求钻井施工作业及其质量按《煤层气钻井作业规范》( 0250本项目要求执行,钻井工程质量达到《煤层气钻井工程质量验收评级标准》(Q/优秀级别,井身质量要求见表6深以转盘面为基准,校核钻具实长为准;每钻进100m 应校核钻具长度。表 6身质量要求井径扩大率(%)全井最大井斜角(°)井底最大水平位移(m)全角变化率(°/25m) 全井段 煤层段≤4 ≤30 ≤续三点) <15 <25钻井地质设计 18图 6管技术要求根据钻井过程中各种载荷和压裂压力的计算,选择钢级为 管作为表层套管;选择钢级为 格为 管设计见表 6钻井地质设计 19表 6层气井套管设计表开钻序号 井 径( 井深(m) 套管尺寸 (钢级 壁厚(一开 岩面下 20m 40 底 55 井程序一开结束后,下入表层套管,套管规格为 至距一开孔底 ,使用 G 级石油固井水泥封固地表松散层,井水泥浆返至地面。固井结束侯凝 24h 后,试压 60压降≤为合格。二开完钻后,下入生产套管,套管规格为 产套管串结构:鞋+管+阻流环+管串+位短套管×1 根 +管串 +位短套管×1 根+管串。使用 G 级石油固井水泥,采用变密度固井工艺封固煤系及上覆地层,最上目标煤层段以上水泥浆密度为 他段水泥浆密度 井水泥浆返至地面,固井水泥浆返
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