大宁区块煤层气钻井二期工程第一标段12口井钻井地质设计

大宁区块煤层气钻井二期工程第一标段12口井钻井地质设计
建设单位：山西兰花煤层气有限公司
设计单位：北京九尊能源技术股份有限公司
设计日期：2011年11月1日
大宁区块煤层气钻井二期工程第一标段12口井（LD-013、LD-014、LD-015、LD-016、LD-017、LD-018、LD-019、LD-020、LD-024、LD-025、LD-054、LD-059）
钻井地质设计
设计人：
日期：年月日
审核人：
日期：年月日
审批人：
日期：年月日
目录
一、自然地理环境概况 (1)
二、区域地质概况 (1)
1．基本情况 (1)
2．构造特征 (1)
3．含煤层简况 (2)
4．煤层含气性 (3)
5．邻井地层分层及煤层数据 (3)
三、设计依据及钻探目的 (4)
1．设计依据 (4)
2．钻探目的 (4)
四、设计地层剖面及预测煤层位置 (4)
1、设计地层分层 (4)
2、分组地层岩性简述 (5)
3、预测煤层位置 (6)
五、井身结构及井身质量要求 (7)
1．井身结构 (7)
2．井身质量 (7)
六、地层压力预测及钻井液性能要求 (7)
1．地层压力预测 (7)
2．钻井液性能要求 (8)
七、地质资料录取要求 (8)
1．钻时录井 (9)
2．钻井液录井 (9)
3．岩屑录井 (9)
4．循环观察 (9)
5．地球物理测井 (9)
八、技术说明及要求 (10)
九、提交资料要求 (11)
1．钻井资料 (11)
2．测井资料 (12)
附图1：大宁五区块煤层气勘探开发交通位置图
附图2：大宁区块地层综合柱状图
大宁五区钻井地质设计
一、自然地理环境概况
大宁煤层气田位于沁水盆地南部，北纬36°以南，属沁南煤层气田一部分。

行政区划隶属于山西省晋城市。

主体部分位于山西省阳城县境内（附图）。

大宁五号区块位于沁南煤层气田西南部，主体为丘陵山地，沟谷发育，切割较深，地势西高东低，地面海拔600-1100m。

较大的河流为芦苇河，年正常流量0.22-9 m3/s。

气候为大陆性气候，昼夜温差较大，年平均气温11.7℃。

年降雨量600-700mm，年蒸发量1600-1900mm，风向以西北风为主，霜冻期11月至次年3月，冻土层最大厚度60cm。

东部有太原—郑州铁路及207国道通过，晋—沁高速公路及陵沁省道横穿本区，交通十分方便。

二、区域地质概况
1．基本情况
大宁煤层气田位于沁水盆地南部，东临太行山隆起，西临霍山凸起，南为中条山隆起，北部连接沁水盆地腹部，是以石炭-二叠系含煤沉积为主的富煤区。

本区煤层厚度大，分布稳定、热演化程度高，含气量大，煤层气资源丰富，煤层埋深小于1000m，一般在300-600m之间，适合煤层气的开发，是煤层气勘探有利地区。

大宁五号区块作为沁水盆地南部的一部分，多年来不同程度的开展了煤田勘探和煤层气勘探开发工作，进行了煤田普查勘探，以钻探为主，辅以二、三维地震，勘探程度为找煤-普查区。

2．构造特征
沁水盆地为华北地台山西隆起上的一个中生代以来形成的构造型复式盆地。

阳城煤层气田构造处于沁水盆地南部晋城马蹄形斜坡带，东为太行山复式背斜隆起，南为中条山隆起，西为霍山凸起，北部与盆地腹部相接。

大宁五号区块西、南方向为隆起区，东部为一组北东-东西向正断层组成的弧形断裂带，寺头-后城腰断裂带，北部与沁水盆地腹部相接。

区内地层倾角一般为10°左右。

区内断层较少，无岩浆活动，属构造相对简单的斜坡带。

大宁五号区块与盆地腹部生气中心衔接，成为烃类运移指向，煤层次生割理发育，物性很好，为煤层气高产富集特别是形成高饱和煤层气藏创造了有利条件。

3．含煤地层简况
大宁五号区块地层由老至新包括下古生界奥陶系中统峰峰组（O2f）、上古生界石炭系中统本溪组（C2b）、上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1s）、下石盒子组（P1x）、上统上石盒子组（P2s）、石千峰组（P2sh）、第四系（Q），其中主要含煤地层石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，在盆地内分布广泛，是本区煤层气勘探主要目的层。

二叠系下统山西组（P1s）厚33m ~64m，平均厚45m，主要岩性为泥岩、粉砂岩、砂岩及煤层。

含煤1~3号层，其中3号煤层为全区稳定可采煤层，本组以底部K7砂岩与太原组分界。

K7砂岩为灰色中——细粒砂岩，局部相变为粉砂岩。

3号煤位于K7砂岩之上，与K7砂岩之间多为黑色泥岩，局部与K7砂岩直接接触。

3号煤层距下石盒子组底砂岩（K8砂岩）一般30m左右，其间主要为粉砂岩和泥岩，夹有不
稳定的1号、2号煤层。

石炭系上统太原组（C3t）厚64m~105 m，平均80m，其主要岩性为石灰岩、砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩及煤层，上述岩性交互出现，为典型的海陆交互相沉积组合，其中含灰岩5~6层，含煤10层左右，可采煤层15号煤位于本组下部。

4．煤储层含气性
大宁五号区块一期工程资料表明，该区3号煤层厚平均在5m左右。

3号煤层原煤含气量平均在16m3/t。

解吸气主要成分为甲烷，并含有极少量的CO2和N2，属优质煤层气。

5．邻井地层分层及煤层数据
表1 邻井地层分层数据表
地层年代LD-010井LD-011井LD-012井
界系统组
底界
深度
（m）
厚度
（m）
底界
深度
（m）
厚度
（m）
底界
深度
（m）
厚度
（m）
新生界第
四
系
15.00 15.00 4.00 4.00 9.40 9.40
古生界二
叠
系
上
石千峰组
405.00 390.00 431.80 404.00 419.00 409.60 上石盒子组
下
下石盒子组449.00 44.00 452.00 48.00 459.00 40.00 山西组501.00 52.00 511.00 59.00 522.00 63.00
石
炭
系
上太原组
538.36
▲
37.36
559.00
▲
48.00
566.00
▲
44.00
表2 邻井主要煤层统计表
井号层位煤层号煤层井段（m）煤层层数煤层厚度（m）LD-010井P1s 3号484.39-487.18 1 2.79
LD-011井P1s 3号497.28-503.16 2 5.88
LD-012井P1s 3号505.55-511.54 1 5.99
三、设计依据及钻探目的
1．设计依据
①依据山西兰花集团2011年生产建设任务；
②大宁五号区块煤层气勘探部署图、3号煤埋深图、煤层等厚图、煤层对比图等；
③LD-010井、LD-011井、LD-012井等井钻探成果。

2．钻探目的
①控制区域储量；
②建3号煤煤层气产能；
③地面预抽、降低煤层瓦斯含量。

四、设计地层剖面及预测煤层位置
1．设计地层分层（见表3）
设计地层分层依据区域地层分层情况、地质构造及LD-010井、LD-011井、LD-012井及煤孔资料进行推断，与实际存在一定误差，在钻井过程中应根据录井情况及时进行地层分析对比，确定层位，卡准目的煤层。

表3 大宁五号区块煤层气井设计地层分层数据表
地层年代设计地层分层故障提示
界系统组(代号) 底界深度
（m）
厚度（m）
防垮
防漏
新生界第
四
系
10-25 10-25
古生界二
叠
系
上
石千峰组（P2sh）
421-478 403-458
上石盒子组（P2s）
下
下石盒子组
（P1x）
463-521 40-50
山西组（1s）542-620 40-50
防垮
防漏
防污染石
炭
系
上太原组（C3t）542-620
（未穿）
具体单井分层数据详见地质任务书。

石千峰组与下伏地层未分界。

2．分层地层岩性简述
本区自下而上地层依次为：
石炭系上统太原组（C3t）本组厚64.44~105.44m，平均79.18m，是区域主要含煤地层之一，与下伏本溪组呈整合接触，或超覆于马家沟组之上，呈平行不整合接触。

岩性主要为泥岩、砂岩、粉砂岩、灰岩及煤层（线）等，几种岩性呈交替出现的互层状。

含灰岩5~6层，灰岩中多含燧石结核和蜒科化石，层位稳定，特征明显，是本组良好的标志层；含煤10层左右，其中15号煤层为井田稳定可采煤层，赋存于本组下部。

本组为典型的海陆交互沉积相含煤建造。

二叠系下统山西组（P1s）本组厚33.4~63.54m，平均厚45.00m，是区域主要含煤地层之一，与下伏太原组整合接触。

岩性以灰——深灰色泥岩、粉砂岩、砂岩及煤层为主。

含煤1~3层，其中3号煤层为
全区稳定可采煤层，赋存于本组下部。

成煤环境主要为三角洲平原泥炭沼泽和泛滥盆地泥炭沼泽环境。

二叠系下统下石盒子组（P1x）本组厚60.25~135.0m，平均厚85.7m，与下伏山西组呈整合接触。

底部为灰白色中粒岩屑石英砂岩（K8砂岩），下部为褐黄、灰黄色砂岩、泥岩，上部为杏黄色砂质泥岩夹灰黄色砂质泥岩，顶部常见1~2层由紫红色，灰白色等杂色组成的含铝土质泥岩，具明显的鲕粒结构，鲕粒成分多为铁锰质，俗称“桃花泥岩”，为区域上、下石盒子组地层的分界标志层。

本组沉积环境为大陆河流——湖泊环境。

二叠系上统上石盒子组（P2s）本组厚度一般在460m左右，为本区主要出露地层，与下伏下石盒子组整合接触。

岩性以杏黄色，黄绿色粉砂质泥岩，泥岩及砂岩为主，夹少量紫色粉砂岩、粘土岩。

沉积环境为大陆河流——湖泊环境，根据岩性组合特征，本组可分为三个岩性段。

二叠系上统石千峰组（P2sh）本组地层出露不全，局部缺失。

最大残留厚度为141.0m，与下伏上石盒子组整合接触。

岩性下部以紫色、暗紫色泥岩与黄色细砂岩互层为主，交错层理及斜层理发育，局部含钙质结核，上部以暗紫色，黄绿色粉砂质泥岩为主，夹中粗粒长石石英砂岩。

第四系（Q）本组厚0~30m，分布于山梁及沟谷中，与下伏地层角度不整合接触，岩性为浅灰、浅黄色亚砂土，浅红色亚粘土，局部夹有砂层，结构较松散，含钙质结核。

3、预计煤层位置
山西组3号煤为主要钻探目的层，根据本区构造形态、邻井煤层对比，预计本区进山西组30-50m钻遇3号煤，煤层厚约4.5-7.5m。

各井主要煤层分布数据详见地质任务书。

五、井身结构及井身质量要求
1．井身结构（见表4）
表4 设计井身结构数据表
开钻次序
钻头尺
寸（mm）
井段
（m）
套管尺寸
（mm）
套管下深
（m）
水泥返深
（m）
一开311.1 见地质任务
书
244.5（表层套
管）
见地质任务
书
地面
二开215.9 见地质任务
书
139.7（生产套
管）
见地质任务
书
见钻井工程设
计
注（1）一开完钻原则：钻穿第四系黄土层，进入基岩10m完钻。

（2）139.7mm生产套管下深、阻位视实际完钻井讨论定，确保人工井底位于山西组3号煤底以下40m。

（3）139.7mm生产套管固井候凝48小时以上电测固井质量，试压20Mpa经30min压降不大于0.5Mpa为合格，并经固井质量测井检验。

2．井身质量
井身质量按钻井任务书执行（表5）
表5 井斜、水平位移数据表
井型
井段
（m）
井斜
（°）
水平位移
（m）
全角变化率
（°/25m）
直井0-1000 ≤3 ≤20 ≤1.25
若为定向井，靶心距小于20m。

六、地层压力预测及钻井液性能要求
1．地层压力预测
根据邻井及煤层钻探资料预测，本区属正常或欠压地层，压力系
数0.8-1.0，在钻井过程中应加强地层压力监测，根据预测地层压力对各项工程参数及钻井液性能及时进行调整，以达到保护煤层和优质高效钻井的目的。

2．钻井液性能要求
（1）一开：采用水基钻井液，性能以防垮、防漏、安全钻井为目的，具体钻井液性能参数可根据实际情况确定。

（2）二开：采用水基钻井液钻进。

在山西组以上井段，可适量加入般土、纯碱处理剂，以稳定井壁，但应尽量控制钻井液和固相含量。

进入山西组（目的层段）至完钻要求换浆，使用清水钻进，严格控制钻井液相对密度≤1.03，粘度≤30s。

严禁加入高聚物处理剂和不溶性无机物，降低钻井液对煤层造成的污染。

（3）进入目的层段（山西组）钻遇垮塌、井漏等特殊地层以及钻井液密度不能平衡地层压力，需要调整钻井液密度时，施工单位应及时上报有关部门，确定处理方案后再实施。

（4）防止煤层损害的要求：
建立健全煤层保护监督管理体系，对全体施工人员进行保护煤层教育，以保证各项措施落实到位。

严格执行钻井液设计，采用平衡钻井方式钻进。

物别是从进入目的层至井底采用清水基无固相低密度钻井液钻进。

优选钻井参数，加快钻井速度，以减少钻井液浸泡煤层时间。

详细钻井液设计见钻井工程设计。

七、地质资料录取要求
该区所有的煤层气井在目的层段都进行地质录井和地球物理测
井。

具体要求如下：
1．钻时录井
设计3号煤层顶（详见地质任务书）以上200m至井底，每1m取样一点。

2．钻井液录井
进入主要目的层段尽量降低钻井液对煤层造成的污染。

切实做好钻井液性能测定，及时观察槽面显示、井涌、井漏等现象并做好记录。

二开以后，要求每班作一次全套泥浆性能测定，每20m作一次密度、粘度测定。

如发现异常，应连续测量密度、粘度，同时作好槽面气泡大小、产状、占槽面百分比、槽面上涨高度、进出口泥浆性能变化等详细记录。

3．岩屑录井
自设计3号煤层顶（详见地质设计任务书）以上200m到井底，每1m取样一包（500g）。

要求录井前实测迟到时间并严格按照迟到时间定点捞砂，认真观察岩屑，识别主力煤层并认真填写记录，为判断完钻井深提供依据。

开发井煤层以及煤层顶底（煤顶上及煤底下各10包）装袋装箱随地质资料上交甲方。

4．循环观察
进入目的层段，遇钻时加快地质现象时，立即停钻循环钻井液，观察井口、泥浆槽液面，记录变化情况，以便准确判断地层层位和主力煤层。

5．地球物理测井
采用国产小数控测井系列，主要测井内容如下：
（1）组合测井
项目比例井段
井径1:200 3号煤层顶以上150m-井底
双侧向1:200 3号煤层顶以上150m-井底
自然伽玛1:200 3号煤层顶以上150m-井底
补偿密度1:200 3号煤层顶以上150m-井底
补偿声波1:200 3号煤层顶以上150m-井底注：①井斜测井现场提交1点/25m井斜数据表。

②回放1:500自然伽玛及双侧向曲线。

（2）固井质量测井
项目比例井段
声幅1:200 水泥返深以上50m-阻流环
变密度1:200 水泥返深以上50m-阻流环
磁性定位1:200 水泥返深以上50m-阻流环
自然伽玛1:200 水泥返深以上50m-阻流环注：实际测井井段由现场地质监督确定。

（3）工程测井
项目比例井段
井斜1:200 套管鞋-井底
八、技术说明及要求
1．在钻井过程中必须严格执行地质指令。

施工中如实际情况与地质设计有大的出入，现场监督经请示甲方后可根据情况调整地质要求，
工程方面必须预以配合。

2．钻遇层位难以确定时，钻井方面应停钻循环，配合地质方面搞清地下情况。

3．钻井过程中各项资料、数据要齐全、准确，做到地质、工程对口。

4．进入目的层以前，钻井液净化系统设备要齐全，运转要正常，减少钻井液中固相颗粒对煤层的污染。

5．测井时工程方面需确保井眼畅通，若需通井或打捞等，工程方面要做好配合。

6．钻井施工过程中要对煤层采取必要的保护措施。

九、提交资料要求
1．钻井工程及地质资料
（1）钻井工程设计（1份）
（2）钻井井史（1份）
（3）原始记录表（1份）
（4）原始档案记录（一开验收单、二开验收单、表层套管记录、表层固井记录、测井现场成果表、生产套管记录、生产套管固井记录、见煤预告书、井史记录、煤层验浆单、试压单、钻井地质基本数据表、井场泥浆固化验收单）（1份）
（5）钻孔简易水文整理表（1份）
（6）岩屑描述记录（1份）
（7）原始录井图1：500（1份）
（8）综合柱状图1：200（4份）
（9）完井报告（4份）
（10）各种成果资料电子版（1份）
2．测井资料
（1）标准测井图1:500
（2）综合测井图1:200
（3）固井质量检查图
（4）测井解释成果表（井斜数据、岩性解释、地层数据、投影图）（5）原始记录磁带和成果光盘
*甲方要求的其它资料。