煤层气孔工程施工设计方案与安全技术措施方案

1 目的任务与要求1.1 目的任务******煤层气参数孔的施工，目的是为该区的煤层气生产潜能评价和开发试验提供可靠的参数依据，评价该区煤层气开发利用价值。

任务有：（1）测定区内煤层气含量；（2)求得煤层渗透率、储层压力、破裂压力及原地应力测试等储层参数；（3)采取全部地质研究所需的煤层煤芯、顶底板及夹矸岩芯，分析化验测定煤层各项物理性质及煤岩煤质特征，同时进行如等温吸附试验、煤的反射率、孔隙度和扩散系数等测试。

1.2 基本参数及技术要求1.2.1 钻孔参数1.2.2 技术要求1、井身结构设计原则：有利于保护煤储层；保护钻井工程满足地质设计要求；满足平衡或近平衡钻进工艺技术要求；避免漏、涌、塌、卡等复杂情况，缩短钻井周期，实现安全快速低成本。

2、钻井液设计技术要求：钻井液是煤层接触的第一种通常也是造成煤层伤害最严重的一种外来流体，所以煤层气孔钻井液设计必须要考虑3个主要因素，尽可能减少对煤层的伤害，保护煤层、井眼、稳定井壁、平衡地层压力、润滑冷却钻头。

①尽可能降低固相含量：为降低成本，非煤系地层可采用普通优质低固相钻井液，煤层段特别是目标煤层段应采用清水或无固相低密度钻井液，密度控制在1.05g/cm3、粘度30s以下。

②尽可能降低失水量：为了防止因钻井液滤液侵入伤害，必须用一些降失水处理剂，将失水量控制在8ml以下。

③适当的PH值：为防止煤层伤害宜将PH值控制在8～9之间。

④钻遇煤层采用低钻压、低钻速、低排量、地射流参数组合钻进，减少煤层段井径扩大率，防止垮塌卡钻。

⑤管好用好固控设备，加强钻井液净化工作，严格控制固相含量，确保煤层段不受钻井液固相污染。

⑥优选施工措施，优选钻头及钻井参数，以加快工程进度，缩短钻井液对煤层的侵泡时间。

3、煤层取样化验要求：该孔设计柱状图显示七2煤遇断层缺失，如果实际施工过程中揭露七2煤，则要求与二1煤一样达到可采厚度时进行现场取样解吸、实验室化验及煤层气参数测试工作。

其它达到可采厚度的煤层，只进行现场取样解吸、实验室化验并参与验收，不做煤层气参数测试工作。

所有达到可采厚度煤层均要求采取煤样及瓦斯样，长度、重量采取率分别不低于75%、60%，所取煤样不污染、不烧变、不混入杂物。

4、取芯技术要求：覆盖层采用无芯钻进，基岩地层大部分采用无芯钻进，二1煤（七2煤）顶板30m至底板20m范围取芯钻进，并采取岩石力学样10组，六、五、四煤顶板10-20m至各煤层底板采用取芯钻进。

要求岩煤芯直径大于等于60mm，岩芯采取率≥60%。

岩芯清洗干净，摆放不颠倒、不混乱、不丢失、不拉长，真实准确量取岩芯长度，按顺序编号，放入岩芯箱妥善保管，及时编录和照相。

取芯段煤层上下10m内至少量取一个岩芯倾角。

5、煤层测试要求：对二1煤（七2煤）达到可采厚度时进行注入/压降测试，获取煤层的有效渗透率、储层压力、压力梯度、调查半径、表皮系数等参数；原地应力测试，获取储层温度、破裂压力、破裂压力梯度、闭合压力、闭合压力梯度等参数。

6、录井技术要求：录井人员在二开至终孔须住在井场，人员分2个班次跟随钻机日常钻进。

要求进行钻时录井、岩屑录井、气测录井及钻井液录井。

7、测斜技术要求：现场测斜使用单点测斜仪，测斜点间距20-30m，钻孔最大孔斜度及终孔斜度不超过3°/1000m，最大全角变化率不超过1.25°/25m，最大水平位移不超过20m，井径扩大率不超过20%。

8、迟到时间测量：指钻到某一深度时所破碎的岩屑，由泥浆带到地面的时间，要求50m测量一次迟到时间。

9、测井技术要求：钻进至二1煤（七2煤）底板5m后进行电测井，确定孔径、井斜、煤层位置。

终孔后进行系统测井。

10、其它技术要求：见基岩、见煤层前（或止煤后）10米、每钻进100米及终孔前及时准确丈量钻具，孔深误差率>1‰时修正报表，并合理平差。

各项原始记录按标准格式，填写准确、清楚，无涂改、刮改现象。

2 编制依据1、《煤炭地质勘查钻孔质量标准》（MT/T 1042-2007）2、《煤田地质钻探规程》（MT/T 1076-2008）3、《地质勘探安全规程》AQ 2004-20054、《煤炭地球物理测井规范》DZ/T 0080-20105、《煤田地质勘探设备操作规程》6、《煤田地质勘探设备维护规程》7、《煤田地质技术管理有关规定》（河南省煤田地质局1992年）8、《煤层气钻井作业规范》（DZ/T0250-2010）；9、《煤层气注入/压降试井技术规范》（QB/MCQ1003--1999）；10、《煤层气地质录井作业规程》（Q/CUCBM0201-2002）；11、《固体矿产资源/储量分类》（GB/T 17766-1999）12、《煤层气资源/储量规范》（DZ/T0216-2002）；3 地质概况3.1 地层及煤层****煤层气参数孔设计孔深1008m，覆盖层厚度34m，基岩段包括三叠系二马营组、和尚沟组、刘家沟组，二叠系下石盒子组、山西组，石炭系太原组上部地层，基岩段总厚度为964m。

该孔主要发育煤层二1煤，层厚度4.0m，底板深度985m。

3.2 地质构造****煤层气参数孔在三叠系刘家沟组与二叠系下石盒子组地层之间发育正断层，造成二叠系石千峰组及上石盒子组地层全部缺失。

4 钻孔结构钻孔结构四级孔径：Φ311mm（Φ244.5mm套管）→换径Φ190mm →换径Φ133mm →换径Φ113mm终孔。

详见附图《12-2煤层气参数孔钻孔结构图》。

5 钻具组合1、开孔钻进钻具组合自下而上依次为：Ф311mm牙轮钻头+Ф159mm钻铤+Ф68mm钻铤+主动钻杆。

2、无芯钻进及扩孔钻具组合自下而上依次为：Ф133mm牙轮钻头+Ф133mm扶正器+Ф68mm钻铤+Ф50mm钻杆+主动钻杆。

3、取芯钻进钻具组合自下而上依次为：Ф113mm金刚石钻头+Ф108mm岩芯管+Ф113mm螺丝头+Ф68mm钻铤+Ф50mm钻杆+主动钻杆。

详见附图《12-2煤层气参数孔钻具组合图》。

6 施工顺序1、一开开孔Φ311mm牙轮钻头钻进至孔深54m进入完整基岩20m，下Φ244.5mm护壁套管，采用水泥浆进行固管，候凝48小时。

2、二开换径Ф133mm牙轮钻头继续钻进，距离六、五、四煤顶板10-20m，换Φ113mm取芯钻进至各煤层底板，距离二1煤（七2煤）顶30m位置即孔深951m，换Φ113mm取芯钻头钻进至二1煤（七2煤）底5m位置即孔深990m，对钻孔进行进行电测井，确定孔径、井斜、煤层位置。

3、根据取芯资料及电测井结果，对二1煤（七2煤）进行注入/压降测试工作。

4、Φ113mm取芯钻头继续钻进至终孔孔深1008m，终孔进行系统测井。

5、换径Ф190mm牙轮钻头对直径Ф133mm孔段进行扩孔至金斗山砂岩底界即孔深612m。

6、组织现场质量验收，判定该孔是否作为煤层气生产井，是否进行封孔。

7、若该孔不作为生产井，进行水泥浆封闭。

8、若确定作为生产井，重新编制施工组织设计及施工安全技术措施。

7 录井****煤层气参数孔录井包括：钻时录井、岩屑录井、气测录井及钻井液录井，录井工作主要由河南省煤田地质局一队完成，要求平煤股份勘探工程处钻机地质员、钻探技术员、泥浆管理员密切配合，并严格按工程设计施工。

录井人员工作内容及注意事项：1、钻时录井：是利用钻穿单位厚度岩层所需时间来推断井下岩层性质的录井方法，钻时录井要求每米记录一个钻时，对应报表为钻井井史的钻时部分。

需钻机提供钻压、转速、排量、泵压、泥浆性能等数据。

录井仪到场之前由录井人员手动测量，录井仪到场之后仪器自动记录。

2、岩屑录井是对钻井岩屑进行的检测和编录工作。

钻井过程中岩屑随着钻井液的循环，不断地返至地面。

岩屑是及时认识地层岩性和含气层的直观材料。

按一定深度间隔取样，并按岩屑迟到时间作深度校正。

对每次取得的混杂样品进行挑选，排除坍塌的岩块后，进行肉眼或显微镜下地质观察、描述、定名，分别求出各种岩屑样品的质量或体积百分比，确定取样深度的岩石类别，配合其他录井资料，作出井下岩屑地层剖面图。

岩屑录井要求每1ｍ取样一包，样品重量不少于500g，及时进行岩屑描述编录，绘制地层剖面柱状图，准确判层为取芯层位提供依据，严格按迟到时间定点捞样，并将岩屑洗净晾干妥善保管。

岩屑由录井人员鉴定，捞岩粉的时间由录井人员告知钻机小班记录员，小班记录员须按录井人员要求捞样、洗样和装袋。

3、气测录井是安置在振动筛前的脱气器获得从井底返回的钻井液所携带的气体,对其进行组分和含量的检测和编录,从而判断煤气层的工作称为气测录井。

其作用为：①发现煤气层；②初步判断煤气层；③初步判断煤气层。

钻井液密度、钻头尺寸、钻进速度、钻井液排量等钻井工程因素都可能影响气测值。

相同性质的煤气层,在不同条件下钻井,会产生不同强度的气测异常。

气测录井采用ZSY2006气测录井仪，全程进行气测录井，收集各煤层段的含气情况。

4、钻井液录井是钻井过程中，每隔一定时间或每隔一定深度，将返出井口的泥浆取样观察和分析化验，了解它的密度、黏度、失水量、泥饼、含砂量、pH值等等，把这些资料连续绘成曲线即为钻井液泥浆录井曲线。

钻井液录井要求每班必须收集一次钻井液性能测定。

录井需钻机配合的事项：为录井人员提供一套活动房，平整一块4m*4m，高出地面10cm的场地，用来存放岩屑，准备清洗岩屑的筛子、水池等。

准备单点测斜仪、泥浆测试仪器等。

提供专职的小班记录员3个，不能班长代替。

在正常钻进的同时，有义务配合录井人员搞好现场技术工作。

小班记录员：1、记录报表：为平煤集团平常使用的小班报表，要求钻具丈量必须准确，钻具结构尤其在交接班时一定要交代清楚，准确简易水文观测必须如实观测，每百米丈量一次钻具。

2、每个班次测量一次泥浆参数。

3、配合录井人员捞岩粉，捞岩粉时间由录井人员告知，岩粉在井口捞，捞出的岩粉要洗净，按顺序放好。

4、录井人员提出报表存在问题或其他工作不到位的，必须改正。

8 注入/压降测试8.1 测试设备1、地面注入设备地面注入设备包括注入泵、储液罐、高、低压管、压力表等，目的是将储液罐中的液体以高压注入井中。

2、地下测试工具井下测试设备由井下关井阀、封隔器、电子压力计等组成，目的是为了准确连续记录注入及关井状态下井底压力及温度，进而求取各项煤层参数。

3、地面直读设备在注入及关井阶段的参数可通过井下直读电子压力计随时反映到地面计算机上以监测和分析数据，能提高试井的成功率。

试井数据分析解释软件，用于试井数据准备、数据分析和处理，数据分析主要通过图形并结合表格的形式进行操作，使得结果比较直观，操作简单、容易。

8.2 测试工艺1、地面设备准备①对试井设备、仪表、压力计等进行检查、保养。

②封隔器地面装配。

③通井循环，确保测试管柱起下通畅、井底干净、测试煤层完全裸露。