1、煤层气孔施工组织设计及安全技术措施讲解*煤勘探区*孔钻井施工设计书 编制单位：*编制时间：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 钻孔参数钻孔编号设计坐标(XYZ)地理位置3796957m3844
2、0119m185m*设计孔深终孔层位孔径（四级）表层套管1008mC2t上311mm - 190mm - 133mm - 113mm244.5mm1.2.2 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。 尽可能降低固相含量：为降低成本，非煤系地层可采用普
3、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。 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。 适当的PH值：为防止煤层伤害宜将PH值控制在89之间。 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。 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。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。钻井液设计表钻井液性能一开二开Q-T2erT2er-P1xP1s
4、-C3t常规性能钻井液体系低固相钻井液无固相钻井液清水密度（g/cm3）1.05-1.101.05-1.101.01-1.03马式漏斗粘度（s）30-4530-4528-30API滤失量（ml）8滤饼(mm)0.5含砂量（%）0.5PH值8-9初切/终切（Pa）0-2/2-4流变参数塑性粘度（mPa.s）15-20n值0.4-0.8固相含量%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、
5、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，
6、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：311mm（244.5mm套管） 换径190mm 换径133mm 换径113mm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：311mm牙轮钻头+159mm钻铤+68mm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：133mm牙轮钻头+133mm扶正
7、器+68mm钻铤+50mm钻杆+主动钻杆。3、取芯钻进钻具组合自下而上依次为：113mm金刚石钻头+108mm岩芯管+113mm螺丝头+68mm钻铤+50mm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311mm牙轮钻头钻进至孔深54m进入完整基岩20m，下244.5mm护壁套管，采用水泥浆进行固管，候凝48小时。2、二开换径133mm牙轮钻头继续钻进，距离六、五、四煤顶板10-20m，换113mm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113mm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
8、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、113mm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190mm牙轮钻头对直径133mm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，
9、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
10、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1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：发现煤气层；初步判断煤气层；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
11、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
12、。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
13、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、地面设备准备对试井设备、仪表、压力计等进行检查、保养。封隔器地面装配。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。用钢丝绞车探测井深，并与钻探井深和测井所测井深结果对比。根据测井结果和岩芯确定封隔器座封位置。地面连
14、接下井测试管柱，记录每一部件的名称、尺寸及长度。组织施工及有关协作人员，交待测试注意事项并分工，确保测试顺利进行。2、测试步骤 测试管柱连接及试压：测试管柱下井，记录下入油管的根数及长度；安装和连接井口设备；测试管柱试压，压力8.0MPa，稳压30分钟合格。如发现泄漏，应查明原因后重新试压；用注入水顶替井下测试管柱中和封隔器以下井筒中的钻井液；封隔器座封。微破裂测试：以不同排量向地层注入液体，直到“越过一个台阶”为止，在破裂压力前后至少各有三次不同排量数据；停泵地面关井，记录关井压降1小时，确定煤层破裂压力和闭合压力。求取煤岩层破裂压力、求取煤岩层在破裂时的注入量、指导下一步注入/压降测试的泵
15、压及排量。 注入/压降及原地应力测试：启动地面注入泵准备注入，根据设计的注入排量进行调节，观察注入压力的变化，选择合适的排量进行注入，注入排量应尽量保持稳定；调节排量的时间不应超过设计注入时间的四分之一；注入时间按设计计算的时间加以控制，井口注入压力应控制在所设计的最大注入压力值以下；记录井口压力、注入排量、累计注入量，记录时间间隔不超过10分钟；按设计的注入时间持续注入；注入结束后，采用井下关井；关井结束后，进行原地应力测试。9 注入/压降测试注意事项1、排量测试工艺最关键的因素之一是测试中注入排量的控制，注入排量不单单是指排量的大小，更主要的是排量的恒定，因它是测试资料解释准确与否的前提。
16、2、采点由于煤层大多为低压低渗储层，为确保取得合格的压力资料，应选择高精度的存储或直读式电子压力计，每次施工至少使用两只，以防其中一只出现故障，或出现压力异常时进行对比。根据几次施工中电子压力计获取的采点密度分析。3、测试 注入时间：在注入期为了使测试半径足够大，开井注入时间一般不小于10小时，注入量极小时可延长至1520小时。注入半径不小于5m（大于钻井、完井滤液污染范围）。排量、泵压：注入过程中排量应该稳定，在开始注入的前1小时排量可以有些波动，进行必要的调整，但在注入2小时以后排量应该保持稳定（微小波动可以），否则将影响参数解释结果。 数据记录：为防止自动流量计出现故障，注入期间除用流量
17、计连续记录地面泵压和注入量外还需人工记录，记录间隔为5至10分钟。4、关井在采用MFE（常规地层）测试工具时，关井操作必须迅速一次完成，不能在短时间内重复开关井，比如认为第一次没关好，马上再关一次，这样就造成关井早期数据不能应用，影响解释结果。由于煤层特有的储层特性，决定了注入压降试井是获得地层参数最有效的方法，为了保证求出参数，采用加长压降时间的方法，一般是注入期的5倍，测试一层最少3至4天。10 设备选型及安装10.1 施工设备 1、钻塔：22.5m四角钻塔。 2、钻机：TXB-1600型一台。 3、泥浆泵：NBB-250/60型一台。4、动力机：电动机45KW一台5、柴油机6135型一台
18、（备用）。10.2 设备安装1、钻塔基台采用上下双层木质结构，基台木断面400mm*400mm，基台木数量8根，不使用腐朽、断裂的基台木。钻塔基台安装稳固、周正、水平，钻塔底座与基台连接使用直径18mm螺栓连接。2、钻塔底座与基台安装校正完毕后进行钻塔安装。 3、钻塔安装前由安装现场负责人召开安全会，明确分工，统一指挥，安装班长亲自检查绞车、桅杆、滑车、绳索、工具等是否安全可靠。 4、安装作业人员按规定穿戴好手套、安全带、安全帽等防护用品，安全带的背绳长度大于3m，低挂高用，防止坠落事故。 5、安装作业人员扎住裤脚，不穿光滑底、硬底鞋。 6、塔上与塔下不同时进行作业，不由上向下或由下向上抛扔塔
19、材、工具等，吊放塔材或工具时捆绑牢固，非工作人员不在施工现场逗留。 7、钻塔及场房围设塔衣，塔衣设腰绳围箍，并分布均匀，确保防风、防雨。 8、钻塔基台操作部位，铺设厚度50mm木质地板，确保平整、稳固、防滑。 9、遇5级以上大风，不进行安装、拆卸钻塔。夜间无充分照明时，不进行安装、拆卸钻塔。 10、钻塔安装期间，钻塔周边25m范围派员进行戒严，禁止任何无关人员进入施工现场，操作人员在现场指挥的安排下站到指定位置。 11、钻塔安装期间，派专人观察钻塔与高压线的安全距离。 12、钻塔安装同时安装避雷针设施，高度高出塔顶1.5m以上，接闪器采用高压瓷瓶固定，并与钻塔绝缘。避雷针的接地极距钻塔绷绳3m
20、以外，接地电阻小于15，避雷针引线与钻塔绷绳的间距大于1m。 13、钻塔绷绳直径16mm，4根绷绳沿钻塔四周均匀分布，钻塔地锚锚坑距离钻塔23m，钻塔地锚锚坑规格1500mm*500mm*1500mm（长*宽*深），地锚规格1500mm*400mm*400mm（长*宽*高）方木。 14、钻塔安装作业开始前，到处有关安全管理部门办理高空作业票证。 15、钻塔设备安装调试工作完成后，通过勘探工程处有关部门的现场验收，验收合格后开始下一步施工作业。 16、安装验收合格后，通知河南省煤田地质一队葡萄寺项目部复测钻孔坐标。11 钻进参数及安全措施11.1钻进参数 使用钻头 钻压转速 泵量/风速 牙轮 最
21、大 75转/min 最大金刚石复合片 6001200kg250-500转/min 60-80L/min11.2牙轮钻进安全措施1、第四系覆盖层及基岩无芯孔段，采用311mm/133mm三牙轮钻头钻进，及时使用加重钻铤加压，开孔轻压慢转，粗径钻具随孔深增加逐渐加长。基岩扩孔段采用190mm三牙轮钻头，注意控制钻头压力，避免牙轮钻头损坏。2、牙轮钻头回次钻进时间不易过长，及时起钻对牙轮钻头进行清洗、注油，检查牙轮钻头是否松动掉齿。如轮齿高磨损1/2；轴承间隙2mm；钻头外径均匀磨损5mm；牙轮体、轴承、支撑巴掌有严重变形或断裂现象时不得再用。3、牙轮钻头应按磨损后直径从大到小排队使用。11.3金刚
22、石复合片取芯钻进安全措施1、金刚石复合片取芯钻头与扩孔器配套使用，根据钻头的磨损情况排队轮换，拧卸钻头或扩孔器时用专门的自由钳。2、下钻时当钻头距孔底0.30.5m处，先开泵冲孔，然后慢扫至孔底，钻进数分钟后再施加正常参数。3、新钻头“初钻”操作，即轻压、慢转10分钟后逐渐加至正常技术参数。4、不用金刚石取芯钻头扫孔、扫残留岩芯、扫掉块、扫探头石、扫脱落岩芯。5、上下钻遇阻轻钻无效、钻速骤降、发现烧钻征兆、钻进中打滑时提钻。11.4下套管安全措施1、开孔钻进进入坚硬完整基岩20m后，下入孔口护壁套管进行水泥浆固管。2、孔口护壁套管下管前采用带同径导向钻具，换径钻进3m5m，并彻底清理孔底。3、
23、下套管前使用较长同径钻具进行探孔。4、提前准备齐全下套管所用工具。5、下管前检查套管两端是否平整，不合格者不下入孔内。6、下管前准确丈量每根套管长度，编号排队，记录在原始班报表中。7、下管时严格控制下管速度，中途遇阻应提出套管，重新通孔，不采用冲击或开车强力扭转方式处理，不使用管钳拧卸套管12 冲洗液与护壁堵漏12.1 冲洗液类型1、覆盖层黄土乱石地层钻进使用黄土泥浆。2、基岩无芯钻进使用优质低固相化学泥浆。3、目标煤层取芯段采用清水或无固相低密度钻井液。12.2 冲洗液循环系统12.2.1 储浆池、沉淀池、循环槽的规格及要求1、循环系统包括储浆池、水源池、沉淀池及循环槽。2、储浆池及水源池的
24、规格4m*3m*1.4m（长*宽*深），沉淀池的规格0.5m*0.5m*0.6m（长*宽*深），沉淀池3个，循环槽的规格0.3m*0.2m（宽*深），循环槽的总长度16m，坡度为1/100，每隔1.5m设一挡板，便于岩屑的沉淀。3、储浆池、水源池距离后场房1.5m。12.2.2 机械净化设备的安装使用细目振动筛进行机械除砂，孔口出来的泥浆通过泥浆泵导入振动筛，振动筛通过电机带动激振器旋转，产生周期变化的惯性力，泥浆固相颗粒进入筛面，在筛面上做抛掷运动，将大小不等的固相颗粒分离去除，泥浆处理后经沉淀池进入储浆池。12.3 冲洗液配比及性能低固相化学泥浆使用优质钠膨润土做造浆材料，加入聚丙烯酰胺、
25、聚丙烯晴、广谱护壁剂、腐植酸钾、烧碱溶液等处理剂。双聚泥浆配比（1m3）：成份膨润土水纯碱聚丙烯晴PAM(干粉)PAM(胶体)加量kg406090095023360.30.5515双聚泥浆性能指标：比重粘度（s）失水量（ml/30min）泥皮（mm）含砂量（%）PH值固相含量（%）1.021.061823 8100.510.5289 46 为了减少对煤层的伤害，保护煤层、井眼、稳定井壁、平衡地层压力、润滑冷却钻头，测试目的煤层取芯段采用清水或无固相低密度钻井液，无固相低密度钻井液密度控制在1.05g/cm3、粘度20s以下、失水量控制在10ml以下、PH值控制在89之间。施工时可以购买配制无固
26、相低密度聚合物钻井液或泡沫钻井液的材料，钻井液配制依据商家提供配方完成。12.4 冲洗液管理1、钻机大班人员负责循环泥浆的设计、配制、测试及日常检查工作，小班配兼职泥浆管理员，负责泥浆的日常管理、测试和调整工作。2、现场配备黏度计、密度计、失水计、量杯和PH试纸等测试器具，及时进行测试，正常情况每班测试一次，调整前和调整后测试一次。3、每班安排人员进行振动筛除砂、捞渣工作，泥浆池内不能有杂物。4、现场配制水解聚丙烯酰胺、水解聚丙烯晴、广谱护壁剂及烧碱溶液，并妥善保管，防止有毒处理剂对人体的伤害，钻机大班人员掌握各种泥浆处理剂的性能及作用。5、现场储备充足的黄土、膨润土及泥浆处理剂等造浆材料，储
27、备充足的水泥、锯末等堵漏材料。12.5 堵漏1、发现漏失，详细观测并记录泥浆漏失量、孔内稳定水位，分析漏失原因，判断漏失位置是孔底或是原漏失段漏失，可根据提出钻杆湿痕位置，判断孔内水位。2、轻微漏失采用加锯末进行堵漏，严重漏失采用注水泥浆护壁堵漏，或采用黏土球孔口投入，钻头挤压黏土球堵漏，再注水泥浆充填。3、严重漏失可能造成孔壁坍塌，堵漏的同时考虑孔壁稳定因素，避免埋钻卡钻事故。13 测井煤层气参数测试前进行电测井，确定孔径、井斜、煤层位置。终孔后进行系统测井，使用数字测井仪全孔测井，测井参数为HGG、HG、DLW、DZW，并进行简易测温。14 钻探工程质量目标及提高工程质量的措施14.1 岩（煤）芯14.1.1 岩（煤）芯采取与整理 二1煤(七2煤)采取煤样、瓦斯样，所采取煤样不污染、不烧变、不混入杂物，进行煤层结构、构造、煤岩特征、与顶底板的接触关系。 煤芯煤样用结实、干净的塑料袋包装，无裂口、漏气，认真填写煤层取样表，字迹清楚，数据准确。 煤芯长度、重量采取率分别不低于75%、60%，煤样不缩份，尽可能多取样，煤芯取出到采样结束不超过12h，采样到送化验室不超过3天。 采取岩芯用清水洗净编号，真实准确量取岩芯长度，按上下顺序装入岩芯箱，张贴回次
