煤層氣勘探開發(fā)與規(guī)劃課程設(shè)計

1、<p>　　《勘探開發(fā)與規(guī)劃》課程設(shè)計</p><p><b>　　一、基本數(shù)據(jù)4</b></p><p>　　二、目標(biāo)區(qū)地質(zhì)條件及井位選擇5</p><p><b>　　1、交通位置5</b></p><p><b>　　2、構(gòu)造情況5</b></p&

2、gt;<p>　　3、煤層氣地質(zhì)學(xué)特征6</p><p>　　3.1 煤質(zhì)特征6</p><p>　　3.2 煤階分布及其影響因素6</p><p>　　3.3 煤層氣成分與含量6</p><p>　　3.4 煤層氣吸附量7</p><p><b>　　3.5儲層溫度7</b&

3、gt;</p><p>　　3.6煤儲層滲透性8</p><p>　　3.7 頂、底板巖石力學(xué)性質(zhì)8</p><p>　　3.8 井田水文地質(zhì)8</p><p><b>　　4、井位選擇12</b></p><p>　　5、鉆井風(fēng)險分析12</p><p>　　三

4、．WC試1井區(qū)布井方案及鉆探目的任務(wù)12</p><p><b>　　四、設(shè)計依據(jù)13</b></p><p>　　五、設(shè)計地層剖面及預(yù)測目的煤層厚度和深度13</p><p>　　1、設(shè)計分層（表5-1）13</p><p>　　2.分組底層巖性描述14</p><p>　　六、儲層壓

5、力預(yù)測、鉆井液性能要求及井控技術(shù)15</p><p>　　1、儲層壓力預(yù)測15</p><p>　　2、鉆井液要求15</p><p><b>　　3、井控技術(shù)16</b></p><p>　　七、錄取資料項目及要求16</p><p><b>　　1、鉆時錄井16</

6、b></p><p><b>　　2、巖屑錄井16</b></p><p><b>　　3、巖芯錄井16</b></p><p>　　4、鉆井液錄井17</p><p>　　5、簡易水文觀測17</p><p>　　6、工程參數(shù)錄井17</p>

7、<p>　　八、地球物理測井17</p><p>　　1.要求裸眼井測井項目17</p><p>　　2.測井比例尺18</p><p>　　3、固井質(zhì)量檢查18</p><p><b>　　4、測井解釋18</b></p><p><b>　　九、地層測試18&l

8、t;/b></p><p>　　十、樣品采集與分析測試18</p><p>　　十一、完井技術(shù)要求18</p><p><b>　　1、井身質(zhì)量18</b></p><p><b>　　2、井身結(jié)構(gòu)19</b></p><p><b>　　3、固井2

9、0</b></p><p>　　4、壓裂施工要求20</p><p>　　十二、試氣要求20</p><p>　　十四、健康、安全與環(huán)境管理（HSE）要求20</p><p>　　十五、資料要求21</p><p><b>　　一、基本數(shù)據(jù)</b></p><

10、;p><b>　　井名：WC-1井</b></p><p>　　井別：參數(shù)井+實驗井</p><p>　　地理位置：山西省高平市合陽縣王村鎮(zhèn)</p><p>　　構(gòu)造位置：位于高平井田東部邊緣，西距縣城約15公里</p><p><b>　　設(shè)計井深：748m</b></p>&

11、lt;p>　　目的煤層：石炭系5#煤層</p><p><b>　　完鉆層位：太原組</b></p><p>　　完鉆原則：鉆穿5#煤層以下50m完鉆</p><p>　　二、目標(biāo)區(qū)地質(zhì)條件及井位選擇</p><p><b>　　1.交通位置</b></p><p>　

12、　礦區(qū)地勢平坦,水、電、路三通,交通方便,北靠黑澄公路與澄合兩縣相接,東鄰108國道、西（安）——太（原）鐵路,3.04公里的鐵路煤專線與西太線合陽站接軌。井田面積13.9平方公里，礦井儲量6943萬噸，可采儲量3150.6萬噸，主采煤層為5號煤和10號煤，平均采高為1.7－3.2米。</p><p>　　井田內(nèi)地勢多為溝谷山梁，地形切割劇烈，且大部分被植被森林覆蓋，鄉(xiāng)村之間以羊腸小道為主，西安至太原鐵路從礦區(qū)東

13、部邊緣通過，礦區(qū)距合陽縣城約20 km，有西太線貨運鐵路和市郊線柏油公路直達礦區(qū)，交通十分便利。Wc-1井位于王村鎮(zhèn)以北的運莊村。（附交通位置圖）</p><p>　　圖2-1 王村煤礦交通位置圖</p><p><b>　　2 .構(gòu)造情況 </b></p><p>　　山西省地處華北古板塊內(nèi)部，屬典型的板內(nèi)構(gòu)造。王村礦位于高平井田東部，井田

14、西部受馬蘭向斜，東部受邊山大斷裂，南部王村斷裂帶，北部受賽莊—王峰斷裂的制約，總體為地層走向大致北西—南東，向南西傾斜，傾角3—12°井田內(nèi)部以褶曲構(gòu)造為主，在石千峰向斜為主體的控制下，伴生次一級短軸褶曲。井田內(nèi)斷層主要為北東及北東東向高角度正斷層、大、中型斷層，分布于井田東部邊緣、南部邊界及中部，區(qū)內(nèi)大于10 m的斷層不發(fā)育。</p><p>　　井田西部受馬蘭向斜，東部受邊山大斷裂，南部杜兒坪斷裂帶

15、，北部受賽莊—王封斷裂的制約，總體為地層走向大致北西—南東，向南西傾斜，傾角3—12°井田內(nèi)部以褶曲構(gòu)造為主，在石千峰向斜為主體的控制下，伴生次一級短軸褶曲。井田內(nèi)斷層主要為北東及北東東向高角度正斷層、大、中型斷層，分布于井田東部邊緣、南部邊界及中部，區(qū)內(nèi)大于10 m的斷層不發(fā)育。</p><p>　　由于變形強度的差異，尤其是后期隆升剝蝕和改造的差異，賽-王斷裂帶表現(xiàn)為分段特征。黎城以北基巖露頭區(qū)，逆

16、沖斷裂保存完好，變質(zhì)基底逆沖于下古生界之上。黎城以南線形構(gòu)造仍然十分清楚，南段莊頭斷層至?xí)x城之間地表出露為由古生界組成的線形褶皺。</p><p>　　本井田位于太行山復(fù)背斜西翼，沁水盆地東翼南端。為陽城山字形構(gòu)造體系脊柱部分南端東側(cè)及馬蹄形盾地的北側(cè)與新華夏構(gòu)造體系的復(fù)合部位。北西向壓扭性開闊背向斜褶曲伴有少數(shù)與褶曲軸向近似垂直的張性斷裂和與褶曲軸向斜交的扭性斷裂。</p><p>　　

17、3、煤層氣地質(zhì)學(xué)特征</p><p>　　5號煤層位于太原組上部，L5石灰?guī)r與L4石灰?guī)r之間，下距7號煤層11.00 m,東北角有一小片尖滅區(qū)，煤厚變化大致是北薄南厚，東西兩邊薄，中間厚。據(jù)統(tǒng)計，該煤層沖刷尖滅面積6.7 km2，不可采面積6.2 km2。見煤點厚度0.30—3.75 m，平均1.71 m，煤厚多在1—3 m之間，以中厚煤層為主。厚度大于3m者有82—12、杜90—8、85—12、杜92—5等孔。

18、含夾石0—3層，厚0.02—0.79 m，一般小于0.30 m，巖性為炭質(zhì)泥巖或泥巖，結(jié)構(gòu)簡單—較復(fù)雜，頂板為砂質(zhì)泥巖或泥巖，局部為鈣質(zhì)泥巖或L5石灰?guī)r，有時具炭質(zhì)泥巖偽頂。底板為砂質(zhì)泥巖或泥巖，局部為中細粒砂巖、粉砂巖或炭質(zhì)泥巖。煤層變異系數(shù)46%，可采系數(shù)85%，本層屬大部可采的較穩(wěn)定煤層。</p><p><b>　　3.1 煤質(zhì)特征</b></p><p>　

19、　3.1.1 宏觀煤巖特征</p><p>　　宏觀煤巖組分以亮煤、暗煤為主，其次為鏡煤，絲炭較少見到。宏觀煤巖類型以半亮、光亮型煤為主，并有一定量的半暗型煤和少量的暗淡型煤。</p><p>　　3.1.2 顯微煤巖組分</p><p>　　據(jù)鄰區(qū)資料，該礦井各煤層顯微煤巖組分以鏡質(zhì)組為主，90%以上；其次為絲質(zhì)組，5—10%；半鏡質(zhì)組最少，小于3%。無機組分粘土

20、類為主，95%左右，有少量的硫化鐵類、石英類及硫酸鹽類礦物質(zhì)，無機組分以分散狀、充填狀、團塊狀、粒狀分布于煤中。</p><p>　　3.2 煤階分布及其影響因素</p><p>　　王村井田5號煤煤類為SM，PS、PM </p><p>　　高平煤田內(nèi)局部區(qū)域分布有燕山期侵入巖體，巖石種類有：石英正長斑巖、輝正常斑巖、閃長玢巖類，以巖床、巖墻、巖株相產(chǎn)出。杜兒坪井

21、田無巖漿活動。</p><p>　　3.3 煤層氣成分與含量</p><p>　　從以下鉆孔瓦斯含量統(tǒng)計表（表2-1）我們可以看出，剔除一些偏低的測值，各煤層瓦斯含量在3 .76—17.64ml/g.r之間。不同煤層層位越低，瓦斯含量呈增大趨勢，同一煤層，埋藏越深，瓦斯含量越大。</p><p>　　表2-1鉆孔瓦斯含量統(tǒng)計表</p><p>

22、;　　3.4 煤層氣吸附量</p><p>　　本礦各煤層孔隙率6.12—9.33%，相差不大；除2號煤1個樣點，7號煤樣點堅固性系數(shù)為0.55、0.50外，其余煤層堅固性系數(shù)均大于0.6，為沒有突出危險的煤；透氣性系數(shù)2、8號煤小，9號煤大，1、3、6、7號煤一般，表明在孔隙率相差不大的情況下，孔隙中大孔、中孔所占比率9號煤要遠大于2、8號煤；煤的吸附常數(shù)（a值），7、8號煤大，2、3號煤小，說明它們的煤巖組成

23、、比表面積差異較大，在外部條件相同時，7、8號煤較其它煤層能吸附更多的瓦斯。（詳見表2-2）。</p><p>　　表2-2煤層瓦斯參數(shù)</p><p><b>　　3.5儲層溫度</b></p><p>　　井田內(nèi)只在新華村風(fēng)井檢查孔中進行了井溫測量（表2-3），經(jīng)計算，井溫梯度1.44°C/100 m，據(jù)采掘證實，采掘工作面溫度與

24、季節(jié)有關(guān)，冬季10°C,夏季為20°C，春秋兩季一般為10--16°C?？碧胶筒删蜻^程中均未發(fā)現(xiàn)地溫異常，從目前情況看，井田應(yīng)屬地溫正常區(qū)。</p><p>　　表2-3井溫測量結(jié)果表</p><p><b>　　3.6煤儲層滲透性</b></p><p>　　井田內(nèi)煤系巖層及其上覆巖層中各含水層的含水性都很微弱，

25、且有較多的泥質(zhì)隔水層，使得各巖組之間沒有明顯的水力聯(lián)系。僅奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r含水層含水極其豐富，是井田最主要的含水層(在西山煤田也是如此)。由于埋深的關(guān)系，奧灰含水層的含水性又有一定的差異性，下馬家溝組埋深大，巖溶裂隙不發(fā)育，因此含水性較弱；而上馬家溝組巖溶發(fā)育，含水性極強</p><p>　　3.7 頂、底板巖石力學(xué)性質(zhì)</p><p>　　6號煤層頂板為砂質(zhì)泥巖，性脆、易破碎，屬易冒落型頂

26、板，巖石強度在硬質(zhì)巖-軟質(zhì)巖石類之間，初次垮落步距11-12m。老頂東大窯灰?guī)r，性堅硬、易破碎，中間夾燧石條帶。底板為砂質(zhì)泥巖。煤層頂板為石灰?guī)r(廟溝灰?guī)r)，質(zhì)地堅硬，強度極大，屬極硬巖類，初次垮落步距大于27 m。該煤層在井田西部由于上夾石增厚，使上煤分層變?yōu)椴豢刹苫蚣鉁纾?號煤層頂板為砂質(zhì)泥巖、泥巖，巖石強度為軟質(zhì)巖類。底板為細粒砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖。</p><p>　　3.8 井田水文地質(zhì)</p&

27、gt;<p>　　井田內(nèi)地層出露自東而西由老到新依次為奧陶系中統(tǒng)、石炭系中、上統(tǒng)、二疊系、三疊系下統(tǒng)。主要含水巖組有奧陶系中統(tǒng)馬家溝組、峰峰組，石炭系上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組。其中上馬家溝組富水性強，峰峰組局部富水性強，其余富水性弱。</p><p><b>　　（1）奧陶系中統(tǒng)</b></p><p>　　奧陶系中統(tǒng)在井田內(nèi)揭露最厚17

28、4.44 m，同時在1010水平車場南北大巷，王村1號、2號深水井，白家莊710疏水降壓工程中都有揭露。結(jié)合井田外圍資料可看出奧陶系中統(tǒng)分為峰峰組(厚約120 m)，上、下馬家溝組(厚300—350 m)，地層全厚500 m左 。</p><p><b>　?、俜宸褰M</b></p><p>　　峰峰組分上下兩段。上段(O2f2)：巖性以深灰、灰色厚層狀石灰?guī)r為主，夾

29、黃、灰白色泥灰?guī)r，頂部為古風(fēng)化殼充填物，厚一般小于70 m；下段(O2f1)：為泥質(zhì)灰?guī)r夾石膏層，厚約60 m。上段灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，巖溶多呈蜂窩狀、串珠狀、局部可見溶洞。在白家莊礦區(qū)其標(biāo)高由于低于奧灰水承壓水位而含水，含水層在風(fēng)化殼下20 m-下段第一層泥灰?guī)r石膏帶之間。由于巖溶發(fā)育不均一造成富水性差異，導(dǎo)致不同地段水位、水量都相差很大，甚至無統(tǒng)一承壓面，單位涌水量在1-5 L／s.m之間，水位標(biāo)高802.8 m，煤田西部高者可達13

30、11.1 m，但在杜兒坪井田的局部由于其標(biāo)高高于奧灰承壓水位而不含水。</p><p>　?、谏舷埋R家溝組(O2S)</p><p>　　上馬家溝組含水層是奧陶系主要含水層組：巖性以厚層質(zhì)純石灰?guī)r為主，夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，底部豹皮灰?guī)r為相對隔水層，全組厚200 m左右。淺部巖溶裂隙發(fā)育，巖溶呈串珠狀、蜂窩狀，有中小溶洞，由于富水而成為西山煤田及本礦最主要的含水組。單位涌水量0.00

31、04-138.91 L／s.m(杜1號、2號深水井單位涌水量分別為138.91 L/s.m、134．73 L/s.m，但都是一次降深0.4 m、0.5 m所得，不能進行涌水量預(yù)測計算，所以還不能代表真正最大涌水量，比實際最大涌水量小)，一般0.4-9 L／s.m，滲透系數(shù)為70.1l m／d，水位標(biāo)高779-826 m，總體由西北向東南降低，水質(zhì)普遍較好，礦化度0.286-2.292克/升，PH值7.3-8.1，水化學(xué)類型為HCO3-S

32、O4-Ca-Mg 及SO4- HCO3-Ca-Mg型水。</p><p>　　下馬家溝組含水層組巖性以灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主，厚約110 m左右且富水。在煤田東部補給區(qū)巖溶裂隙發(fā)育，深部不發(fā)育，鉆孔單位涌水量0.026-14.56 L／s.m，滲透系數(shù)1.43-17.48 m／d，礦化度0.280-0.889克/升，PH值7.4 -7.8，水化學(xué)類型為HCO3-SO4-Ca-Mg 及SO4- HCO3-Ca

33、-Mg型水。</p><p>　　上下馬家溝組含水層主要接受大氣降水及河谷沖出層潛水的滲入補給，至西北向東南徑流，分別向東南的晉祠泉排泄和東部的太原盆地以孔隙水排泄。</p><p><b>　?。?）石炭系上統(tǒng)</b></p><p>　　石炭系上統(tǒng)太原組屬裂隙含水巖組。由砂質(zhì)泥巖、泥巖、砂巖、煤、石灰?guī)r組成，厚88 m左右。自上而下東大窯灰

34、巖(L5)、斜道灰?guī)r(L4)、毛兒溝灰?guī)r(K2)、廟溝灰?guī)r(L1)、晉祠砂巖(K1)等為含水層。根據(jù)勘探混合抽水試驗結(jié)果，單位涌水量0.0009-0.03 L/s.m，滲透系數(shù)0.00132-0.32 m／d，礦化度0.228-1.530克/升，水化學(xué)類型為HCO3-SO4-Ca-Mg 及SO4-HCO3-Ca-Mg型水。</p><p>　　鉆探進入毛兒溝灰?guī)r時沖洗液消耗量明顯增大。井下揭露太原組含水層時，局部

35、揭露點有滴水現(xiàn)象，但水量很小，說明該巖組含水性微弱。</p><p><b>　?。?）二疊系下統(tǒng)</b></p><p><b>　?、偕轿鹘M</b></p><p>　　由砂質(zhì)泥巖、泥巖、煤、砂巖組成，地層厚64 m左右。底部北岔溝砂巖為含水層，灰白色，以中粗粒石英、長石為主，含礫，泥質(zhì)膠結(jié)，交錯層理，節(jié)理發(fā)育，一般厚

36、5-22 m，鉆孔抽水試驗結(jié)果，單位涌水量0.000077 L／s.m，滲透系數(shù)0.0004 m/d，井下揭露點大都無水，礦化度0.383-0.714克/升，PH值7.62，水化學(xué)類型為HCO3型水。北岔溝砂巖含水性微弱。</p><p><b>　?、谙率凶咏M</b></p><p>　　由砂質(zhì)泥巖、泥巖、砂巖組成。含水層有底部駱駝脖子砂巖與下石盒子組上下段分界砂

37、巖K7為含水層。駱駝脖子砂巖：灰白色，以中粒石英、長石為主，泥質(zhì)膠結(jié)，厚0.80-20.70m，鉆孔抽水試驗結(jié)果，單位涌水量0.00047 L/s.m，滲透系數(shù)0.0036m/d，礦化度0.39-0.60克/升，水化學(xué)類型為HCO3-Cl-Na-Ca型水。含水性微弱。K7砂巖：黃綠色，以中粗粒石英、長石為主，鈣質(zhì)膠結(jié)，厚約11 m，抽水試驗無水。</p><p>　　二疊系下統(tǒng)含水性微弱，沿溝谷底以下降泉排泄，主

38、要接受大氣降水通過溝谷裂隙補給。</p><p>　　井田與煤層有直接水力聯(lián)系的各含水層所含地下水全是基巖裂隙水，從抽水試驗結(jié)果看，各含水層單位涌水量均小于0.1 L/s.m，含水微弱，表明王村礦水文地質(zhì)條件簡單。</p><p><b>　?。?）充水條件分析</b></p><p>　　王村礦礦井充水條件受諸多因素影響，是充水水源、充水通道

39、、充水強度三因素共同作用的結(jié)果。</p><p><b>　　①礦井充水水源</b></p><p>　　王村礦礦井充水水源有大氣降水、地表水、地下水和老空積水四種。但由于受礦區(qū)煤層賦存條件、自然地質(zhì)條件、含水層的含水性、礦井開采方式方法、氣候等條件的制約，使得礦井充水水源在一定程度上，又有主次之分。</p><p><b>　?、?

40、地下水</b></p><p>　　由前述資料可看出：井田內(nèi)煤系巖層及其上覆巖層中各含水層的含水性都很微弱，且有較多的泥質(zhì)隔水層，使得各巖組之間沒有明顯的水力聯(lián)系。僅奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r含水層含水極其豐富，是井田最主要的含水層(在西山煤田也是如此)。由于埋深的關(guān)系，奧灰含水層的含水性又有一定的差異性，下馬家溝組埋深大，巖溶裂隙不發(fā)育，因此含水性較弱；而上馬家溝組巖溶發(fā)育，含水性極強。通過王村礦供水井物探工程

41、及白家莊710疏水降壓工程證實，其富水性也具有不均一性。井田內(nèi)水位標(biāo)高799-826 m，距杜礦最下二層主采煤層9號煤的最低底板標(biāo)高850 m還有24-25 m高差，王村井田可采煤層全部位于奧灰水位之上，因此，奧灰水不是本礦井充水水源。1010北一、北三北部、北四盤區(qū)等都是以上部弱含水層水為水源，但充水很小。</p><p><b>　　③地表水</b></p><p&g

42、t;　　王村井田地形復(fù)雜，坡陡溝深。以石千峰主峰為分水嶺，溝谷向四面八方分布。共有虎峪溝、南峪溝、井兒溝、麻皮溝、磺廠溝、冀家溝、大子溝、道峪溝八條季節(jié)性河流，但蓋層普遍較厚，只麻皮溝、井兒溝、南峪溝、虎峪溝中，有些地段蓋層較薄。開采后河溝水直接或間接地(沿斷層)微弱補給下部弱含水層，轉(zhuǎn)化為地下水。弱含水層中地下水再沿導(dǎo)水裂隙或陷落柱補給采空區(qū)，造成礦井充水。如1117水平南五盤區(qū)、1117水平南七盤區(qū)、1117水平西二七尺盤區(qū)、112

43、3水平南三下山盤區(qū)、1123水平北二下山盤區(qū)的采空積水都是以地表水為充水水源而形成的，其特點是積水水量大(補給量大且持續(xù)穩(wěn)定)，僅單層盤區(qū)采空積水都在50萬m3以上(回采時間不到10年)，王村礦1996年“八.四”淹井事件，說明地表水是王村礦主要的充水水源。</p><p><b>　?、艽髿饨邓?lt;/b></p><p>　　高平煤田地處我國內(nèi)陸，干燥少雨，蒸發(fā)量大于

44、降水量，降水量隨季節(jié)變化較大，屬大陸性氣候。在王村礦淺部開采區(qū)，大氣降水通過采空導(dǎo)水裂隙直接滲入井下或補給含水層再滲入井下造成礦井充水。杜兒坪礦礦井充水也有隨季節(jié)變化的特點，在礦井東翼淺部開采區(qū)與東平峒相連接的盤區(qū)口都是豐水月涌水而枯水月干枯，這些在相關(guān)曲線上也可看出，但礦井充水具有一定的滯后現(xiàn)象，說明大氣降水是王村礦礦井充水水源之一，但影響面積小，涌水量有限，對王村礦現(xiàn)生產(chǎn)區(qū)、備用區(qū)等蓋層較厚區(qū)(>300 m)沒有直接影響。&l

45、t;/p><p><b>　?、?老空積水</b></p><p>　　王村煤炭開采歷史悠久，明代就有開采，國營礦開采已有41年，造成礦區(qū)采空面積大、老空積水多，老空積水通過自然或人為的導(dǎo)水通道進入礦井井巷及回采工作面形成充水，所以老空積水是王村礦主要的充水水源。老空積水水量大、水壓大、破壞性大，經(jīng)常給下部近距離煤層的掘進回采帶來很大的困難，有時還給礦井造成大的災(zāi)害。&l

46、t;/p><p><b>　?。?）充水通道</b></p><p>　　王村礦礦井充水通道有斷裂帶、陷落柱及采煤過程中形成的人為通道。</p><p><b>　?、贁嗔褞?lt;/b></p><p>　　井田內(nèi)大的斷層有賽莊斷層(斷距10-150 m)與王村中部斷層(斷距20-33 m)，另北部西銘礦與

47、王村相鄰的西四盤區(qū)還有一斷距10 m的斷層。這些斷層都是NEE走向，形成于燕山期。初期呈張性斷裂，后期受多次擠壓作用，造成斷層的導(dǎo)水性較差(在采煤中已被證實)，井下揭露點全無導(dǎo)水現(xiàn)象，僅少數(shù)有滴水。不僅如此，由于杜兒坪斷層、鴉兒崖斷層的阻水性還對奧灰水的主徑流帶產(chǎn)生一定的控制作用。但這些斷層在淺部具有一定的導(dǎo)水性，當(dāng)有河溝水流過斷層時河溝水就會通過斷層滲入下部弱含水層，煤層開采后，弱含水層水再補給采空區(qū)而形成采空積水。這樣形成的采空積水

48、具有補給持續(xù)穩(wěn)定、補給量較大、容易形成大的積水特點。</p><p><b>　?、谙萋渲?lt;/b></p><p>　　陷落柱在王村礦分布很廣，但從井下揭露情況來看，已重新膠結(jié)，導(dǎo)水性較差。以淋頭水為主，涌水很少且涌水時間很短，涌水也僅是陷落柱頂部少量積水，沒有直接導(dǎo)通外部大水體的現(xiàn)象。井下井巷中淋頭水多以陷落柱為主，特別是4號、5號煤中所有初次揭露淋水點均是陷落柱，

49、因而陷落柱仍然是王村礦主要的充水通道。進入備用區(qū)后它將成為唯一的充水通道。通過陷落柱形成的充水具有水量較小的特點，如1010水平北三盤區(qū)北部、北四、北一盤區(qū)，采完2號煤其盤區(qū)積水分別為1.1萬m3、3.58萬m3、3,39萬m3。積水量較小，與有其它通道聯(lián)合作用的北二下山等盤區(qū)的積水量形成天壤之別。</p><p><b>　?、廴藶橥ǖ?lt;/b></p><p>　　

50、由于回采冒落后，冒落帶、冒裂帶的形成，使得人為充水通道在杜兒坪礦普遍存在。尤其在一些蓋層較薄的區(qū)域，成了主要通道。但由于技術(shù)保安措施的實施，使得由人為通道形成的礦井充水較小。</p><p>　?、艿V井涌水量 </p><p>　　井田水文地質(zhì)條件比較簡單，煤系巖層含水性弱，因而大氣降水的季節(jié)變化、地表水的滲漏強度、采空積水的疏放與否、生產(chǎn)用水的使用量等成為影響涌水量變化的直接因素

51、。如采空積水疏放量、地表水滲入量(或變?yōu)闈⑷霑r)等因素直接影響礦井涌水量的大小。有時一天內(nèi)變化幅度都很大，給礦井涌水量的預(yù)測帶來一定的難度。</p><p>　　1990-1992年原煤產(chǎn)量218.2-273.3萬t，年涌水量124.64—152.20萬m3，涌水量小時變化幅度76.38-727.29 m3/h，噸煤含水系數(shù)0.489-0.698 m3，年降水量366.8-415.2 mm。1993—1994年原

52、煤產(chǎn)量231.7-259.0萬t，年降水量344.3-589.1 mm，年涌水量95.50-106.29萬m3，涌水量小時變化幅度50.71-227.58 m3/h，噸煤系數(shù)0.410-0.412 m3，年降水量344.3-430.8 mm，（詳見表2-4）。</p><p>　　表2-4 1994—2003年礦井涌水量表</p><p>　　由以上資料可看出生產(chǎn)轉(zhuǎn)入擴區(qū)深部后，礦井涌水

53、量的增減與降水量、產(chǎn)量變化等關(guān)系很小，影響礦井涌水量大幅度變化的主要因素是采空積水疏放量、降水量及地表水直接回灌淹井等。自2003年至今隨著開采深度的延伸，上部弱含水層相對增加，裂隙水使礦井涌水量有所增加，全礦井約增加10-15 m3/h，6#、8#煤層中疏放上組煤層采空區(qū)積水，疏放量60-10 m3/h，礦井涌水量顯著增大礦井涌水量實測值采用Ls45型旋杯式流速儀法。(Q=v*a*h)。由于王村礦涌水量變化因素與承壓含水層無直接的聯(lián)系

54、，而只限于弱含水層裂隙水、采空積水，涌水量的大小與上部采空積水的多少有必然的聯(lián)系，就是說與開采的深度（空間位置）有關(guān)，與開采的時間在季節(jié)上有一定的變化，地表水的滲入是在雨季之后一至兩個月礦井涌水量有所增大。本礦井涌水量預(yù)測采用噸煤含水系數(shù)類比法。</p><p>　　綜合礦井水文地質(zhì)情況，各含水層單位涌水量小于0.1 L/s.m，年平均涌水量小于180 m3/h,最大涌水量小于300 m3/h,礦井水文地質(zhì)條件屬

55、簡單型。</p><p><b>　?。?）供水水源</b></p><p>　　礦井日需水量0.99萬m3，在井口東部1000米處自建兩眼水井，供水能力8000 m3/日,隨著礦井生產(chǎn)能力的不斷提高，供水能力將不能滿足生產(chǎn)、生活需要，本礦區(qū)有供水能力的水源地為中奧陶灰?guī)r巖溶裂隙水強徑流帶?？紫端鶐r裂隙水都不具備水源條件。</p><p>&

56、lt;b>　　3、井位選擇</b></p><p>　　根據(jù)“晉城煤層氣勘探開發(fā)可行性評價”對成王村礦區(qū)所有井田評價結(jié)果，該參數(shù)井位于勘探區(qū)南部，目前，該井田已經(jīng)完成煤田精查勘探，煤層幾何形態(tài)控制程度高。正如評價報告中指出的那樣，本區(qū)煤層氣地面開發(fā)具備6種優(yōu)勢：（1）勘探程度達到詳查階段，并有500 m間距的二維地震剖面，煤層和煤層氣空間展布規(guī)律基本明確；（2）資源豐度大，在2×108

57、 m3/km2左右；（3）單個斷塊面積較大；（4）該井位于－730m以深，排采時間在10年以上。（5）井區(qū)內(nèi)斷層規(guī)模較小、封閉性較強。（6）該區(qū)瓦斯災(zāi)害治理迫切需求。</p><p><b>　　3、鉆井風(fēng)險分析</b></p><p>　　盡管本區(qū)煤田勘探程度較高，大部分地區(qū)已經(jīng)達到精查階段，且進行了三維地震勘探，但DEP試1井位于斷層（滑動構(gòu)造）附近，鉆探存在以下

58、風(fēng)險：</p><p>　?。?）滑動構(gòu)造是否全部吞食了煤層，難以預(yù)測；</p><p>　?。?）在這種物性極差的儲層內(nèi)開發(fā)煤層氣在國內(nèi)外尚無先例，屬于探索，如果不采用合理的強化工藝，很難實現(xiàn)商業(yè)開發(fā)；</p><p>　　（3）頂?shù)装鍌€別巖層水敏性強，遇水膨脹，壓裂液配伍不合理將造成極差效果；</p><p>　?。?）即是對底板或頂板進

59、行強化，目前也無先例</p><p>　　三．WC試1井區(qū)布井方案及鉆探目的任務(wù)</p><p>　　WC試1井鉆井的首要目的是煤礦瓦斯災(zāi)害治理，其次為資源開發(fā)利用。因此，將該井布置在首采工作面上順槽中部，根據(jù)勘探階段資料，該井6號煤層頂板直接為滑動構(gòu)造破碎帶，便于強化排采。工藝目的是探索滑動構(gòu)造破碎帶是否可作為煤層氣產(chǎn)層。</p><p>　　在WC試1井施工、取

60、得各類儲層參數(shù)和工藝參數(shù)后，再進行儲層評價和參數(shù)優(yōu)化，制定其余生產(chǎn)井的施工方案，進行大規(guī)模開發(fā)，因此，將該井井別定為參數(shù)井+試驗井。</p><p>　　該井的主要鉆探目的和任務(wù)是：</p><p>　?。?）獲取可靠的目標(biāo)煤層5號煤層氣評價參數(shù)，主要包括煤層厚</p><p>　　度、埋深、煤巖煤質(zhì)、割理和裂隙發(fā)育程度、煤體結(jié)構(gòu)、等溫吸附/解吸特征、含氣量、含氣飽

61、和度、地層壓力、煤及圍巖巖石力學(xué)性質(zhì)等。</p><p>　?。?）根據(jù)獲得的較可靠的煤儲層和圍巖地層實測參數(shù)，指導(dǎo)該井</p><p>　　和井網(wǎng)其它各井下一步施工方案。</p><p>　?。?）該井鉆井結(jié)束后，即行射孔壓裂和排水采氣試驗，最終形成</p><p>　　一套切實可行的、適合于此類地質(zhì)條件的煤層氣商業(yè)開發(fā)工藝。</p&

62、gt;<p><b>　　四、設(shè)計依據(jù)</b></p><p>　?。?）“山西省高平東部區(qū)勘探報告”</p><p>　　（2）“高平礦區(qū)煤層氣勘探開發(fā)可行性評價”</p><p>　?。?）“wc-1井鉆井地質(zhì)報告（初稿）”</p><p>　　（4）“wc-1井地質(zhì)設(shè)計”。</p>&l

63、t;p>　　五、設(shè)計地層剖面及預(yù)測目的煤層厚度和深度</p><p>　　1、設(shè)計分層（表5-1）</p><p>　　2.分組底層巖性描述</p><p>　　六、儲層壓力預(yù)測、鉆井液性能要求及井控技術(shù)</p><p><b>　　1、儲層壓力預(yù)測</b></p><p>　　根據(jù)以往煤礦

64、瓦斯壓力測定和煤層氣試井測定，表明高平王村礦煤層氣儲層均處于欠壓狀態(tài)，因此壓力系數(shù)一般小于1。煤田鉆孔施工過程中大部分井沒有出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，僅個別井在鉆遇煤層時出現(xiàn)井涌，但規(guī)模不大，持續(xù)時間短。DEP-1井測試結(jié)果表明，壓力系數(shù)接近1，這一結(jié)果與煤田勘探階段抽水試驗獲得的水位高度換算的壓力系數(shù)基本一致，向深部地下水滯留承壓區(qū)地層壓力將進一步增高，可能會出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。</p><p><b>　　2、鉆井液

65、要求</b></p><p>　　進入山西組之前，對鉆井液不做特殊要求，能滿足安全快速鉆井即可。為保證儲層不受傷害，進入二1煤前40 m，要求采用清水鉆進?？蛇m當(dāng)加入鉀鹽、胺鹽等防塌處理劑，加入絮凝劑提升巖屑上返能力。鑒于該區(qū)地層壓力一般不出現(xiàn)高壓和清水鉆井過程中的自然造漿作用，較高的鉆井液液柱壓力會引起對煤儲層的傷害。在設(shè)計鉆井液液柱壓力時，遵循以下原則，做到近平衡鉆進：</p>&l

66、t;p>　　①能有效地攜帶煤、巖屑；</p><p>　?、诜€(wěn)定和保護井壁，平衡地層壓力，以保障鉆進施工安全；</p><p>　　③清水鉆井液，密度應(yīng)控制在1.05 g/cm3以下。若水源充足時，可開放式循環(huán)。</p><p>　?、苣酀{鉆井時，要配備振動篩等固控設(shè)備除去有害固相。</p><p><b>　　3、井

67、控技術(shù)</b></p><p>　　由于一般不出現(xiàn)異常高壓，鉆井不裝液壓防噴器。但鉆井施工部門必須高度重視井控工作，并要制訂相應(yīng)的預(yù)案和技術(shù)措施，強調(diào)一次井控：</p><p>　　1、鉆井隊?wèi)?yīng)準(zhǔn)備一定數(shù)量的石灰石粉加重劑。防止煤儲層和煤系地層中的游離氣聚集造成液柱壓力失去平衡而出現(xiàn)井涌、井噴。</p><p>　　2、進入煤系前，要求所有上崗人員熟悉井

68、涌、防噴、防火知識，掌握相關(guān)制度和操作規(guī)程，并定期組織防噴、防火演習(xí)。</p><p>　　3、進入煤系和煤儲層時要嚴(yán)格執(zhí)行坐崗觀察制度，以及時發(fā)現(xiàn)溢流現(xiàn)象和井涌，并立即采取措施控制井噴。</p><p>　　七、錄取資料項目及要求</p><p>　　按照煤層氣勘探“參數(shù)井+試驗井”所要獲取的各項參數(shù)的要求，鉆井過程中必須進行下列錄井。</p>&l

69、t;p><b>　　1、鉆時錄井</b></p><p>　　鉆進時從井口到井底，每1 m記錄一個點，取芯段加密為0.2 m記錄一個點。</p><p><b>　　2、巖屑錄井</b></p><p>　　巖屑錄井從井口至25 m，每2 m取樣一次；20 m至井底，每1 m取樣一次。取芯段加密至每0.5 m取樣一次

70、。撈取樣品每包不少于500 g，干后裝袋。巖屑錄取層位置正確、清洗干凈、代表性強。現(xiàn)場及時進行系統(tǒng)描述，并繪制1:200錄井草圖。</p><p><b>　　3、巖芯錄井</b></p><p>　　全井段設(shè)計取芯36.5 m。</p><p><b>　　（1）取芯原則：</b></p><p>

71、;　　煤層頂板取芯20 m；</p><p>　　煤層底板取芯10 m；</p><p>　　煤層全取芯6.5 m；</p><p><b>　?。?）取芯要求：</b></p><p>　　非煤層井段取芯巖芯直徑不小于70mm，收獲率不低于95％；</p><p>　　二1煤煤層取芯必須采用專門

72、取芯工具，取芯收獲率不小于90％，直徑不小于70 mm。該井取煤芯時，從割芯開始到提升至地面不超過5 min；</p><p>　　巖芯筒提升至地面后，要組織有關(guān)人員抓緊時間出芯，接芯時確保順序不亂，及時觀察顯示情況，清洗整理好；</p><p><b>　?。?）采樣要求：</b></p><p>　　非煤巖芯出筒后，按照樣品測試分析要求，在

73、2小時內(nèi)采樣完畢。對氣顯示樣品即可封蠟保存，并及時做含氣性實驗；</p><p>　　二1煤芯出筒后，及時取樣進行含氣量測試的現(xiàn)場解吸，取樣裝密封罐時間不超過5 min。</p><p><b>　?。?）巖芯描述：</b></p><p>　　巖芯出筒后2小時內(nèi)必須進行系統(tǒng)描述，描述內(nèi)容包括：顏色、巖性、氣顯示、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、節(jié)理、裂隙、成分等

74、，并繪制1:100巖芯草圖。</p><p><b>　　4、鉆井液錄井</b></p><p>　?。?）如采用綜合錄井液：連續(xù)測量鉆井液密度、粘度、溫度、電導(dǎo)率、泥漿池體積；</p><p>　?。?）人工測量：在非煤層井段，正常情況下，每12小時測量一次全性能，每2小時測量一次密度和粘度；</p><p>　?。?

75、）煤層井段或氣測異常井段：要求連續(xù)測量鉆液密度、粘度，并做好記錄；</p><p>　　（4）取芯前要求鉆液調(diào)整，做一次全性能；</p><p>　?。?）鉆遇氣顯示后每次起、下鉆，必須做一次全套性能。測后效時連續(xù)測量鉆液密度、粘度，做好記錄；</p><p>　　（6）鉆液中嚴(yán)禁混入污水或各類油品，嚴(yán)禁加入影響氣測錄井的處理劑。</p><p&

76、gt;<b>　　5、簡易水文觀測</b></p><p>　?。?）全井鉆探過程中，均要做好簡易水文觀測工作。</p><p>　　（2）每次起鉆后，下鉆前測量一次泥漿罐及井筒液面，記錄鉆井液消耗量。</p><p>　?。?）注意記錄井漏、井涌的各項資料。如遇井漏，記錄當(dāng)時井深、層位、漏失井段、起止時間、漏速、漏失量、鉆井液性能等；如遇井涌

77、，記錄涌出物、涌勢、涌出量、井深、層位、起止時間、鉆井液性能，并取樣做全分析。</p><p><b>　　6、工程參數(shù)錄井</b></p><p>　　二開開始進行全套工程參數(shù)錄井。做好壓力監(jiān)測，及時預(yù)告下部地層壓力，調(diào)整鉆井液相對密度。</p><p><b>　　八、地球物理測井</b></p><

78、;p>　　1.要求裸眼井測井項目</p><p><b>　?。?）補償中子</b></p><p><b>　?。?）全波列聲波</b></p><p><b>　?。?）巖性密度</b></p><p>　?。?）雙側(cè)向－微球形聚焦</p><p&

79、gt;<b>　?。?）自然電位</b></p><p><b>　?。?）自然伽瑪</b></p><p><b>　?。?）地層傾角</b></p><p><b>　　2.測井比例尺</b></p><p>　　1:500標(biāo)準(zhǔn)測井（表層套管至井底）&

80、lt;/p><p>　　1:200組合測井（表層套管至井底）</p><p><b>　　3、固井質(zhì)量檢查</b></p><p>　　固井質(zhì)量檢查項目為聲幅測井，48小時后進行固井質(zhì)量檢查測井。</p><p><b>　　4、測井解釋</b></p><p>　　測井要求不漏

81、解0.2 m以上厚度的煤層，解釋煤層的位置、含氣量、灰分含量、孔隙度、氣水飽和度、滲透率等；解釋煤層頂、底部各20 余m層段的氣水飽和度、裂隙發(fā)育情況、滲透性，解釋煤巖力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力場方向等。要求提供取芯段1:50放大測井圖。</p><p><b>　　九、地層測試</b></p><p>　　地層測試分三個層段：對二1煤層進行裸眼中途注入/壓降測試；對二1煤頂板

82、和底板層段進行注入/壓降測試（具體深度根據(jù)鉆探結(jié)果確定）。根據(jù)cz—1井壓裂排采結(jié)果，有必要對底板強化作業(yè)時，要對煤層底部10 m地層進行壓力恢復(fù)測試。</p><p>　　測試中必須獲得的主要參數(shù)：煤層/圍巖滲透率、地層壓力及壓力梯度、原地應(yīng)力及應(yīng)力梯度、破裂壓力、閉合壓力、表皮系數(shù)、調(diào)查半徑、儲層溫度等。</p><p>　　十、樣品采集與分析測試</p><p&g

83、t;　　對6號煤層、煤層頂部20 m、煤層下部10 m層段取芯，作相應(yīng)孔隙度、滲透率和巖石力學(xué)性質(zhì)測試。</p><p>　　煤樣的采集一般每1 m采集1個解吸樣，每2 m采集一個吸附/解吸樣。根據(jù)該井的煤層厚度預(yù)測。</p><p><b>　　十一、完井技術(shù)要求</b></p><p><b>　　1、井身質(zhì)量</b>

84、</p><p>　　要求每100 m井斜不超過1?，全井段井斜不超過3?，水平位移小</p><p><b>　　于30 m。</b></p><p><b>　　2、井身結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　表層套管外徑為244.5 mm，下入深度為新生界底（約25 m）之下78 m，即40 m。如

85、果基巖風(fēng)化帶較深，表層套管深度要適當(dāng)增加；生產(chǎn)套管外徑為139.70 mm，抗內(nèi)壓強度50 MPa以上，下至井底，即850 m。表層套管水泥返至地表，生產(chǎn)套管固井水泥返高至6號煤之上150~200 m。要求固井質(zhì)量優(yōu)到良好。</p><p>　　圖 煤層氣井井身結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　3、固井</b></p><p>　　為

86、減少固井時對儲層的傷害，要求采用低密度水泥漿，降低水泥漿柱的壓力，盡可能減小水泥漿的侵入深度，水泥漿密度不大于1.5 g/cm3。盡量縮短初凝時間（控制在20～30 min）。要求射孔數(shù)：26孔/m。</p><p><b>　　4、壓裂施工要求</b></p><p>　　實施對煤層及其頂板（或底板）的壓裂改造。壓裂過程中要監(jiān)測裂縫延伸方位、長度和高度。</p

87、><p><b>　　十二、試氣要求</b></p><p>　　煤層氣井的排采是檢驗煤層氣井設(shè)計、施工效果、實際評價煤層氣田的重要工作。根據(jù)鉆探如果水量較大可首先采用桿式泵進行排水。待水位顯著下降后安裝采油樹、游粱式抽油機和水、氣計量表進行排采。具體設(shè)備型號要等鉆井、試井等測試數(shù)據(jù)獲得后確定。如果水量不大，可直接采用真空泵負壓抽采，在該井進入采動區(qū)后透水繼續(xù)抽采，如果井

88、筒沒有被塌陷破壞，該井可一直沿續(xù)到采空區(qū)使用。</p><p>　　壓裂后即行連續(xù)不間斷排水采氣，每小時記錄一次水、氣產(chǎn)量，每天測量一次動液面。當(dāng)液面將至射孔層段頂部30 m時，每2小時測量一次動液面。每10天測量一次靜液面。每月取一次氣樣進行成分分析。要求現(xiàn)場記錄整齊、全面、準(zhǔn)確。井筒液面下降速率以壓裂砂不大量返吐為前提而定。如果產(chǎn)層段水被疏干，且短期內(nèi)井筒內(nèi)不再產(chǎn)水，或產(chǎn)水量較少時，可考慮采用負壓抽放。這只是

89、一個初步的論證，專門的工藝設(shè)計要根據(jù)地質(zhì)資料和工藝特征，結(jié)合不同階段獲取的資料分階段制定。</p><p><b>　　十二、鉆井工程提示</b></p><p>　　1.第四系礫石層、流沙層防漏防塌。</p><p>　　2.鉆開山西組6號煤之前要及時改用清水鉆進，防井涌、井漏、水浸。</p><p>　　3.根據(jù)DR

90、P-12井周圍煤田勘探井資料，煤層頂板砂巖層含水量不大，為弱含水層，周邊的斷層雖為封閉性，溝通太原組和奧陶系含水層的可能性不大。但壓裂工藝參數(shù)應(yīng)選擇合理，否則壓裂將溝通下部含水層造成排采困難。</p><p>　　4.由于鉆井深度較大、鉆孔直徑大，盡管地層傾角較小，但鉆進時應(yīng)特別注意井斜，確保井斜在設(shè)計范圍至內(nèi)。</p><p>　　5.固井質(zhì)量必須保證，它是壓裂成功與否的保障，而且固井質(zhì)

91、量差就有可能造成含水層與煤層溝通，引起排采困難；壓裂層段固井質(zhì)量差將直接影響壓裂效果。</p><p>　　6.鉆井及工程施工單位要服從現(xiàn)場監(jiān)督的指揮。</p><p>　　十四、健康、安全與環(huán)境管理（HSE）要求</p><p>　　1.嚴(yán)格執(zhí)行國家和當(dāng)?shù)卣嘘P(guān)健康、安全與環(huán)境保護法律、法規(guī)的相關(guān)文件。</p><p>　　2.鉆井隊要設(shè)

92、立HSE管理員。</p><p>　　3.搞好井場和營地衛(wèi)生，配備一定數(shù)量的滅火器材，標(biāo)識防火、安全要求。</p><p>　　4.要設(shè)立安全標(biāo)志牌（位置、標(biāo)識等）；對設(shè)備要定期進行安全檢查與維護；對有毒藥品及化學(xué)處理劑的管理要嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)管理制度。</p><p>　　5.進入鉆井作業(yè)區(qū)的人員必須嚴(yán)格執(zhí)行人身安全保護規(guī)定。</p><p>

93、　　6.鉆井作業(yè)期間環(huán)境管理要求，本著“誰污染、誰治理”的原則，按照國家頒布的各項法規(guī)和當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行。</p><p>　　7.廢水、廢鉆井液等要設(shè)置專門的排放坑，并制定落實保護當(dāng)?shù)厮Y源的技術(shù)措施。</p><p>　　8.完井后井場要做到：“工完、料凈、井場清”，做好井場地貌恢復(fù)工作。</p><p><b>　　十五、資料要求</

94、b></p><p>　　1、測井和測試數(shù)據(jù)電子文檔，在施工結(jié)束后立即提供。</p><p>　　2、現(xiàn)場回放的測井曲線，要在單項采集作業(yè)完畢后隨即提供（2份）。</p><p>　　3、現(xiàn)場測井解釋小結(jié)，于全部測井項目進行完畢2天內(nèi)提供（2份）。</p><p>　　4、測井解釋報告和所有正式測井曲線圖，在完井后7天內(nèi)提交（10份）。

95、</p><p>　　5、地層測試現(xiàn)場初步解釋小結(jié)在每層測試結(jié)束后1天內(nèi)提供（2份）。</p><p>　　6、《地層測試解釋報告》在測試作業(yè)結(jié)束后15天內(nèi)提交（10份）。</p><p>　　8、《樣品分析測試實驗報告》實際解吸結(jié)束時間后1周內(nèi)提交（10份）。</p><p>　　9、《鉆井工程技術(shù)總結(jié)報告》、《完井地質(zhì)總結(jié)報告》在完井后2