湄页1井钻井地质及工程设计

注意保存

构造：武陵褶皱区湄潭复背斜

井别：页岩气调查井井型：直井

黔北地区

湄页1井钻井地质及工程设计

国土资源部成都地质矿产研究所

贵州省地勘局115地质大队

2012年10月14日

注意保存

黔北地区

湄页1井钻井地质及工程设计

项目名称：黔北地区页岩气资源调查评价

承担单位：成都地质矿产研究所

协作单位：贵州省地质矿产勘查开发局

项目负责：余谦刘伟

设计人：宋继伟刘伟

参加人员：门玉澎张海全周小琳

单位负责：丁俊李勇

国土资源部成都地质矿产研究所

贵州省地勘局115地质大队

2012年10月14日

湄页1井钻井地质及工程设计责任表

目录

一、井区自然状况 (1)

二、基本数据 (2)

三、钻探设计依据及目的 (3)

（一）设计依据 (3)

（二）钻探目的 (4)

四、区域地质概况 (4)

（一）区域构造特征 (4)

（二）区域地层 (7)

五、设计地层剖面及预计页岩气层位置 (11)

（一）设计地层分层 (11)

（二）预计页岩气层位及简述 (13)

（三）预计取芯井段分布简述 (14)

六、完钻层位及原则 (14)

七、完井方法 (14)

八、钻井工程要求 (15)

（一）钻探设备及材料选择 (15)

（二）井身质量及井身结构要求 (16)

（三）钻井液要求 (18)

（四）施工进度计划 (20)

（五）施工组织管理工作 (20)

（六）工程质量措施 (21)

（七）安全管理与文明施工 (26)

九、资料录取与实施要求 (33)

（一）岩屑录井 (33)

（二）综合录井 (33)

（三）取芯及岩芯编录 (35)

（四）含气性现场解析 (36)

（五）抽水实验 (37)

（六）选送样品要求 (37)

十、地球物理测井 (38)

十一、健康安全与环保 (40)

十二、技术说明及要求 (41)

（一）各阶段施工要求 (41)

（二）其他技术要求 (42)

十三、提交资料及要求 (43)

（一）提交资料 (43)

（二）资料提交要求 (44)

十四、钻井地质及工程设计附件 (45)

为进一步推动黔北地区页岩气资源调查评价，加快贵州省页岩气资源勘探开发的步伐，拟在黔北地区内实施10口页岩气调查井钻探工作，井深范围在600-1200m之间。根据《黔北地区页岩气资源调查评价》子项目设计和年度工作任务要求，以井位论证及相关研究成果为基础，编制湄页1井钻井地质及工程设计。通过钻探，主要目的是获取下寒武统牛蹄塘组有利含气页岩段分布、页岩气地质特征及含气性，为页岩气资源潜力评价和有利区优选提供地质依据。

一、井区自然状况

湄页1井位于贵州省湄潭县南约32km的高台镇三联村（图1）。

图1 湄页1井井位

井区公路交通方便，西距326国道约20km，东距204省道约18km。井位位于路边旱地，地势平坦，施工便利。

二、基本数据

湄页1井的基本情况如下（表1）：

表1 湄页1井基本数据

三、钻探设计依据及目的

（一）设计依据

根据《黔北地区页岩气资源调查评价》子项目设计和年度工作任务要求，以井位论证及相关研究成果为基础部署实施：

1、湄潭地区处于上扬子地台内，下寒武统牛蹄塘组含气页岩较为发育，有效厚度30-50m。

2、邻近地区露头及钻孔样品分析显示，牛蹄塘组页岩有机碳TOC含量主要为3.23-8.5%，镜质体反射率1.96-3.81%，有机质类型为I-II1型，腐泥组为主。表明牛蹄塘组生烃潜力好，页岩气勘探潜力较好。

3、湄潭复背斜西翼单斜地层，产状平缓稳定，井区出露寒武系清虚洞组-娄山关组，勘探纵深大；目的层埋深适中，约650-1200m，满足页岩气调查井对目的层段埋深的要求。

4、下寒武统牛蹄塘组-金顶山组泥质盖层厚度500-600m，分布稳定；井位附近未见大型断裂，地表岩石中裂缝不发育；

5、井位周围地形平坦，交通便利，钻井工程实施条件良好。

6、前期页岩气有利区优选及资源量估算认为湄潭地区是下寒武统牛蹄塘组页岩气勘探有利区，页岩气资源量丰富。相邻的黔东南州岑巩县下寒武统牛蹄塘组已获得了页岩气突破。湄页1井的钻探，能很好的评价湄潭复背斜牛蹄塘组页岩气勘探潜力，积极扩展该地区页岩气勘探成果。

（二）钻探目的

1、获取牛蹄塘组-金顶山组岩芯，了解下寒武统地层及岩性组合情况，进一步落实黔北地区下寒武统开阔陆棚环境相带展布规律；

2．查明湄潭地区下寒武统牛蹄塘组含气页岩段分布、页岩气地质特征、含气性特征，为页岩气资源潜力评价和有利区优选提供地质依据。

3、系统获取牛蹄塘组岩性、电性、储集性、力学性质、地层温度及水文地质资料，取全取准各类地质参数，为后续工作奠定基础。

四、区域地质概况

（一）区域构造特征

黔北地区从大地构造上属于上扬子地台区，构造演化与扬子地台的区域构造演化具有一致性。从中元古代至古生代曾经发生过不同方向、不同程度的聚合运动和裂陷作用。从震旦纪～三叠世中期，基本上处于陆表海台地的稳定构造环境，到早白垩世中期的燕山运动使黔北台地隆起发生全面褶皱，中新生代又受太平洋边缘活动带的强烈影响，其西南面的喜马拉雅山地区还发生过板块的碰撞作用，形成了现今复杂的地质特点。

1、黔北地区构造单元划分

根据在现今所保存下来的构造形迹、沉积特征和变质程度的差别，结合不同地区演化程度的差异，可以将黔北地区划分出不同的构造变形区，进行构造单元级别的划分。

黔北地区构造单元可划分为三级：一级构造单元为上扬子地台；二级构造单元为武陵褶皱区；三级构造单元为道真-湄潭构造带、彭水-德江褶皱带（部分）、酉阳-石阡复背斜带（部分）、松桃冲断背斜带（部分）。

2、黔北地区褶皱断裂特征

黔北地区褶皱整体上以北东向或北北东向展布为主，南北向、东西向和北西向褶皱、断裂也有发育。褶皱类型主要以隔槽式褶皱为主，向斜狭窄紧闭呈紧密槽状，背斜宽阔舒缓呈箱状。

断裂具有多组断裂体系，包含北东向、北北东向、南北向、东西向4组断裂，相互切割、联合，干扰。南北向断层多为挤压性断层，沿着正安-湄潭-瓮安-麻旺-平塘一线及梵净山周围分布，主要发育于武陵运动-雪峰运动时期；东西向断裂体系分布局限，沿着镇远-施秉-织金一线分布于贵州省中部，形成于都匀运动和广西运动时期，但表现为切割后期形成的断裂，说明其在燕山期、甚至在喜山期仍有活动，与黔中继承性古隆起的形成有很大关系；北北东向和北东向断裂体系最为发育，分布比较广泛，其形成受燕山-喜山期太平洋板块对亚洲大陆斜向俯冲的影响，断裂性质以压扭性为主，局部表现为张性特征，

是不同期次断裂叠加的综合。

3、黔北地区构造演化特征

自中元代晚期以来的地质历史，按照各种地质事件规律出现反映的地壳演化特点，可以分为三个发展阶段：

（1）中元古代晚期～志留纪发展阶段

该阶段为陆缘大洋地壳转变为大陆地壳的地质时期。中元古代晚期早阶段，黔北地区处于大洋环境。随着大洋地壳向北扩张移动抵达到向南增生的川中古陆缘，此时黔北地区具有过渡性地壳性质。中自中元古代晚期晚阶段直到志留纪，经过雪峰运动、郁南运动（加里东中期运动I幕）、都匀运动（加里东中期运动II幕）等构造运动，黔北（整个贵州）地壳逐步由活动陆缘向稳定的地台型大陆地壳过渡。到志留纪末的广西运动（加里东运动III幕）后，黔北地区才全部转化为稳定的大陆性地壳。

（2）泥盆纪～晚三叠世中期发展阶段

该阶段为大陆扩张阶段。自早泥盆世中期开始，黔北地区转入了拉张沉陷构造发展阶段，同时开始海侵。自晚二叠世～中三叠世，地壳继续保持着深水盆地和浅水台地并存的断块性质的构造环境。晚三叠世早期沉积物补偿填充，海水变浅，裂谷逐渐消亡。晚三叠世晚期之前结束了区内大陆扩张的历史。

（3）中-新生代（自晚三叠世晚期以来）发展阶段

该阶段为太平洋板块俯冲作用和印度板块碰撞作用影响下

的地质发展阶段。晚三叠世晚期～始新世，黔北地区在太平洋板块朝北北西方向对亚洲大陆斜向俯冲作用的影响下，晚三叠世晚期发生了一场上升运动-安源运动（印支运动早期），结束了黔北海相沉积历史；侏罗纪时形成大型内陆坳陷湖盆。早白垩世初期由于南北向左旋直扭性质的断块构造活动日益增强，最终导致褶皱的形成。早白垩世晚期～始新世，贵州大部地区在褶皱的基础上形成众多的小型山间断陷谷地。渐新世以来，随着太平洋板块改变为向北西西方向俯冲及印度和亚洲大陆的碰撞，造成近东西向挤压的构造环境，发生褶皱隆升。

总体，黔北地区地壳发展的整体趋势是洋壳-过渡壳-陆壳，地壳发展具有明显的阶段性。

（二）区域地层

黔北地区震旦纪-早古生代地层发育较为完整，其中遵义-石阡一线以南受黔中隆起的影响，上奥陶统、下志留统地层遭受不同程度剥蚀（图2）。

1、震旦系

西区：下统陡山沱组是指整合在南华系南沱组和震旦系灯影组之间的一套白云岩-细碎屑岩组合，厚度一般50-80m。序列结构上“两白两黑”特征明显，其中第二、四段有机质含量较高。上统灯影组为一套以白云岩为主的碳酸盐台地建造，厚300- 600m，与上覆寒武系牛蹄塘组存在暴露沉积间断。

东区：下统陡山沱组相对较薄，厚度为30-50m，主要为白

云岩夹少量的碳质泥岩，“两白两黑”特征渐不明显。上统老堡组黑色硅质岩与西区的灯影组相比，下界接近，上界跨寒武纪梅树村期，基本为同时异相，与上覆牛蹄塘组整合接触，厚数米-25m，相对较薄。

图2 黔北地区震旦纪-早古生代地层综合柱状图

2、寒武系

早寒武世梅树村期，西区无梅树村组（或麦地坪组）含磷白云岩、夹磷块岩的碳酸盐岩。东区老堡组硅质岩顶部数十厘米-牛蹄塘组底部范围普遍夹磷结核，局部地区并有小壳化石的发现。故西区相应地层可能在寒武纪初桐湾运动中已剥蚀殆尽，牛蹄塘组超覆于古喀斯特岩溶面之上，沉积基座古地势更

高。

（1）下统

西区：牛蹄塘组总体构成一套向上变粗的沉积序列，底部为黑色碳质泥岩与硅质岩韵律互层夹磷结核；下部普遍发育一套黑色碳质泥岩，发育水平层理与黄铁矿，厚30-50m，分布稳定，为本项目重点研究的两套富有机质页岩地层的其中之一；上部为深灰、灰绿色泥页岩夹粉砂岩条带，厚约30-50m。明心寺组与金顶山组在黔北地区无明显的分界，岩性大致类似，主要为灰绿色泥岩与粉砂岩韵律互层夹灰岩，向上粉砂岩逐渐增多，也是一个向上水体逐渐变浅的序列。

东区：牛蹄塘组厚15-68m，岩性为黑色碳质泥岩，发育水平层理与黄铁矿，为深水陆棚沉积。牛蹄塘组与九门冲组渐变过渡，由碳质泥岩→含碳钙质泥岩→钙质泥岩→泥质灰岩→微晶灰岩逐渐变化，发育正粒序结构和沙纹层理，厚约50-70m。变马冲组根据岩性可分为三段，一段厚约100-120m，主要为黑色碳质泥岩，夹有灰色粉砂岩条带，泥岩发育水平层理，粉砂岩中见有沙纹层理和塑性变形层理；二段厚约120-150m，岩性为灰黑色石英粉砂岩；三段厚约30-50m，岩性主要为黑色碳质泥岩、含碳质泥岩，发育水平层理与黄铁矿；变马冲组三段之间岩性均为渐变过渡。杷榔组厚240-400m，岩性主要为深灰-灰绿色泥岩、钙质泥岩夹粉砂岩与泥灰岩，见有大量三叶虫化石，发育水平层理、沙纹层理、潮汐层理等，向上泥岩颜色逐

渐变浅、灰岩逐渐增加。

清虚洞组主要为一套碳酸盐建造，岩性可分为上下两部分：下部深灰色豹斑状、条带状灰岩，底部夹鲕粒灰岩；上部灰色白云质灰岩、白云岩，属碳酸盐缓坡沉积。

（2）中-上统

黔北地区寒武系中-上统为碳酸盐台地发育成熟阶段，为镶边碳酸盐台地模式，沿台地边缘具连续或断续分布的镶边状障壁（滩、礁等）为特征。中统高台组，岩性为灰色薄层白云岩、泥质白云岩夹云母石英砂岩及钙质页岩。中-上统娄山关组，总体岩性比较单一，为灰色中厚层-块状的白云岩、白云质灰岩、灰岩，局部发育砂屑灰岩、鲕粒灰岩。

3、奥陶系

早奥陶世桐梓组与红花园组沉积期，黔北地区基本继承了晚寒武世岩相古地理格局，发育以镶边碳酸盐岩台地为主的碳酸盐沉积格局。岩性为灰色生屑灰岩、生屑白云岩夹泥岩。下-中奥陶统湄潭组岩性主要为灰绿、浅灰色泥页岩、粉砂质页岩夹生屑灰岩。十字铺组、宝塔组、临湘组岩性为灰、紫红色疙瘩状泥灰岩，其中宝塔组比较特殊，具有标志性，为灰、浅紫色龟裂纹生屑灰岩和瘤状灰岩，发育有大量角石、三叶虫等化石。五峰组沉积期中上扬子海域被古隆起围限，为一局限海盆，海域面积缩小。五峰组岩性主要为黑色碳质泥岩，笔石丰富，顶部观音桥组灰色薄层状含生屑灰岩，厚度数米不等。

4、志留系

黔北地区由下而上分别为龙马溪组、石牛栏组、韩家店组。由于受到黔中隆起的影响，龙马溪组在南部地区不发育，其主要分布在北部地区。岩性为灰黑、黑色薄-中层夹厚层状碳质泥岩、粉砂岩夹条带状、透镜状泥质泥晶灰岩，其下部为一套厚数十米至一百米的黑色碳质泥岩，发育丰富的笔石化石，有机质丰富；总体向上砂质、钙质含量增多，构成向上变粗的沉积序列。

石牛栏组岩性主要为浅灰、灰色中-厚层状灰岩、生屑瘤状灰岩夹钙质泥岩与粉砂岩，见有珊瑚、腕足、海百合、核形石、三叶虫等化石，为潮坪沉积。

韩家店组岩性为黄灰、灰绿色中薄层粉砂质页岩，偶夹粉砂岩及灰岩透镜体。发育水平层理、小型沙纹层理及对称波痕，产珊瑚、腕足及三叶虫等化石，为潮坪沉积。

五、设计地层剖面及预计页岩气层位置

（一）设计地层分层

湄页1井所在的湄潭复背斜目前尚无钻穿目的层牛蹄塘组的钻孔。根据湄潭梅子湾剖面地层厚度及井区地表调查地层产状，预计本井地层剖面由下而上为（表2）：

1、下寒武统清虚洞组（? 1q）

井深0-73m，钻厚73m。区域岩性稳定，主要为灰-深灰色

厚层-块状豹斑状灰岩，底部深灰色瘤状灰岩夹鲕粒灰岩。

表2 湄页1井设计地层分层数据及故障提示一览表

2、下寒武统明心寺组-金顶山组（? 1m-j）

井深73-327m，钻厚254m。岩性主要为灰-深灰色泥岩、粉砂质泥岩夹粉砂岩，底部41m深灰色古杯灰岩。二者之间界限不易划分。

3、下寒武统牛蹄塘组（?1n）

井深327-705m，钻厚378m。中上部岩性以深灰-蓝灰色泥岩为主，夹薄层粉砂岩，与上覆明心寺组灰岩底界岩性。底部

灰黑色碳质泥岩及灰黑色薄层硅质岩，厚30-50m，底部含磷结核。

4、震旦系灯影组（Z2dy）

井深705-730m，钻厚25m。灯影组为一套浅海台地相白云岩，岩性单一，主要为浅灰-灰色粉-细晶白云岩，与上覆寒武系牛蹄塘组呈平行不整合接触。

（二）预计页岩气层位及简述

湄页1井钻探目的层位为下寒武统牛蹄塘组（?1n）下部富有机质岩性段（井深655-705m，钻厚50m），基本情况如下：

1、目的层-牛蹄塘组下部富有机质岩性段

井深655-705m，钻厚50m。主要岩性为灰黑-黑色碳质泥岩、粉砂质碳质泥岩，底部数米黑色薄层硅质岩夹磷结核。底板为灯影组白云岩，岩性突变。目的层段向上岩性接近，有机质含量渐低，无截然的界限。

预计含页岩气，裂缝、破裂面及岩芯面均可能有显示，钻进中，要密切关注上述地层，加以仔细观察描述。

2、九门冲组底部灰岩段

井深286-327m，钻厚41m。岩性为深灰色厚层-块状灰岩，含古杯化石。裂缝、溶孔中可能含气。

3、震旦系灯影组顶部

井深305-730m，钻厚25m。岩性为浅灰-灰色粉-细晶白云岩。裂缝、溶孔中可能含气。

（三）预计取芯井段分布简述

取芯段井深3-730m，钻厚727m。采用金刚石取芯钻头绳索打捞法全取芯。

六、完钻层位及原则

1、完钻层位

钻穿牛蹄塘组，进入震旦系灯影组（Z2dy）白云岩25m完钻。以灯影组25m钻厚作为本井的口袋。

2、完钻原则

（1）在设计井深范围内钻达震旦系灯影组（Z2dy）白云岩25m完钻。

（2）若按设计井深未能钻进震旦系灯影组（Z2dy）白云岩，则根据现场随钻分析，请示是否加深钻进。

（3）钻入震旦系灯影组（Z2dy）若有气显示，无论是否钻达设计井深，都需请示是否加深钻进。

七、完井方法

1、先期清虚洞组（一开、二开，井深0-73m）套管完成；金顶山组-灯影组（井深73-730m）如无特殊情况采用裸眼完井。

2、如果有明显的页岩气显示或特殊情况，需请示采用何种完井方法。

八、钻井工程要求

（一）钻探设备及材料选择

根据地质情况及钻探要求，该井主要钻探设备及材料如下：

表3 湄页1井施工钻探设备、物资配置表