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物探与化探  2023, Vol. 47 Issue (1): 99-109    DOI: 10.11720/wtyht.2023.3530
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川南地区页岩气井平台钻前工程物探集成技术
余长恒1(), 郑健2, 张旭林1, 周昊2, 王安平1, 刘磊1, 李易1
1.四川中成煤田物探工程院有限公司,四川 成都 610072
2.四川长宁天然气开发有限责任公司,四川 成都 610056
Application of the integrated engineering geophysical exploration technology in the predrilling stage of shale gas well platforms in southern Sichuan Province
YU Chang-Heng1(), ZHENG Jian2, ZHANG Xu-Lin1, ZHOU Hao2, WANG An-Ping1, LIU Lei1, LI Yi1
1. Sichuan Zhongcheng Coalfield Geophysical Engineering Institute Co., Ltd., Chengdu 610072,China
2. Sichuan Changning Gas Development Co., Ltd., Chengdu 610056,China
全文: PDF(8199 KB)   HTML
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

四川南部地区岩溶广泛发育,煤矿采空区密布,以往单一勘查手段无法准确探测与识别,造成页岩气规模化、工厂化钻井极易出现故障、复杂事件等问题。针对川南地区复杂地形地质条件,采用了高密度电法、浅层地震法、瞬变电磁法、音频大地电磁法、微动等多种工程物探方法进行试验及对比分析,总结出了川南页岩气井平台工程物探集成技术,并应用在页岩气井平台建设中。后期钻井结果显示,该集成技术能够有效识别地下1 000 m以浅岩溶、煤矿采空区、覆盖层等不良地质体,为页岩气井平台选址、井身结构优化、钻进风险预测、缩短钻进周期、生态环境保护等方面提供技术支撑,取得了显著的经济效益、社会效益和生态效益,为长宁—威远国家级页岩气示范区和川南页岩气勘查开发试验区的建设提供了技术保障,加快了川南页岩气的开发进程。

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余长恒
郑健
张旭林
周昊
王安平
刘磊
李易
关键词 工程物探集成技术岩溶采空区川南页岩气页岩气井平台    
Abstract

Southern Sichuan Province has widely developed karsts and densely distributed coal mine goafs, which cannot be accurately detected and identified using a single existent exploration method. Consequently, large-scale and industrial drilling for shale gas is prone to induce failures and complex events. In light of the complex topographic and geological conditions in southern Sichuan, this study conducted tests and comparative analysis using multiple engineering geophysical exploration methods including electrical resistivity imaging, shallow seismic method, transient electromagnetic method, audio-magnetotelluric method, and microtremor survey method. As a result, an integrated engineering geophysical exploration technology for shale gas well platforms in southern Sichuan was formed and applied to the construction of shale gas well platforms. As indicated by drilling results, the integrated technology can effectively identify unfavorable geological bodies (e.g., shallow karsts, coal mine goafs, and overburdens) at a depth of less than 1000 m and provide technical support for siting shale gas well platforms, optimizing casing programs, predicting drilling risks, shortening drilling cycles, and protecting ecological environment, with remarkable economic, social, and ecological benefits having been achieved. Moreover, this integrated technology provides a technical guarantee for the construction of both the Changning-Weiyuan national shale gas demonstration zone and the southern Sichuan shale gas exploration and development pilot zone and accelerates the shale gas development in southern Sichuan.

Key wordsintegrated engineering geophysical exploration technology    karst    goaf    southern Sichuan shale gas    shale gas    well platform
收稿日期: 2020-04-20      修回日期: 2022-09-16      出版日期: 2023-02-20
ZTFLH:  P631.8  
基金资助:四川省煤田地质局科技计划项目(KJ2020-09)
作者简介: 余长恒(1988-), 男, 高级工程师,主要从事地球物理勘探及研究工作。 Email: 470115920@qq.com
引用本文:   
余长恒, 郑健, 张旭林, 周昊, 王安平, 刘磊, 李易. 川南地区页岩气井平台钻前工程物探集成技术[J]. 物探与化探, 2023, 47(1): 99-109.
YU Chang-Heng, ZHENG Jian, ZHANG Xu-Lin, ZHOU Hao, WANG An-Ping, LIU Lei, LI Yi. Application of the integrated engineering geophysical exploration technology in the predrilling stage of shale gas well platforms in southern Sichuan Province. Geophysical and Geochemical Exploration, 2023, 47(1): 99-109.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2023.3530      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2023/V47/I1/99
Fig.1  研究区地质构造及试验点位置分布
地层 主要岩性 标本数/块 电阻率/(Ω·m)
最小值~最大值 常见值
第四系 全新统 黏土、泥岩 65 10~135 80
侏罗系 下统 自流井组 泥岩 50 46~107 77
三叠系 上统 须家河组 泥岩
砂岩
80
110
44~290 130
81~583 309
中统 雷口坡组 灰岩
泥质灰岩
70
50
170~1529 1281
501~1258 813
下统 嘉陵江组
飞仙关组
灰岩
泥岩
85
60
395~11523 2445
47~285 179
二叠系 上统 长兴组
龙潭组
泥质灰岩
页岩
55
60
33~1324 38
13~159 106
中统 茅口组 灰岩 85 1023~11195 5231
岩溶/断层/裂缝/采空区(充水) 45 2~50 10
岩溶/断层/裂缝/采空区(未充水) 50 12000~120000 30000
Table 1  岩石电阻率实测值
Fig.2  研究路线
编号 方法 特点 勘查深度 解决问题
1 工程地质+水文地
质相结合综合勘查
调查内容为:地层及其厚度、岩性特征、接触关系、构造位置、构造特征、地貌特征、面临的工程地质问题以及地表水、地下水类型、地下水分布规律、地下水补给、径流及排泄条件 以平台为中心,在600 m范围内进行调查,视情况扩大调查范围 地层界限及其厚度、岩性特征、接触关系、构造位置、构造特征、地貌特征、地表水系分布、地下水类型、地下水分布规律、地下水补给、径流及排泄条件
2 浅层地震 1)探测精度高
2)构造破碎带、岩层界面识别能力强
100 m以浅 覆盖层基覆界面、构造破碎带的探测识别
3 高密度电法 1)分布式设计,大电流、连续剖面测量
2)多种电极排列方式,能获取丰富的地电断面信息
3)具有电阻率剖面和电阻率测深双重性质
100 m以浅 覆盖层基覆界面、采空区、浅层岩溶以及构造破碎带的探测识别
4 瞬变电磁法 1)断电后观测纯二次场,不受一次场干扰
2)对低阻层的分辨率高,能清晰、直观地显示探测目标埋藏的相对位置
3)受地形影响小
4)工作装置形式灵活多样,工作效率高
400 m以浅 采空区、中深部岩溶以及构造破碎带的探测识别
5 微动 1)智能勘探,实时获得表征地质分层的面波速度曲线
2)适应环境能力强,不受电磁干扰影响
3)无需人工震源、安全、快捷、环保
1 000 m以浅 覆盖层基覆界面、采空区、深部岩溶以及构造破碎带的探测识别
6 音频大地
电磁法
1)不受高阻层(如碳酸盐岩地区)影响
2)穿透深度大
3)装备轻便、适应于地形条件较差的地区
1 000 m以浅 区域性宏观构造破碎带控制、深部岩溶探测
Table 2  川南页岩气井平台钻前工程物探方法调研情况汇总
序号 方法 试验点 地质异常类型 仪器型号 实验时间
1 浅层地震法(反射波法、层析成像法) 12 覆盖层 428lite数字地震仪 2020.07
2 高密度电阻率法 1、5、12 构造破碎带、嘉陵江组岩溶、覆盖层 N2电法测量系统 2020.07、2021.07
3 音频大地电磁法 12、13 雷口坡组及嘉陵江组岩溶、龙潭组煤矿采空区 Aether 2020.07、2021.07
4 微动 2 龙潭组煤矿采空区 高精度一体化宽频带地震仪 2020.08
5 可控源高频大地
电磁法
6 嘉陵江组岩溶 UltraEM Z4多功能电法工作站 2020.09
6 瞬变电磁法 3、4、2、13 嘉陵江组岩溶、龙潭组煤矿采空区 HPTEM-18等值反磁通瞬变电磁系统 2020.09、2021.07
7 瞬变电磁法 7、9 嘉陵江组岩溶、茅口组岩溶 FCTEM60-1高分辨瞬变电磁系统 2020.09
8 瞬变电磁法 11 嘉陵江组岩溶 CUGTEM-8瞬变电磁仪 2020.09
9 瞬变电磁法 14 嘉陵江组岩溶 emrs-3瞬变电磁仪 2020.10
10 微动 7、10、12 嘉陵江组岩溶、龙潭组煤矿采空区、覆盖层 Node X3 2021.03
11 瞬态面波 8 覆盖层 Node X3 2021.03
Table 3  川南页岩气井平台钻前工程物探方法研究及应用试验点统计
Fig.3  试验点12的工程布置(a)及浅层地震深度剖面(b)、浅层地震速度剖面(c)、高密度电法(d)、常时微动法(e)探测成果
Fig.4  试验点13的工程布置(a)及瞬变电磁法(b)、音频大地电磁法(c)成果
Fig.5  试验点2工程布置(a)及瞬变电磁法(b)、微动法(c)实验成果
Fig.6  试验点3的工程布置及瞬变电磁法实验成果
Fig.7  试验点4的工程布置及瞬变电磁法实验成果
Fig.8  试验点5的工程布置及高密度电法实验成果
Fig.9  试验点1的工程布置(a)及高密度电法实验成果(b、c)
标类型 研究区
状况
0~100 m 100~200 m 200~1000 m 备注
第一优
选组合
第二优
选组合
第一优
选组合
第二优
选组合
第一优
选组合
第二优
选组合
覆盖层 干扰较强、
场地狭小
①+⑧ ①+⑩ ①+⑧ ①+⑧ ①工程地质及水文地质调查
②采空区调查
③高密度电法
④瞬变电磁法(大定源)
⑤等值反磁通瞬变电磁法
⑥音频大地电磁法
⑦可控源音频大地电磁法
⑧浅层地震反射波法/层析成像法
⑨微动
⑩常时微动
?瞬态面波
干扰较弱、
场地开阔
①+⑧
岩溶 干扰较弱、
场地开阔
①+③ ①+⑤ ①+⑤ ①+③ ①+④+⑦ ①+④+⑥
干扰较强、
场地狭小
①+③ ①+⑤ ①+⑤ ①+③ ①+④+⑦ ①+④+⑥
采空区 干扰较弱、
场地开阔
①+②+③ ①+②+⑤ ①+②+⑤ ①+②+④ ①+②+④ ①+②+⑧
干扰较强、
场地狭小
①+②+③ ①+②+⑤ ①+②+⑤ ①+②+④ ①+②+④ ①+②+⑧
Table 4  川南页岩气井平台工程物探集成技术
[1] 雍锐, 陈更生, 杨学锋, 等. 四川长宁—威远国家级页岩气示范区效益开发技术与启示[J]. 天然气工业, 2022, 42(8):136-147.
[1] Yong R, Chen G S, Yang X F, et al. Profifitable development technology of the Changning-Weiyuan national shale gas demonstration area in the Sichuan basin and its enlightenment[J]. Natural Gas Industry, 2022, 42(8):136-147.
[2] 赵瑞, 许模, 范辰辰, 等. 川南古叙地区岩溶发育特征及影响因素探讨[J]. 水土保持研究, 2015, 22(2):316-319,327.DOI:10.13869/j.cnki.rswc.2015.02.059.
doi: 10.13869/j.cnki.rswc.2015.02.059
[2] Zhao R, Xu M, Fan C C, et al. Discussion on the characteristics of Karst development and influence factors in Gulin-Xuyong area of Southern Sichuan[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2015, 22(2):316-319,327.DOI:10.13869/j.cnki.rswc.2015.02.059.
doi: 10.13869/j.cnki.rswc.2015.02.059
[3] Wang X M, Zhou X J, Yang X, et al. High-precision three-dimensional shale gas acquisition technology and its effectiveness in southern Sichuan rovince, Sichuan asin Province[C]// Proceedings of the 32nd National Natural Gas Academic Annual Conference (2020), 2020:538-547.DOI:10.26914/c.cnkihy.2020.064916.
doi: 10.26914/c.cnkihy.2020.064916
[4] 余长恒, 周昊, 邹忠平, 等. 长宁地区页岩气钻井平台不同开孔层位不良地质体勘查[J]. 工程地球物理学报, 2019, 16(1):61-69.
[4] Yu C H, Zhou H, Zou Z P, et al. The Exploration of Unfavorable Geological Body ofShale Gas Drilling Platform at Different Openings in Changning Area[J]. Chinese Journal of Engineering Geophysics, 2019, 16(1):61-69.
[5] 籍增贤, 张正阳, 孙永彬. 高密度电阻率法对泥石流松散堆积层探测效果的分析[J]. 勘察科学技术, 2020(4):61-64.
[5] Ji Z X, Zhang Z Y, Sun Y B. Analysis of the effect of high density resistivity method on the detection of debris flow loose accumulation layer[J]. Investigation Science and Technology, 2020 (4): 61-64.
[6] 马董伟. 地震勘探方法在薄覆盖层区城市活断裂探测中的应用[J]. 物探与化探, 2019, 43(5):1038-1045.
[6] Ma D W. Application of seismic exploration method to urban active fault detection in thin overburden area[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2019, 43(5):1038-1045.
[7] 孟凡松, 张刚, 陈梦君, 等. 高密度电阻率法二维勘探数据的三维反演及其在岩溶探测中的应用[J]. 物探与化探, 2019, 42(3):672-678.
[7] Meng F S, Zhang G, Chen M J, et al. 3D inversion of 2D high density resistivity data and its application in Karst Exploration[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2019, 42(3):672-678.
[8] 吴俊林, 靳月文. 瞬变电磁法在采空区勘查中的应用[J]. 物探与化探, 2012, 36(S1):168-170.
[8] Wu J L, Jin Y W. Application of transient electromagnetic method in goaf exploration[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2012, 36(S1):168-170.
[9] 余长恒, 张旭林, 王强, 等. 高密度电法在岩溶勘查中的参数试验——以四川南部宜宾市长宁页岩气开发区为例[J]. 矿产勘查, 2020, 11(9):1986-1992.
[9] Yu C H, Zhang X L, Wang Q, et al. Parameter test of high density electrical method in Karst exploration:Take the changning shale gas development area in Yibin, southern Sichuan Province as an example[J]. Mineral Exploration, 2020, 11(9):1986-1992.
[10] 沈福斌, 刘江宾, 王星明. 岩溶裂隙探测技术及应用[J]. 煤矿隐蔽致灾因素及探查技术研究, 2015(5):332-337.
[10] Shen F B, Liu J B, Wang X M. Karst fissure detection technology and its application[J]. Study on Hidden Disaster Causing Factors and Exploration Technology in Coal Mine, 2015 (5): 332-337.
[1] 张帆, 冯国瑞, 戚庭野, 余传涛, 张新军, 王超宇, 杜孙稳, 赵德康. 瞬变电磁法勘探煤矿不同层间距双层积水采空区的可行性研究[J]. 物探与化探, 2023, 47(5): 1215-1225.
[2] 周建兵, 罗锐恒, 贺昌坤, 潘晓东, 张绍敏, 彭聪. 文山小河尾水库岩溶含水渗漏通道的地球物理新证据[J]. 物探与化探, 2023, 47(3): 707-717.
[3] 覃剑文, 姜晓腾, 谢贵城, 孙汉武, 何流, 孙怀凤. 基于高密度电法的城市复杂环境岩溶探查研究——以贵港市北环新村为例[J]. 物探与化探, 2023, 47(2): 530-539.
[4] 任喜荣, 李欣, 周志杰. 等值反磁通瞬变电磁法在金矿采空区探测中的应用[J]. 物探与化探, 2023, 47(2): 540-546.
[5] 张健, 冯旭亮, 岳想平. 综合物探方法在隐伏岩溶探测中的应用[J]. 物探与化探, 2022, 46(6): 1403-1410.
[6] 孙海川, 王文忠, 李治中, 刘永亮. 多激励源瞬变电磁探测方法在煤矿采空区的应用[J]. 物探与化探, 2022, 46(5): 1306-1314.
[7] 罗卫锋, 胡志方, 甘伏平, 张庆玉, 康海霞, 张云枭. 南方碳酸盐岩地区页岩气钻探井位选址中的综合物探方法应用[J]. 物探与化探, 2022, 46(4): 824-829.
[8] 吴雯, 王猛, 杨迪琨, 陈默, 任林彬. 页岩气水力压裂分布式微弱电场监测技术初探[J]. 物探与化探, 2022, 46(3): 557-562.
[9] 殷启春, 王元俊, 周道容, 张丽, 孙桐. 复电阻率法在安徽南陵盆地海相页岩气勘探中的应用[J]. 物探与化探, 2022, 46(3): 668-677.
[10] 王强, 田野, 刘欢, 朱春光, 白超琨, 郝森. 综合物探方法在煤矿采空区探测中的应用[J]. 物探与化探, 2022, 46(2): 531-536.
[11] 崔瑞康, 孙建孟, 刘行军, 文晓峰. 低阻页岩电阻率主控因素研究[J]. 物探与化探, 2022, 46(1): 150-159.
[12] 张建智, 胡富杭, 刘海啸, 邢国章. 煤矿老窑采空区地—井TEM响应特征[J]. 物探与化探, 2022, 46(1): 191-197.
[13] 张春来, 杨慧, 黄芬, 曹建华. 广西马山县岩溶区土壤硒含量分布及影响因素研究[J]. 物探与化探, 2021, 45(6): 1497-1503.
[14] 蔡盛. 张吉怀铁路隧道超前预报技术应用研究[J]. 物探与化探, 2021, 45(5): 1275-1280.
[15] 裴肖明, 冯国瑞, 戚庭野. 瞬变电磁法探测复杂状态下煤矿充水采空区物理模拟实验[J]. 物探与化探, 2021, 45(4): 1055-1063.
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