地?zé)徙@井中錄井及各地層界面的判定方法探討
—以天津市東麗區(qū)民和巷DL-81地?zé)峋疄槔?/h1>
2016-08-10 02:20:29錢洪強(qiáng)王震凱天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院天津300250
華北地質(zhì) 2016年2期
錢洪強(qiáng)，王震凱（天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，天津300250）
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地?zé)徙@井中錄井及各地層界面的判定方法探討
—以天津市東麗區(qū)民和巷DL-81地?zé)峋疄槔?/p>
錢洪強(qiáng)，王震凱
（天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，天津300250）
摘要：地質(zhì)錄井是地?zé)徙@井中的一項重要工作。在地?zé)徙@井中，經(jīng)常由于地質(zhì)工作不到位，產(chǎn)生工程事故，影響成井進(jìn)度，造成經(jīng)濟(jì)損失。東麗區(qū)民和巷DL-81地?zé)峋? 200 m，自上而下揭露地層比較完整，鉆遇了地?zé)徙@井中多個較重要的地層界面。本文結(jié)合該地?zé)峋┕み^程，闡述了通過巖屑錄井、觀察鉆時變化、物探測井、記錄鉆井液漏失等地質(zhì)錄井工作，準(zhǔn)確判定地層界面，及時有效地采取相應(yīng)工序，來防止工程風(fēng)險，為順利成井做好地質(zhì)上的保障工作。本文對天津及周邊地區(qū)類似地?zé)徙@井的施工有一定的實際借鑒意義。
關(guān)鍵詞：地?zé)徙@井；地質(zhì)錄井；測井；鉆井液漏失
鉆井是一種隱蔽的地下工程，為了鉆至目的層獲取需要的資源，就需要鉆穿各種地層［1］。地質(zhì)錄井是地?zé)徙@井中一項重要的輔助工作［2］。當(dāng)前地?zé)徙@井中有關(guān)重要地層界面的判別，主要是依據(jù)設(shè)計及現(xiàn)場判斷，缺乏系統(tǒng)性的整理。如何綜合各方面要素，更準(zhǔn)確的判別地層界面，是一個技術(shù)性難題。本文結(jié)合天津市東麗區(qū)民和巷地?zé)峋こ?，論述地?zé)峋浘偷貙咏缑娴呐袆e方法，以供參考。
表1 研究區(qū)周邊地層簡表①數(shù)據(jù)來源于：天津市山嶺子地?zé)崽锲詹閳蟾?，天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，1990.②改編自田光輝等的天津市基巖地質(zhì)圖.天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，2007.Tab.1 Geological Stratum Simple List of Research Area
1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)特征及設(shè)計要求
研究區(qū)所在地屬于新生代沖積平原，依據(jù)區(qū)域及周邊地?zé)峋你@探資料，揭露的地層從上到下為：新生界（第四系（Q）和新近系（N））、中生界（Mz）、古生界（石炭-二疊系（C-P）、奧陶系（O）和寒武系（∈））和中新元古界（青白口系（Qb）、薊縣系（Jx））（表1）。設(shè)計要求地?zé)峋üこ涛恢靡妶D1）以薊縣系霧迷山組熱儲層作為開采層位。
圖1 研究區(qū)基巖地質(zhì)圖②Fig.1 Geological basement map of the research area
2 錄井工作
在實際鉆井過程中，地層預(yù)測與實鉆情況總是存在著較大的誤差［3］，要卡準(zhǔn)地層界面，在錄井過程中要做好以下幾項工作：
（1）鉆時錄井
指每鉆進(jìn)單位厚度巖層所用的純鉆進(jìn)時間，單位為“min/m”。
（2）巖屑錄井
通過實測法，大致測量鉆井液從井底上返至井口（振動篩）的時間。根據(jù)該測量時間撈取巖屑，正常情況下每2 m記錄一個時間（與鉆時同步），撈取一個砂樣，鉆遇復(fù)雜地層界面需要加密撈取巖屑。
（3）物探測井錄井
每回次結(jié)束之后進(jìn)行物探測井，測井分為標(biāo)準(zhǔn)測井和綜合測井，其中標(biāo)準(zhǔn)測井的項目有：自然電位、底部梯度電阻率；綜合測井的項目有：補償聲波、自然伽馬、雙感應(yīng)八（雙）側(cè)向測井、井溫測井等。
（4）鉆井液錄井
記錄鉆井過程中鉆至不同地層時鉆井液的比重、粘度、PH值、失水量和漏失情況。在判斷地層界面時，主要觀察鉆井液漏失情況。
圖2 館陶組砂礫巖巖樣照片F(xiàn)ig.2 Sandstones and conglomerates samples from Guantao
圖3 館陶組鉆時曲線特征③錢洪強(qiáng)，王震凱.東麗區(qū)民和巷DL-81井完井資料匯總，2016.Fig.3 Characteristics of the Guantao formation drilling-time curve
3 重要地層界面的判別
DL-81井深3200 m，揭露地層較全，本文以其為樣本，來探討天津地?zé)徙@井中幾個重要地層界面的判別方法。
3.1館陶組頂部界面的判別
新近系上部地層一般選用銑齒鉆頭開鑿，銑齒鉆頭適用于低抗壓強(qiáng)度，高可鉆性的軟地層［4］，如常用的川石牌MP2鉆頭。而館陶組的主要巖性是砂礫巖（圖2）［9］，硬度大且極易磨損鉆頭，造成縮徑，甚至牙輪掉落的事故，因此在進(jìn)入館陶組頂部后，應(yīng)及時更換更耐磨的鑲齒鉆頭打鉆，如常用的川石牌ST517G鉆頭。判斷館陶組頂部界面的方法主要依靠觀察巖屑、鉆時的變化和打鉆時的異?，F(xiàn)象。根據(jù)巖屑錄井（表2）和鉆時錄井（圖3）的分析，本井在鉆至1 260 m以后地層含礫石增多，打鉆時也顯示，1 260 m以后鉆進(jìn)過程中有間歇性跳鉆現(xiàn)象，這是地層軟硬不均或者鉆遇卵石層的現(xiàn)象，因此得出本井館陶組頂板在1 260～1 270 m左右，在1 290 m時果斷起鉆，更換了鑲齒鉆頭。
3.2奧陶系頂部界面的判定
奧陶系主要巖性為灰?guī)r［5］，巖溶裂隙發(fā)育，為主要的含水層之一［6］。在工程上的風(fēng)險主要是巖溶造成鉆井液液柱壓力大于地層壓力，引起漏失［7］，由于漏失多為瞬時性［10，11］，如果井內(nèi)裸眼段長，有不穩(wěn)定地層（如新近系砂巖和松軟泥巖），極易釀成井下事故。
表2 館陶組頂部巖屑錄井描述表③錢洪強(qiáng)，王震凱.東麗區(qū)民和巷DL-81井完井資料匯總，2016.Tab.2 Cuttings descriptions list about the top of Guantao formation
判定奧陶系頂板時主要借助于觀察巖屑變化和鉆井液的漏失情況，結(jié)合物探測井結(jié)果。本井當(dāng)時鉆至1 660 m時，巖性為石炭-二疊系鋁土質(zhì)泥巖、薄煤層和薄層灰?guī)r，底部特征較為明顯［8］，因此筆者組織人員加密撈取巖屑，由原來的每2 m一次變更為1 m一取樣，并密切關(guān)注鉆井液液面變化情況，以達(dá)到更準(zhǔn)確錄井的目的。
鉆至1 712.5 m時，已進(jìn)入純灰?guī)r18 m（表3），停鉆進(jìn)行了物探測井。通過測井曲線，清楚看到1 689 m左右電阻值異常升高（圖4，圖中虛線為2.5 m底部梯度電阻率曲線，實線為4.0 m底部梯度電阻率曲線），表明該處巖性變?yōu)楹駥訝罨規(guī)r，因此綜合判斷，奧陶系頂部界面在1 689～1 694 m左右，決定二開完鉆，下入技術(shù)套管。
表3 奧陶系頂部巖屑錄井描述表③錢洪強(qiáng)，王震凱.東麗區(qū)民和巷DL-81井完井資料匯總，2016.Tab.3 Cuttings descriptions list about the top of ordovician system
圖4 奧陶系頂部視電阻率曲線變化特征③Fig.4 Changing characteristics of apparent resistivity curve about the top of ordovician system
3.3薊縣系霧迷山組頂部界面的判定
霧迷山組是本地?zé)峋哪康膶?，主要巖性為厚層狀白云巖。
由于龍山組砂巖和霧迷山組白云巖在物探測井時所表現(xiàn)出來的電阻值相近，且揭露白云巖較少，很難從測井曲線上反映明顯差異，因此判定霧迷山組頂部界限主要是采取綜合觀察巖屑、鉆時變化和鉆井液的漏失情況而定（表4）。本井在鉆至2 930 m時鉆遇龍山組砂巖，該砂巖中含有標(biāo)志礦物海綠石，進(jìn)行加密撈樣操作。在鉆至2 984 m時，已鉆入白云巖10 m，鉆時增大，且觀察鉆井液液面，出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，說明已進(jìn)入巖溶層，三開鉆進(jìn)工作結(jié)束。
表4 霧迷山組頂部地質(zhì)錄井綜合分析表③Tab.4 Geological well logging list about the top of Wumishan formation
4 結(jié)論
本文結(jié)合地?zé)峋氖┕ぃ榻B了地?zé)徙@井中地層界面的判定方法。
（1）館陶組頂部可通過鉆時和巖屑變化判別，鉆至砂礫巖有跳鉆現(xiàn)象，鉆時增大，應(yīng)及時更換鑲齒鉆頭。
（2）奧陶系頂部巖溶裂隙發(fā)育，有漏失風(fēng)險，要密切觀察巖屑和鉆井液液面，綜合物探解釋，加以判別。
（3）霧迷山組頂部要觀察鉆時、巖屑變化和鉆井液漏失情況，綜合判斷，要觀察標(biāo)志礦物海綠石。
本文只針對了地層層序完整條件下的施工，但在有些情況下，鉆井一旦揭露碳酸鹽地層或者導(dǎo)水?dāng)鄬泳蜁鹬卮舐┦В啦粍俜?，給工程帶來極大風(fēng)險，這仍然是一個難題。在施工中，一定要做好基礎(chǔ)的地質(zhì)錄井工作，扎實有效的工作才是成井的先決條件。
致謝：本文來源于天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院市場項目—東麗區(qū)民和巷地?zé)峋椖浚合聦巽@井一公司員工在研究中給與了配合與幫助，筆者表示衷心的感謝。研究過程中得到鉆井公司孫玉東、李明強(qiáng)等的熱情支持和幫助，筆者在此表示深深的謝意。
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5］田樹信，翟子梅.全國地層多重劃分對比研究（12）天津市巖石地層［M］.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1996，1-2.
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資助項目：天津市東麗區(qū)民和巷地?zé)峋碧巾椖浚?013016）
中圖分類號：P634
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
文章編號：1672-4135（2016）02-0157-04
收稿日期：2016-03-30
作者簡介：錢洪強(qiáng)（1982-），中級工程師，2005年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（北京）水文與水資源專業(yè)，長期從事地?zé)岬刭|(zhì)和地?zé)徙@井方面的研究工作，E-mail：hx0704@163.com。
Discussion on the ways to predicate stratum and well logging in well drilling：an example of DL-81 geothermal well in Dongli district Mehe Lane，Tianjin city
QIAN Hong-qiang，WANG Zhen-kai
（Tianjin Institute of Geothermal Expioration and Development Design，Tianjin 300250，China）
Abstract：Well logging is one of the important jobs in geothermal well drilling.During the process of the drilling，ue to geological work not in place，the engineering accidents often take place resulting in economic losses.In he Dongli district Minhe lane，Tianjin city，DL-81 geothermal well depth reaches 3200 m，from top to bottom to xpose the sedimentary formation relative completely，and it drilled through more important geological interface. n this paper，we discus how to make use the ways like penetration time logging，geophysical logging and drilling luid logging etc.to predicate the drilling stratum，prevent the well drilling dangers effectively，and do well on the eological security work smoothly.This paper has the certain actual reference for similar geothermal drilling in Tianjin and the surrounding area.
Key words：well drilling；well logging；geophysical logging；drilling fluid logging
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錢洪強(qiáng)，王震凱（天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，天津300250）
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地?zé)徙@井中錄井及各地層界面的判定方法探討
—以天津市東麗區(qū)民和巷DL-81地?zé)峋疄槔?/p>
錢洪強(qiáng)，王震凱
（天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，天津300250）
摘要：地質(zhì)錄井是地?zé)徙@井中的一項重要工作。在地?zé)徙@井中，經(jīng)常由于地質(zhì)工作不到位，產(chǎn)生工程事故，影響成井進(jìn)度，造成經(jīng)濟(jì)損失。東麗區(qū)民和巷DL-81地?zé)峋? 200 m，自上而下揭露地層比較完整，鉆遇了地?zé)徙@井中多個較重要的地層界面。本文結(jié)合該地?zé)峋┕み^程，闡述了通過巖屑錄井、觀察鉆時變化、物探測井、記錄鉆井液漏失等地質(zhì)錄井工作，準(zhǔn)確判定地層界面，及時有效地采取相應(yīng)工序，來防止工程風(fēng)險，為順利成井做好地質(zhì)上的保障工作。本文對天津及周邊地區(qū)類似地?zé)徙@井的施工有一定的實際借鑒意義。
關(guān)鍵詞：地?zé)徙@井；地質(zhì)錄井；測井；鉆井液漏失
鉆井是一種隱蔽的地下工程，為了鉆至目的層獲取需要的資源，就需要鉆穿各種地層［1］。地質(zhì)錄井是地?zé)徙@井中一項重要的輔助工作［2］。當(dāng)前地?zé)徙@井中有關(guān)重要地層界面的判別，主要是依據(jù)設(shè)計及現(xiàn)場判斷，缺乏系統(tǒng)性的整理。如何綜合各方面要素，更準(zhǔn)確的判別地層界面，是一個技術(shù)性難題。本文結(jié)合天津市東麗區(qū)民和巷地?zé)峋こ?，論述地?zé)峋浘偷貙咏缑娴呐袆e方法，以供參考。
表1 研究區(qū)周邊地層簡表①數(shù)據(jù)來源于：天津市山嶺子地?zé)崽锲詹閳蟾?，天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，1990.②改編自田光輝等的天津市基巖地質(zhì)圖.天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，2007.Tab.1 Geological Stratum Simple List of Research Area
1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)特征及設(shè)計要求
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圖1 研究區(qū)基巖地質(zhì)圖②Fig.1 Geological basement map of the research area
2 錄井工作
在實際鉆井過程中，地層預(yù)測與實鉆情況總是存在著較大的誤差［3］，要卡準(zhǔn)地層界面，在錄井過程中要做好以下幾項工作：
（1）鉆時錄井
指每鉆進(jìn)單位厚度巖層所用的純鉆進(jìn)時間，單位為“min/m”。
（2）巖屑錄井
通過實測法，大致測量鉆井液從井底上返至井口（振動篩）的時間。根據(jù)該測量時間撈取巖屑，正常情況下每2 m記錄一個時間（與鉆時同步），撈取一個砂樣，鉆遇復(fù)雜地層界面需要加密撈取巖屑。
（3）物探測井錄井
每回次結(jié)束之后進(jìn)行物探測井，測井分為標(biāo)準(zhǔn)測井和綜合測井，其中標(biāo)準(zhǔn)測井的項目有：自然電位、底部梯度電阻率；綜合測井的項目有：補償聲波、自然伽馬、雙感應(yīng)八（雙）側(cè)向測井、井溫測井等。
（4）鉆井液錄井
記錄鉆井過程中鉆至不同地層時鉆井液的比重、粘度、PH值、失水量和漏失情況。在判斷地層界面時，主要觀察鉆井液漏失情況。
圖2 館陶組砂礫巖巖樣照片F(xiàn)ig.2 Sandstones and conglomerates samples from Guantao
圖3 館陶組鉆時曲線特征③錢洪強(qiáng)，王震凱.東麗區(qū)民和巷DL-81井完井資料匯總，2016.Fig.3 Characteristics of the Guantao formation drilling-time curve
3 重要地層界面的判別
DL-81井深3200 m，揭露地層較全，本文以其為樣本，來探討天津地?zé)徙@井中幾個重要地層界面的判別方法。
3.1館陶組頂部界面的判別
新近系上部地層一般選用銑齒鉆頭開鑿，銑齒鉆頭適用于低抗壓強(qiáng)度，高可鉆性的軟地層［4］，如常用的川石牌MP2鉆頭。而館陶組的主要巖性是砂礫巖（圖2）［9］，硬度大且極易磨損鉆頭，造成縮徑，甚至牙輪掉落的事故，因此在進(jìn)入館陶組頂部后，應(yīng)及時更換更耐磨的鑲齒鉆頭打鉆，如常用的川石牌ST517G鉆頭。判斷館陶組頂部界面的方法主要依靠觀察巖屑、鉆時的變化和打鉆時的異?，F(xiàn)象。根據(jù)巖屑錄井（表2）和鉆時錄井（圖3）的分析，本井在鉆至1 260 m以后地層含礫石增多，打鉆時也顯示，1 260 m以后鉆進(jìn)過程中有間歇性跳鉆現(xiàn)象，這是地層軟硬不均或者鉆遇卵石層的現(xiàn)象，因此得出本井館陶組頂板在1 260～1 270 m左右，在1 290 m時果斷起鉆，更換了鑲齒鉆頭。
3.2奧陶系頂部界面的判定
奧陶系主要巖性為灰?guī)r［5］，巖溶裂隙發(fā)育，為主要的含水層之一［6］。在工程上的風(fēng)險主要是巖溶造成鉆井液液柱壓力大于地層壓力，引起漏失［7］，由于漏失多為瞬時性［10，11］，如果井內(nèi)裸眼段長，有不穩(wěn)定地層（如新近系砂巖和松軟泥巖），極易釀成井下事故。
表2 館陶組頂部巖屑錄井描述表③錢洪強(qiáng)，王震凱.東麗區(qū)民和巷DL-81井完井資料匯總，2016.Tab.2 Cuttings descriptions list about the top of Guantao formation
判定奧陶系頂板時主要借助于觀察巖屑變化和鉆井液的漏失情況，結(jié)合物探測井結(jié)果。本井當(dāng)時鉆至1 660 m時，巖性為石炭-二疊系鋁土質(zhì)泥巖、薄煤層和薄層灰?guī)r，底部特征較為明顯［8］，因此筆者組織人員加密撈取巖屑，由原來的每2 m一次變更為1 m一取樣，并密切關(guān)注鉆井液液面變化情況，以達(dá)到更準(zhǔn)確錄井的目的。
鉆至1 712.5 m時，已進(jìn)入純灰?guī)r18 m（表3），停鉆進(jìn)行了物探測井。通過測井曲線，清楚看到1 689 m左右電阻值異常升高（圖4，圖中虛線為2.5 m底部梯度電阻率曲線，實線為4.0 m底部梯度電阻率曲線），表明該處巖性變?yōu)楹駥訝罨規(guī)r，因此綜合判斷，奧陶系頂部界面在1 689～1 694 m左右，決定二開完鉆，下入技術(shù)套管。
表3 奧陶系頂部巖屑錄井描述表③錢洪強(qiáng)，王震凱.東麗區(qū)民和巷DL-81井完井資料匯總，2016.Tab.3 Cuttings descriptions list about the top of ordovician system
圖4 奧陶系頂部視電阻率曲線變化特征③Fig.4 Changing characteristics of apparent resistivity curve about the top of ordovician system
3.3薊縣系霧迷山組頂部界面的判定
霧迷山組是本地?zé)峋哪康膶?，主要巖性為厚層狀白云巖。
由于龍山組砂巖和霧迷山組白云巖在物探測井時所表現(xiàn)出來的電阻值相近，且揭露白云巖較少，很難從測井曲線上反映明顯差異，因此判定霧迷山組頂部界限主要是采取綜合觀察巖屑、鉆時變化和鉆井液的漏失情況而定（表4）。本井在鉆至2 930 m時鉆遇龍山組砂巖，該砂巖中含有標(biāo)志礦物海綠石，進(jìn)行加密撈樣操作。在鉆至2 984 m時，已鉆入白云巖10 m，鉆時增大，且觀察鉆井液液面，出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，說明已進(jìn)入巖溶層，三開鉆進(jìn)工作結(jié)束。
表4 霧迷山組頂部地質(zhì)錄井綜合分析表③Tab.4 Geological well logging list about the top of Wumishan formation
4 結(jié)論
本文結(jié)合地?zé)峋氖┕ぃ榻B了地?zé)徙@井中地層界面的判定方法。
（1）館陶組頂部可通過鉆時和巖屑變化判別，鉆至砂礫巖有跳鉆現(xiàn)象，鉆時增大，應(yīng)及時更換鑲齒鉆頭。
（2）奧陶系頂部巖溶裂隙發(fā)育，有漏失風(fēng)險，要密切觀察巖屑和鉆井液液面，綜合物探解釋，加以判別。
（3）霧迷山組頂部要觀察鉆時、巖屑變化和鉆井液漏失情況，綜合判斷，要觀察標(biāo)志礦物海綠石。
本文只針對了地層層序完整條件下的施工，但在有些情況下，鉆井一旦揭露碳酸鹽地層或者導(dǎo)水?dāng)鄬泳蜁鹬卮舐┦В啦粍俜?，給工程帶來極大風(fēng)險，這仍然是一個難題。在施工中，一定要做好基礎(chǔ)的地質(zhì)錄井工作，扎實有效的工作才是成井的先決條件。
致謝：本文來源于天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院市場項目—東麗區(qū)民和巷地?zé)峋椖浚合聦巽@井一公司員工在研究中給與了配合與幫助，筆者表示衷心的感謝。研究過程中得到鉆井公司孫玉東、李明強(qiáng)等的熱情支持和幫助，筆者在此表示深深的謝意。
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資助項目：天津市東麗區(qū)民和巷地?zé)峋碧巾椖浚?013016）
中圖分類號：P634
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
文章編號：1672-4135（2016）02-0157-04
收稿日期：2016-03-30
作者簡介：錢洪強(qiáng)（1982-），中級工程師，2005年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（北京）水文與水資源專業(yè)，長期從事地?zé)岬刭|(zhì)和地?zé)徙@井方面的研究工作，E-mail：hx0704@163.com。
Discussion on the ways to predicate stratum and well logging in well drilling：an example of DL-81 geothermal well in Dongli district Mehe Lane，Tianjin city
QIAN Hong-qiang，WANG Zhen-kai
（Tianjin Institute of Geothermal Expioration and Development Design，Tianjin 300250，China）
Abstract：Well logging is one of the important jobs in geothermal well drilling.During the process of the drilling，ue to geological work not in place，the engineering accidents often take place resulting in economic losses.In he Dongli district Minhe lane，Tianjin city，DL-81 geothermal well depth reaches 3200 m，from top to bottom to xpose the sedimentary formation relative completely，and it drilled through more important geological interface. n this paper，we discus how to make use the ways like penetration time logging，geophysical logging and drilling luid logging etc.to predicate the drilling stratum，prevent the well drilling dangers effectively，and do well on the eological security work smoothly.This paper has the certain actual reference for similar geothermal drilling in Tianjin and the surrounding area.
Key words：well drilling；well logging；geophysical logging；drilling fluid logging
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