煤層氣測井解釋方法研究

1、山西煤層氣測井解釋方法研究一 煤層電性響應(yīng)特征煤層是一種特殊沉積巖，煤層在煤熱演化過程中主要產(chǎn)生的副產(chǎn)品是甲烷和少量水，而煤的顆粒細表面積大，每噸煤在0.929×108m2以上，因此煤層具有強吸附能力，所以煤層的甲烷氣含量和含氫指數(shù)很高。由于煤層的上述特性，反映在電性曲線上的特征是“三高三低”。三高是：電阻率高、聲波時差大、中子測井值高（圖1）。三低是：自然伽馬低、體積密度低、光電有效截面低。根據(jù)多井資料統(tǒng)計，煤層的雙側(cè)向電阻率變化一般1007000·m，變質(zhì)程度差的煤層電阻率一般30350·m。 測井曲線反映煤層的聲波時差一般370410s/m；中子值30%55

2、%；自然伽馬一般2080api；密度測井值1.281.7g/cm3；光電有效截面0.351.5b/e之間。不同類型的煤，在電性上的響應(yīng)有較大的變化。表1中列出了幾種煤類與測井信息的響應(yīng)值。表1 不同煤類骨架測井響應(yīng)值煤類密度（g/cm3）中子 （%）聲波時差（s/m）巖性密度（b/e）無煙煤1.47383450.16煙煤1.2460+3940.17褐煤1.19525250.2圖1 晉1-1井煤層電性典型曲線圖二 煤層工業(yè)參數(shù)解釋煤的重要參數(shù)有：煤層有效厚度、鏡質(zhì)反射率、含氣量、固定碳、水分、灰分、揮發(fā)分等，這些參數(shù)是研究煤層組分，評價煤層氣的地質(zhì)勘探、工業(yè)分析及經(jīng)濟效果的依據(jù)。上述參數(shù)一般由鉆

3、井取芯后對煤層巖心進行實驗測定得出。1、煤層厚度劃分煤層有效厚度根據(jù)電性曲線對煤層的響應(yīng)特征，以自然伽馬和密度或聲波時差曲線的半幅度進行劃分（見圖1），起劃厚度為0.6m。2、含氣量計算煤層含氣量與煤層的厚度、煤的熱演化程度、煤層深度、溫度和壓力等參數(shù)有密切的關(guān)系，由于煤的內(nèi)表面積大，儲氣能力高，據(jù)國外資料統(tǒng)計，煤層比相同體積的常規(guī)砂巖多儲12倍以上的天然氣，相當于孔隙度為30%的砂巖含水飽和度為零時的儲氣能力。據(jù)此應(yīng)用氣體狀態(tài)方程和煤層密度計算含氣量：p1v1rt1 （1）p2v2rt2 （2）則 v1t1·p2·v2/ p1t2 （3）式中： p1地面壓力，0.1mpa

4、；v1地面氣體體積，m3；t1地面絕對溫度，273.15+15；p2地下深度壓力，mpa；v2煤孔隙度按30%計算的體積，0.3m3/m3；t2地下深度的絕對溫度，273.15+t；r氣體常數(shù)。地層溫度由井溫曲線讀出或由地區(qū)性地溫梯度計算得到。煤層含氣量：cv1/den （4）式中： den煤體積密度，t/m3： c煤層含氣量，m3/t。利用上式對晉試1井煤層的含氣量進行計算，其中三號煤層計算平均含氣量21.71m3/t，該層有六塊巖心實驗測定含氣量在12.127.2m3/t，平均為22.07 m3/t，數(shù)據(jù)對比反映出計算值誤差較小。3、固定碳、水分、灰分、揮發(fā)分計算固定碳、水分、灰分、揮發(fā)分

5、通常在實驗室測定。煤水分是指空氣干燥狀態(tài)下吸附或凝聚在煤層顆粒間毛細管中的水分，測定值稱為空氣干燥基水分（mad），簡稱水分。煤灰分（aad）是指煤中所有可燃物全部燃燒，煤中的礦物質(zhì)在一定溫度下產(chǎn)生一系列分解、化合等復(fù)雜反應(yīng)剩下的殘渣。揮發(fā)分（vdaf）是指在煤高溫條件下隔絕空氣加熱，冷卻后煤質(zhì)量減少的百分含量減去該煤樣水分即為揮發(fā)分產(chǎn)率，簡稱揮發(fā)分。固定碳（fc）是煤的百分含量100%減去水分、灰分、揮發(fā)分后的值。固定碳、水分、灰分、揮發(fā)分相互間有較好的關(guān)系。圖2是灰分與固定碳、揮發(fā)分、水分的關(guān)系圖，圖中數(shù)據(jù)顯示，隨著灰分增加，固定碳急劇降低，揮發(fā)發(fā)緩慢增大，而水分由于含量較低變化趨勢近似于

6、一條水平線。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)間的變化規(guī)律可建立以下關(guān)系式：固定碳與灰分關(guān)系式 fc-1.1222aad+93.794 （5）揮發(fā)分與灰分關(guān)系式 vdaf0.1532aad+4.2868 （6）水分與灰分關(guān)系式 mad-0.02aad+2.2481 （7）圖2 煤層工業(yè)組分關(guān)系圖煤組分測井解釋是采用交會圖方法，圖3是根據(jù)煤的固定碳、水分、灰分三種組分實驗值與聲波、密度平均響應(yīng)值的關(guān)系圖版，圖中三種組分形成的三角形經(jīng)等分后可以計算出煤的固定碳、水分和灰分的百分含量。由圖中煤層數(shù)據(jù)分析，煤質(zhì)好的層固定碳含量高，水分、灰分含量低；媒質(zhì)差的層灰分含量相對高。圖3 煤組分聲波密度交會圖三 煤層物性參數(shù)解釋煤層

7、的裂縫較發(fā)育，主要有天然方塊網(wǎng)狀割理縫和構(gòu)造縫，因此孔隙類型屬裂縫孔隙雙重孔隙結(jié)構(gòu)。煤的基質(zhì)是主要的儲氣空間，一般煤的基質(zhì)孔隙度和滲透率很低，氣吸附在微孔隙內(nèi)表面上，在濃度差的作用下，穿過基質(zhì)擴散到裂縫中，裂縫的滲透率相對較高，因此裂縫是氣滲流的主要通道。由于煤層的各向異性和強非均質(zhì)性，煤層的物性參數(shù)一般采用巖心物性分析測定或由核磁測井測量來確定煤層孔隙度和滲透率。當無巖心物性分析資料及核磁測井時，采用常規(guī)測井信息中的聲波時差、體積密度、補償中子來計算煤層的物性參數(shù)。1、 煤層孔隙度計算煤層基質(zhì)孔隙度計算采用聲波時差的平均時間公式：（ttma）/（tftma） （8）式中 煤層孔隙度，小數(shù)；t

8、煤層聲波測井值，s/m；tma巖石骨架聲波時差，380410s/m；tf流體聲波時差，620s/m。煤層裂縫孔隙度采用雙側(cè)向電阻率計算：f（rmf（1/rs1/rd）1/mf （9）式中 f煤層裂縫孔隙度，小數(shù)；rmf鉆井泥漿濾液電阻率，0.1·m；mf裂縫指數(shù)，1.1-1.5；rd深側(cè)向電阻率，·m；rs淺側(cè)向電阻率，·m。2、煤層滲透率計算煤層滲透率計算方程選用經(jīng)驗公式：kb=（79·2.25）2/swi2 （10）式中 kb煤層基質(zhì)滲透率，md；swi束縛水飽和度。裂縫滲透率：kf=8.333×fb2 （11）式中 kf煤層裂縫滲透率，m

9、d；b裂縫開度，m。b = 2500*rmf*(1/rlls - 1/rlld)或 b = 2500*rmf*(1/rlld - 1/rlls)四 煤層氣測井數(shù)字處理與解釋1、煤層測井信息數(shù)字處理根據(jù)煤層的電性響應(yīng)特征和煤層參數(shù)的解釋模型，采用數(shù)字處理的方法完成上述工作。數(shù)字處理軟件主要選用geoframe或forward中的煤層分析模塊，復(fù)雜巖性處理模塊以及自身研制的處理軟件，同時考慮區(qū)域地質(zhì)特性合理選取參數(shù)，經(jīng)過精細處理獲得煤層厚度、水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳、含氣量等重要參數(shù)。通過曲線組合提供處理成果圖（圖4），顯示井的巖性剖面、礦物含量、煤組分參數(shù)、不同巖性的孔隙度、滲透率、泥質(zhì)含量等

10、。同時根據(jù)劃分的解釋層提供單井測井解釋成果表（表2），詳細列出各項參數(shù)數(shù)據(jù)。圖4 某井煤層數(shù)字處理成果圖18某井 煤層氣測井解釋數(shù)據(jù)表層位層號sdep（m）edep（m）h（m）rt （·m）ac （s/m）den（g/cm3）gr （api）水分（%）灰分（%）固定碳（%）揮發(fā)分（%）por（%）perm（md）含氣量（m3/t）sh（%）結(jié)論巖性1442.94452.1982132.7288.053.620.04733.57干層灰?guī)r2445452.47.41212352.6784.825.351.8731.63干層砂巖3508509.51.51042222.76104.280.5

11、043.65干層灰?guī)r4521.75275.321983921.4164.973.318.4582.95.342.980.02321.71氣層煤5537.8539.71.92132342.574.916.990.96526.61干層砂巖6550.2552.52.3386841932.7452.733.050.04515.46干層灰?guī)r7566.7567.50.8563341.7499.65011.180.288.620.330.00312.1741.38含氣層泥煤8571.85797.21172202.6387.533.030.18732.93干層砂巖9589.9592.62.7299681942

12、.6935.223.660.0257.92干層灰?guī)r10598.2606.17.9225791782.6751.431.410.07214.91干層灰?guī)r11607.2609.2265413681.3951.852.467.5584.825.172.710.01819.82氣層煤12619.2648.929.724391592.731.520.460.016.64干層砂巖2、煤組分及煤氣層電性圖版分析利用數(shù)字處理結(jié)果得到的煤層組分及解釋結(jié)論與電性數(shù)據(jù)建立交會圖，分析煤組分與電性的相互關(guān)系。圖5、圖6分別是灰分與自然伽馬、灰分與體積密度的交會圖，根據(jù)圖中關(guān)系得出：自然伽馬、體積密度增高，煤層灰分含量

13、增大；反之，灰分含量降低。圖7、圖8分別是含氣量與自然伽馬、含氣量與體積密度的交會圖，圖中關(guān)系顯示：自然伽馬、體積密度降低，煤層含氣量增高；反之，煤層含氣量降低。圖9是煤層的深側(cè)向電阻率與聲波時差交會圖，圖中反映，結(jié)論為氣層的煤層電阻率高，聲波時差大；含氣層結(jié)論的煤層，電阻率低，聲波時差相應(yīng)變小。按數(shù)據(jù)下限劃分氣層電阻率大于150·m，聲波時差大于365s/m。圖10是是煤層的深側(cè)向電阻率與計算的含氣量交會圖，圖中顯示，氣層的含氣量一般大于19%，電阻率大于150·m。根據(jù)上述圖版分析結(jié)果認為，當區(qū)域煤層的試氣資料增多，層數(shù)增加后，利用電性參數(shù)和含氣量參數(shù)可以建立煤層氣層電

14、性解釋標準。3、煤層產(chǎn)氣量電性預(yù)測利用煤層計算的孔隙度和滲透率的乘積與產(chǎn)氣量建立交會圖，分析物性參數(shù)與產(chǎn)能的關(guān)系，來達到產(chǎn)能預(yù)測的目的。圖5 自然伽馬與灰分交會圖圖6 體積密度與灰分交會圖圖7 自然伽馬與含氣量交會圖圖8 體積密度與含氣量交會圖圖9 深側(cè)向電阻率與聲波時差交會圖圖10 深側(cè)向電阻率與含氣量交會圖圖11是根據(jù)晉試1、晉1-1等6口井平均日產(chǎn)氣量與孔隙度、滲透率乘積關(guān)系圖。圖中顯示氣層產(chǎn)量與物性數(shù)據(jù)有較好的對應(yīng)關(guān)系，產(chǎn)能增高，孔滲乘積值增大，對圖版數(shù)據(jù)擬合后相關(guān)系數(shù)r=0.78。產(chǎn)能預(yù)測方程： q= 657.5ln(x) + 3192.1 （12）式中 x孔隙度、滲透率乘積； q日

15、產(chǎn)氣量。煤層產(chǎn)氣量的高低與煤的孔隙體積大小、煤的熱演化程度、煤的含氣量大小、煤層的裂縫發(fā)育程度和裂縫連通程度等因素有關(guān)，其中煤層裂縫發(fā)育程度和裂縫的連通性對產(chǎn)氣量有直接的影響。因此，電性資料對裂縫的研究和裂縫滲透率計算的研究是下階段的重點。圖11 煤層氣產(chǎn)能電性預(yù)測圖版五 煤層頂?shù)赘舭鍖与娦栽u價煤層氣藏的保存程度取決于煤層的頂?shù)装鍖拥姆飧粜院蛡?cè)向封隔程度。側(cè)向封隔性主要受構(gòu)造斷層影響，縱向封隔性主要由封隔層巖性、物性和巖石機械力學(xué)特性等因素決定。電性資料研究的主要是頂?shù)赘魧拥姆飧粜浴Ｒ詴x城地區(qū)井為列評價隔層的特性。1、封隔層沉積穩(wěn)定封蓋性能好晉城地區(qū)井的地層巖性剖面處理結(jié)果顯示，煤層頂?shù)装鍖拥?/p>

16、巖性主要是泥巖、灰?guī)r，其次是灰質(zhì)砂巖、泥質(zhì)砂巖和灰質(zhì)泥巖，統(tǒng)計各類巖性的電性有以下幾點： 泥巖層厚度大，沉積穩(wěn)定，壓實程度高3號煤層上覆地層巖性以泥巖為主夾泥質(zhì)砂巖、灰質(zhì)砂巖和灰?guī)r，厚度在1560m之間，區(qū)域上沉積穩(wěn)定。泥巖的密度2.62.7g/cm3，聲波時差220250s/m，因此壓實程度較高。3號煤層與15號煤層之間巖性也以厚層泥巖為主，15號煤層底部一般有一套厚10m左右的泥巖，泥巖的電性特征與上部泥巖相同。泥巖下部是厚層的灰?guī)r。 砂巖、灰?guī)r物性差，以致密層為主砂巖類層體積密度2.552.7 g/cm3，聲波時差210240s/m ，電阻率50150·m，泥質(zhì)含量2045%，孔隙度58%，滲透率0.011md，數(shù)據(jù)顯示為致密層。灰?guī)r層密度2.712.78 g/cm3，聲波時差200225s/m，孔隙度05%，滲透率小于0.5 md，解釋為致密層。上述數(shù)據(jù)說明煤層頂?shù)装鍖佣季哂休^好的封隔性能，煤層氣保護條件好。2、封隔層具有較強的彈性力學(xué)特性利用巖石力學(xué)公式對煤層和隔板層的彈性力學(xué)參數(shù)計算，分析巖石機械彈性能。3號和15號煤層計算的楊氏模量為（0.700.94）&#