煤層氣的測井評價技術(shù)

1、煤層氣的測井評價技術(shù)姓名：謝小曼 學(xué)號：S10010173 班級：礦研10-6我國煤系地層十分發(fā)育，形成煤層氣的物質(zhì)資源十分豐富。據(jù)專家不完全統(tǒng)計我國煤層氣資源量達 ( 3 03 5 )1 0 m3(這些煤層氣資源基本上還沒有勘探、開發(fā))。開發(fā)和利用這些煤層氣，不僅開辟了一種潛力巨大的新的天然氣資源，而且對于環(huán)境保護也具有重要意義，而測井作為一種主要的勘探方法，由于其識別煤層氣的效果較好，且具快速直觀的特點，因而已越來越受到人們的重視。尤其是作為煤層氣工業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)及前期工程的勘探技術(shù)， 更是研究的首要目標(biāo)，包括煤層氣分布特點與規(guī)律、富集高產(chǎn)因素及地質(zhì)選區(qū)的優(yōu)選與評價等。而利用現(xiàn)有的測井技術(shù)對

2、煤層物性及煤層氣產(chǎn)能進行定量精細(xì)的評價，就具有更加重要的意義。 用于煤層氣的勘探方法與常規(guī)氣藏的勘探并無很大差別。然而，由于煤層物性特點及儲能機理與常規(guī)天然氣層相差較大，從而導(dǎo)致測井評價煤層氣無論是儀器系列選擇還是解釋方法的確定都不同于常規(guī)氣藏評價。由于煤層儲集特征和甲烷的存儲狀態(tài) ， 因而傳統(tǒng)的評價常規(guī)天然氣儲層的方法不能適合于評價煤層氣儲層。 煤層氣測井技術(shù)被認(rèn)為是最具前途的一種手段，一旦用煤心數(shù)據(jù)標(biāo)定了測井記錄數(shù)據(jù)， 就可以使用測井?dāng)?shù)據(jù)估計煤層氣儲層的特性。測井解釋快速直觀、分辨率高、費用低廉等特點，可彌補取心、試井及煤心分析這些方面的不足，使測井技術(shù)不僅在勘探開發(fā)現(xiàn)場大有用武之地，因此

3、，測井技術(shù)是煤層氣勘探開發(fā)中的重要手段，煤層氣測井評價技術(shù)的研究具有十分重要的意義和非常廣闊的應(yīng)用前景。一、煤層氣物性特點及儲氣機理煤屬雙重孔隙介質(zhì)系統(tǒng)，由基塊( 骨架) 和包圍它的相互正交的一系列裂縫( 稱為割理系統(tǒng)) 構(gòu)成 (圖1)與一般碎屑巖石不同，煤基塊的微孔隙內(nèi)壁能吸附大量的甲烷分子，幾乎所有的煤層氣均儲存于煤的基塊中。割理系統(tǒng)由相互正交的裂縫組成，為煤層提供了一個較高流動能力的滲流網(wǎng)絡(luò)，其滲透率范圍從10m 到超過0.1m 不等，但孔隙度極低，僅為14。通常在開采之前。割理系統(tǒng)飽和含水(95100)，因而可忽略其中的含氣量?？梢?，煤層的兩種介質(zhì)系統(tǒng)在煤層氣的儲存及開采中各司其職又互

4、相聯(lián)系， 它們分別對應(yīng)于煤層的資源量和生產(chǎn)能力。 二、測井評價煤層氣的步驟a、從鉆孔剖面上確定煤層及其圍巖巖性 b、劃分煤體宏觀結(jié)構(gòu)。包括確定探度、厚度、夾層位置和巖性、體受內(nèi)力或外力作用引起的變化等 c、確定煤體的物理參數(shù)。包括密度、孔隙度、含水性、 機械強度指數(shù)、地層壓力、溫度等 d、確定煤體的變質(zhì)程度和煤階 e、進行煤層分析。按質(zhì)量百分比確定煤中各種礦物成分、揮發(fā)分、水分及固定炭的百分比 f、計算煤顯微組分。包括鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和穩(wěn)定組3種 。 g、計算割理等級 。 h、計算割理孔隙度。 I、建立層評價模型，計算氣體含量。 J、建立多孔、區(qū)域評價模型。三、煤層氣測井評價的選擇 煤層氣儲層（

5、煤層）與圍巖在巖性物性上的差別，是煤層氣測井響應(yīng)的物理基礎(chǔ)，是選擇測井系列的前提。合理選擇測井系列對評價煤層氣及其儲層至關(guān)重要。目前評價煤層氣的常規(guī)測井方法包括自然電位、雙側(cè)向（或感應(yīng)）、微電極、補償密度、自然伽馬、聲波時差、聲波全波列、中子孔隙度以及井徑測井等。其應(yīng)用方法如表1。1）自然電位測井 在較厚的煤層中，自然電位曲線的幅度可以預(yù)測煤層氣的產(chǎn)能。但在預(yù)測煤層氣產(chǎn)能時，只能用于一個特定的區(qū)域，不能用于大面積的對比。2）雙感應(yīng)一八側(cè)向測井只能用于低阻煤層。當(dāng)煤層的電阻率小于200.m時效果好，大于200.m時效果不佳。 3) 雙側(cè)向一微球聚焦測井 適應(yīng)于高阻層。4) 微電極測井 用于定性判

6、斷煤層的滲透性，但只能做小區(qū)域的對比，同時還應(yīng)考慮到井眼是否規(guī)則，各井泥漿性能是否一致。此外，還可利用微電極曲線判斷煤層的割理發(fā)育情況。5） 補償密度測井 煤的體積密度一般小于1.75 g /cm3,其值和圍巖的體積密度( 2.3 g /cm3)有明顯的區(qū)別，因此可用體積密度測井曲線確定層厚度,評價煤質(zhì)及確定煤層中的夾矸。6) 中子孔隙度測井 煤層的中子孔隙度一般為4050，與圍巖的孔隙度具有明顯的 區(qū)別，因此可用中子孔隙度測井曲線確定煤層埋深及厚度，定性地判斷煤質(zhì)。7）聲波時差測井 煤層的時差去西安大于120us/ft(400us/m),與砂泥巖、灰?guī)r的時差值具有明顯的區(qū)別。另外，聲波時差去

7、西安還可以和體積密度曲線一起，利用經(jīng)驗公式計算井眼剖面的機械力學(xué)參數(shù)。8）其他測井 可以使用地層沉積相與構(gòu)造研究的地層傾角測井，用于機械力學(xué)參數(shù)的聲波 全波列測井，用于裂縫研究的井下電視掃描測井，用于固井質(zhì)量檢查的聲波變密度測井及脈沖回聲測井。但由于這些測井方法的費用相對較高，因此，在選擇煤層氣測井項目時，很少使用這些測井方法。 四、煤層的劃分、巖性識別 煤層氣井的測井資料解釋，首先是識別煤層氣層，然后才是煤層氣層上儲層參數(shù)的計算， 因此，同樣在煤田測井資料的解釋中，需標(biāo)定煤層（氣層），劃分巖性。煤層相對于圍巖，物理性質(zhì)差異明顯，它具有密度低（密度孔隙度高）、聲波時差大（聲波孔隙度高）、含氫量

8、高（中子孔隙度高）、自然伽馬低、自然電位有異常（由氧化還原作用產(chǎn)生的自然電位）、電阻率高（注：煙煤、褐煤電阻率高；無煙煤的電阻率低）等特點。 通?？梢圆捎萌斯そ忉尩姆椒▌澐置簩?、巖性識別、或采用模式識別方法自動劃分煤層、識別巖性。利用以上所述特點，以及相應(yīng)的測井曲線組合用于劃分煤層以及確定煤層厚度、位置，巖性識別等，一般都能得到較為滿意的結(jié)果。煤和其它巖石礦物有較大的差別。表2給出了煤和其它部分礦物的測井響應(yīng)特征值，據(jù)此可定性地識別出煤和煤層氣(煤層甲烷)。 表2 測井響應(yīng)特征值國外用于煤層及煤層氣識別的常規(guī)測井儀有：電阻率、密度或巖性密度測井、補償中子測井等，井有地球化學(xué)測井儀作輔助工具。國

9、內(nèi)用手煤層評價的測井系列為：補償密度、補償中子、補償聲波、雙感應(yīng)聚焦測井、自然電位、自然伽馬和井徑測量。 上述測井系列與煤層物性特點及氣層的各種測井響應(yīng)特征相結(jié)合就可以識別煤層，進而找到煤層氣。但在薄層處( 如厚度小于0.6m)，識別不準(zhǔn)，需應(yīng)用某些縱向分辨率高的測井儀 。( 如高分辨密度測井儀等)。如圖2所示的煤層測井曲線，可見煤層及煤層氣的顯示非常明顯.圖2 煤層的識別四、測井解釋1、解釋模型根據(jù)煤的成分（有機質(zhì)即純煤、礦物質(zhì)和水）將煤粗略的看成由碳、灰、水三部分組成。碳分包括固定碳和揮發(fā)部分即有機質(zhì)部分；灰分包括泥質(zhì)，沙質(zhì)等礦物質(zhì)；水分包括煤層的內(nèi)在水和外在水分。由此可建立一個體積模型，

10、并根據(jù)模型建立一系列方程聲波時差：t=Vata+Vctc+wtf密度：P=VaPa+VcPc+wPf中子：N=VaNa+VcNc+wNf體積：1= Va+ Vc+Vw式中，Na、Nc、Nf分別是灰分、碳分和水分的中子值；Pa、Pc、Pf分別是灰分、碳分和水分的的密度值；ta、tc、tf分別是灰分、碳分和水分的時差值。這是煤層解釋的一組基本公式，根據(jù)這組公式，可求出各組分的相對含量值得注意的是，水分不能與煤層的有效孔隙度等同。由這組基本公式可確定煤層灰分、碳分和水分的相對含量Vc 、Va和w中，再把相對體積轉(zhuǎn)換成重量的含量，即可求出煤層的含碳量、灰分和水分。在煤層計算處理過程中，沒有將其轉(zhuǎn)換為重

11、量含量，而直接采用相對體積。2、孔隙度的確定 煤層孔隙度是評價煤層的一個重要參數(shù)，目前還 沒有一套完整的計算方法。根據(jù)遼河油田煤系地層的地質(zhì)特征，采用了R.Aguilera等人的計算方法進行計算，方法如下 地層因素F 裂縫孔隙度指數(shù)m1 裂縫孔隙度f 或 其中，Rll，R1ld分別為淺側(cè)向、深側(cè)向電阻率；Rmt、Rw為泥漿濾液電阻率和地層水電阻率。3、裂縫滲透率計算從以上研究可知，煤層的裂縫是由層面裂縫與層間裂縫組成，而層閫裂縫計算方法Faivre和Sibbit兩位學(xué)者已經(jīng)做了很深入的研究。其它文獻、論文對裂縫滲透率的確定及計算也提供了一些方法本文采用Faivre和Sibbit兩位學(xué)者提供的計

12、算裂縫滲透率方法，即橫井眼的垂直裂縫ht由下式計算其中，；Cm是泥漿電阻率。估算裂縫空間由下式計算 裂縫滲透率計算式（8）中，RF為比例因子，可以根據(jù)各地區(qū)統(tǒng)計數(shù)據(jù)求得，或由地區(qū)經(jīng)驗得到，也可有實驗測得。五、測井評價煤層氣儲層的方法探討1、灰分評價方法實驗室分析的灰分是以煤燃燒以后的殘渣，即未燃燒的固體，這可能包含一部分沒有完全燃燒的碳，而測井所求的灰分則是非碳固體( 濕灰分) ，對比這兩者的定義可以看出，這兩種灰分既有相同又有不同，之間的差異取決于碳的性質(zhì)和灰分的種類以及測井評價灰分的方法。一般來說，煤中的灰分主要是泥質(zhì)，而細(xì)小顆粒的泥質(zhì)具有較強的吸附能力，在沉積過程中易吸附溶于水的放射性元

13、素( 如鈾 )，從而具有較強的自然伽馬值，基于這點，首先考慮自然伽馬與實驗室分析的灰分間關(guān)系，經(jīng)回歸分析可得出如下結(jié)論。 相關(guān)方程為 式中：Va是灰分含量，%；GR為自然伽馬測井值，API?；曳峙c自然伽馬測井具有線性關(guān)系，且較為密切，說明研究區(qū)內(nèi)煤層主要有泥質(zhì)組成?？梢宰匀毁ゑR測井評價煤層灰分，且效果較好。 考慮到煤層的沉積背景，即泥質(zhì)的自然伽馬值的特性差異，以自然伽馬測井指數(shù)確定灰分的效果會有所改善。 2、含碳量確定煤層與其頂?shù)讕r層的一個最大差異就是煤層的密度很小一般介于1.41.8gcm3 ，這主要是煤層中的主要成分碳的密度很小，因此，確定含碳量首選密度測井或人工伽馬測井，分析這兩種曲線與

14、含碳量的關(guān)系。3、含氣量確定煤層氣以兩種形式賦存于煤層雙重孔隙結(jié)構(gòu)之中，即游離態(tài)氣和吸附氣，后者是主要的賦存方式。測井定量評價煤層氣是一個非常棘手的問題，尤其象煤層氣儲層這樣低孔、低滲三相共存的介質(zhì)。有助于實驗室分析化驗的含氣量建立估算煤層含氣量的測井參數(shù)相關(guān)公式，進而實現(xiàn)以測井評價含氣量。 六、煤層氣測井評價技術(shù)新進展1、特征分析 煤的電性特征在煤系地層,煤層與周圍砂巖、泥巖的電性特征有明顯的不同。煤層具有“四高(大),四低(小)”的電性特征。煤層“四高(大)”電性特征指電阻率高,且變化范圍大、聲波時差大,傳播速度慢、補償中子大、井徑擴徑大;煤層“四低(小)”電性特征指自然伽瑪?shù)?、補償密度低

15、、光電俘獲截面低、聲阻抗小,電視圖像呈深色。煤層厚度的劃分在煤層氣井測井曲線中,往往根據(jù)電性特征在曲線的半幅點并略向地層中部作為地層界面,劃分煤層并確定煤層厚度是比較準(zhǔn)確的。利用地層傾角測井處理成果可以分析煤層的加厚方向,對于煤層氣井組開發(fā)具有重要意義。如大城煤層氣試驗井組中大1-1井測井解釋三煤組頂部泥巖傾角68,傾向約167,顯示煤層向北西方向加厚,用這種方法確定六煤組也是呈現(xiàn)這種趨勢。對煤層厚度的劃分就是利用測井資料準(zhǔn)確地劃分出煤層與頂?shù)装宓慕缑嫔疃?。一般說來,儀器的分辨率越高,在煤層的界面處曲線變化越陡,界面劃分的精確性就越高。2、儲層參數(shù)及煤層含氣量評價煤層含氣量是煤層氣勘探和開發(fā)中

16、一個非常重要的參數(shù)。在煤層測井解釋中除煤層含氣量外,還要進行煤質(zhì)分析,提供水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳等參數(shù),因此延用傳統(tǒng)的碎屑巖或碳酸鹽巖分析含氣儲層的方法顯然是不合適的,必須采用適合于煤儲層的處理技術(shù),才能達到精細(xì)分析和定量解釋煤層含氣量的目的。 定性方法確定煤層含氣量體積模型概念分析 煤層含氣量用體積模型概念分析是依據(jù)孔隙度、泥質(zhì)含量、電阻率數(shù)值并結(jié)合氣測錄井綜合分析的。如果泥質(zhì)含量低,電阻率相對較高,氣測顯示好,則解釋為煤層氣層,否則解釋為含氣層?？v、橫波時差值法 在含氣地層,縱、橫波的傳播速度明顯減慢,時差增大,有別于水層和油層。利用縱、橫波比值可以分析煤層含氣性的好與差。一般以縱、橫

17、波比值1.8作為含氣性好與差的界限:縱、橫波比值小于1.8,有較好的氣顯示,如果煤層泥質(zhì)含量低,電阻率較高則可解釋為煤層氣層;如果煤層泥質(zhì)含量較高或電阻率較低,則可解釋為含氣層。 煤層氣含氣量計算利用測井資料計算煤層含氣量的方法有兩種:密度測井計算法和蘭格謬爾公式計算法。工作中常用密度測井法進行含氣量計算,其計算公式為式中：Q-煤層氣含量，m3/g; -孔隙度，%；Sg-含氣飽和度，%；g-地層密度，g/cm3。應(yīng)用E1an程序調(diào)試解釋參數(shù),求出地層孔隙度和含氣飽和度,再與密度曲線組合,即可建立煤層含氣量測井解釋剖面圖(見圖3)。圖3 煤層氣測井評價含氣量成果圖3、 煤層物性和裂縫評價煤層的孔

18、隙結(jié)構(gòu)類型屬裂縫孔隙雙孔隙結(jié)構(gòu),具有低孔低滲特征。 煤層氣孔隙度煤層孔隙體積和孔隙度是煤儲層的重要參數(shù)之一。由于煤的各向異性,用聲波時差、體積密度、補償中子計算煤層孔隙度比較困難,核磁共振測井是目前確定煤層有效孔隙度的最直接、也是最有效的一種方法,其重要參數(shù)T2截至值可以將有效孔隙度分成毛細(xì)管束縛流體孔隙度和動流體孔隙度,經(jīng)反復(fù)調(diào)試T2值一般確定為33 ms。裂縫孔隙度用雙側(cè)向電阻率計算。河北大城大試1井核磁處理孔隙度與巖心分析孔隙度基本一致。 煤層滲透率煤層滲透性測井評價是核磁共振測井處理的結(jié)果。計算方程為式中：Mphim-煤層滲透率；Mphi，Mbvm，Mbvi-核磁孔隙度、可動流體孔隙度

19、和束縛水孔隙度；c-系數(shù)。煤層的滲透率處理結(jié)果僅能代表孔隙系統(tǒng)的滲透率,數(shù)值很小,決定煤層滲透性的是裂縫滲透率,目前還不能確定,有待研究。 煤層的裂縫描述煤層的天然裂縫(又稱割理)是煤化作用和構(gòu)造應(yīng)力影響的結(jié)果,它通常發(fā)育大致相互垂直的兩組,主要的、延伸較長的一組叫面割理;次要的、與面割理大致垂直的一組叫端割理。割理有方向性,是控制煤層方向性滲透的主要因素。研究煤層裂縫的測井方法主要有微側(cè)向、雙側(cè)向和成像測井等方法。微側(cè)向測井在裂縫不發(fā)育處為基質(zhì)電阻率值相對較高,曲線呈鋸齒形變化。微側(cè)向的探測深度約10 cm左右,它與井徑曲線結(jié)合,能反映井壁附近裂縫發(fā)育程度。煤層發(fā)育垂直裂縫,電阻率又比較高,

20、雙側(cè)向曲線上出現(xiàn)正幅度差,差異大小取決于鉆井液濾液電阻率與地層水電阻率的大小,以及裂縫發(fā)育程度。井周聲波成像和微電阻率掃描成像均是具有高分辨環(huán)井壁360全方位和隨深度變化的二維測井圖像,對后期構(gòu)造裂縫反映很靈敏,可以清晰、直觀顯示地層中裂縫的存在,并可分析裂縫的傾向、傾角、連通及充填情況。4、 煤層機械特性評價5700多極陣列聲波成像測井可在煤層中直接獲取橫波時差,橫波時差是研究機械特性中至關(guān)重要且較難獲得的一條曲線。應(yīng)用密度、縱、橫波時差以及其它一些曲線和參數(shù),就可以計算巖石機械參數(shù)的模量(楊氏模量、體積模量、切變模量),強度(抗張強度、抗剪強度),應(yīng)力和壓力(最大、最小水平應(yīng)力、上覆地層壓力、周向應(yīng)力、徑向應(yīng)力、破裂壓力、坍塌壓力)以及泊松比等十幾項參數(shù),利用這些巖石機械特性參數(shù)可以進一步進行井眼穩(wěn)