煤田煤層氣測井解釋介紹

煤田測井資料解釋電流測井接地電阻差值測井煤層(煤層氣儲層)測井評價系列煤層測井響應(yīng)特征煤質(zhì)參數(shù)計算方法裂縫孔隙度及裂縫滲透率煤層氣含量地層彈性特征煤田測井基本知識煤田測井基本知識煤的形成和類型煤的形成可分為泥炭化階段和煤化階段：1、泥炭化（或腐泥化）階段：泥炭化作用是腐植煤形成的主要的第一階段。如在水流暢通的活水沼澤，細菌就會快速繁殖，菌解作用很強烈，植物的主要組成部分木質(zhì)素和纖維素就會差不多全部失掉，只有最穩(wěn)定的角質(zhì)層、孢子、花粉等保存下來，進一步形成另一類的煤——殘植煤。煤的成因分類主要是根據(jù)煤的原始物質(zhì)及其變化環(huán)境，一般分二類，一是由高等植物形成的腐植煤類，另一類是由低等植物形成的腐泥煤類。2、煤化階段：在整個地質(zhì)年代，泥炭（腐植煤和腐泥煤的統(tǒng)稱）在上覆沉積物的壓力下，所有水分被擠出，體積慢慢縮小，性質(zhì)趨于致密，在化學(xué)成分上腐植酸含量漸漸減少，碳含量漸漸增多，這時變成了褐煤，這一作用過程叫泥碳的成巖作用；褐煤外表為褐色、棕褐色，條痕為褐色、淺褐色，一般無光澤，密度小，在0.8～1.25g/cm3之間。隨著盆地繼續(xù)下沉，上覆沉積物不斷加厚，褐煤在較高溫度和壓力下結(jié)構(gòu)更加緊密，密度加大，產(chǎn)生了粘結(jié)性，出現(xiàn)了光澤，于是轉(zhuǎn)化為煙煤。煙煤的外表呈黑色、灰黑色，條痕為黑色，光澤較強，質(zhì)地致密，硬度較高，性脆易碎，具明顯的層狀結(jié)構(gòu)。煙煤進一步變化就成為無煙煤。無煙煤色黑而具金屬光澤，質(zhì)地更加致密，結(jié)構(gòu)漸趨均一，硬度大密度高，密度大于1.36g/cm3。3、煤的變質(zhì)過程：隨著溫度和壓力的繼續(xù)增大褐煤逐漸向煙煤直至無煙煤轉(zhuǎn)變的過程。煤重要參數(shù)煤的煤層氣含量、鏡質(zhì)體反射率、水分、灰分、揮發(fā)分等參數(shù)是研究煤層組分，作為評價煤層氣勘探、工業(yè)分析、經(jīng)濟效果的依據(jù)。1.煤層含氣量

解吸：在未開采之前，煤層氣以分子狀態(tài)吸附在煤顆粒表面。隨著儲層壓力的降低(如抽水)，地層能量的衰減，壓力降到解吸壓力以下，以分子狀態(tài)存在的解吸氣變?yōu)橛坞x氣。

擴散：煤層甲烷解吸之后，在煤基質(zhì)與割理之間的濃度不一致。由濃度差異引起甲烷氣體擴散，氣體從基質(zhì)進入割理。

流動：由于氣體的解吸、擴散，割理與井眼之間的壓力梯度發(fā)生了變化。由于壓力不同，引起氣體由割理向井眼流動。直接法測定含氣量包括三部分，即散失氣量、解吸氣量和殘余氣量，煤層含氣量為三者之和。煤層含氣量的單位為m3/t。

散失氣量：指煤心快速取出，現(xiàn)場直接裝入解吸罐之前釋放出的氣量。根據(jù)散失時間的長短及實測解吸氣量的變化速率進行理論計算。解吸氣量指煤心裝入解吸罐之后解吸出的氣體總量。實驗過程中求出氣量隨時間的變化規(guī)律，結(jié)合一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算解吸氣量。解吸過程一般延續(xù)兩周至四個月，根據(jù)解吸氣量大小而定，一般在一周內(nèi)每克煤樣的解吸量小于0.05cm3/d時可終止解吸。

殘余氣量：指終止解吸后仍留在煤中的那部分氣體。需將煤樣加熱真空脫氣，再粉碎、加熱真空脫氣，測定其解吸總量。2.煤層鏡質(zhì)體反射率

鏡質(zhì)體反射率（R0）是煤（鏡質(zhì)組）光片表面的反射光強與入射光強的百分比值，它是確定煤級的最佳標(biāo)準(zhǔn)。煤級是影響煤巖生氣率、含氣量和煤層物性的一個重要因素。鏡質(zhì)體反射率是煤層變質(zhì)程度的一個重要指示，煤層的鏡質(zhì)體反射率在很大程度上決定煤層的電性、物性、煤層含氣量等。（1）電性特征反映煤層的變質(zhì)程度。從測井響應(yīng)值對比分析中看出，煤層的鏡質(zhì)體反射率越大，好的煤層電阻率越高，中子孔隙度變小，體積密度增大，縱、橫波的聲波時差減小。（2）變質(zhì)程度越高孔隙度相應(yīng)減小。（3）變質(zhì)程度不同煤層機械力學(xué)性質(zhì)也有所不同。煤層的力學(xué)參數(shù)，有隨變質(zhì)程度增加破裂壓力減小，坍塌壓力也減小的趨勢。（4）變質(zhì)程度越高煤層氣含量增加的趨勢。煤層的氣含量，有隨變質(zhì)程度增加，煤層氣含量增加的趨勢。

煤層水分：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。

灰分：灰分是指在規(guī)定條件下，灼燒后剩下的不燃燒物質(zhì)。煤的灰分來自煤中的礦物質(zhì)，但其組分和重量與煤中的礦物質(zhì)不完全相同。

揮發(fā)分：是表征煤中有機質(zhì)性質(zhì)的重要指標(biāo)，它與煤的成因、煤層顯微組分及煤化程度等因素有關(guān)。煤層揮發(fā)分的測定是用萬分之一天平稱取空氣干燥煤樣1±0.1g放在帶蓋的磁坩堝中，在900±10℃條件下隔絕空氣加熱7min，取出冷卻稱重。煤樣質(zhì)量減少的百分含量減去該煤樣水分含量即為揮發(fā)分產(chǎn)率，簡稱揮發(fā)分。

固定碳：從測定煤的揮發(fā)分后的殘渣中減去灰分后的殘留物稱為固定碳.這里的固定碳即固定碳產(chǎn)率根據(jù)定義用下式計算干基固定碳和干燥無灰基固定碳。3、煤質(zhì)參數(shù)注：A極接地電阻，取決于5倍電極半徑以內(nèi)的介質(zhì)？煤層氣儲層測井評價系列、電流、接地電阻等

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。煤層測井響應(yīng)方程(1)電阻率測井在高阻煙煤的情況下，純煤具有極高的電阻率，可與泥質(zhì)巖石中的骨架相類比?；曳忠蚱渲饕煞峙c泥質(zhì)相近，可與泥質(zhì)巖石中的泥質(zhì)成分類比。因此，煤層的電阻率測井也可寫出阿爾奇公式，即式中Rt為煤層上的真電阻率；Fθ為煤層的地層因素；Rθ為灰分與水分的混合導(dǎo)體的等效電阻率。同樣可以導(dǎo)出Va和Vw與分別為煤層中灰分和水分的體積含量；Ra，Rw分別為灰分與水分的電阻率。

煤層的地層因素也有與泥質(zhì)巖石地層因素相似的表達形式，即*θ=Va+Vw=1-Vc根據(jù)有關(guān)文獻介紹，巖性系數(shù)a通常等于1，而膠結(jié)指數(shù)m在煤層模型中不是常數(shù)，而是θ的函數(shù)，即由*式可以導(dǎo)出巖石真電阻率Rt與地層水電阻率之比為地層因素F，即對上式兩端取對數(shù)，得F與θ的關(guān)系(曲線標(biāo)碼為Va/Vw的數(shù)值)Δt與θ的關(guān)系(曲線標(biāo)碼為Va/Vw的數(shù)值)

(2)聲波測井θ=Va+Vw=1-Vc(3)密度測井(4)中子測井ρ與θ的關(guān)系ф與θ的關(guān)系(曲線標(biāo)碼為Va/Vw的數(shù)值)(曲線標(biāo)碼為Va/Vw的數(shù)值)(5)自然γ測井根據(jù)泥質(zhì)巖石模型的自然γ測井響應(yīng)方程，可以類推出煤層的自然γ測井響應(yīng)方程為式中Ic，Ia、Iw、分別為煤層中純煤、灰分和水分的自然γ強度；ρθ

、Iθ分別為灰水混合物的等效密度和等效自然γ強度。

煤層中的純煤和水分中的放射性物質(zhì)含量極低，因而它們的自然γ強度,Iθ和Ic也很小，通?？梢哉J(rèn)為近似為零（含鈾煤除外）。于是上式可變成ρI與Va的關(guān)系煤層上Rt與（ρ-ρc）關(guān)系

煤質(zhì)參數(shù)計算煤層煤質(zhì)參數(shù)通?？捎?

煤樣實驗室分析、測井體積模型法概率模型法來確定。測井體積模型法利用孔隙度測井(如密度、聲波等)建立響應(yīng)方程組,可以采用一般解方程的方法，也可以采用最優(yōu)化等方法來求解方程組,所求煤質(zhì)參數(shù)可為煤層開采提供依據(jù)。但是,測井體積模型法所確定的煤質(zhì)參數(shù)不能直接與煤樣實驗室分析得出的工業(yè)分析指標(biāo)相對照。而煤樣實驗室分析要花費大量的人力、資金和時間。如果以測井體積模型法為基礎(chǔ),結(jié)合概率模型法,配合一定量的煤樣實驗室分析資料來建立確定煤質(zhì)參數(shù)的解釋模型,則這3種確定煤質(zhì)參數(shù)的方法之間可以優(yōu)勢互補。ＤＥＮ=W11Vｗ+W12Vａ+W13VcＡＣ=W21Vｗ+W22Vａ+W23VcCNL=W31Vｗ+W32Vａ+W33Vc1=Vw+Vb+Vc體積模型法：ＤＥＮ=Ａ1Ｑｗ+Ａ2Ｑａ+Ａ3Ｑｈ+Ａ4ＱｃＡＣ=Ｂ1Ｑｗ+Ｂ2Ｑａ+Ｂ3Ｑｈ+Ｂ4ＱｃＧＲ=Ｃ1Ｑｗ+Ｃ2Ｑａ+Ｃ3Ｑｈ+Ｃ4ＱｃＱｗ+Ｑａ+Ｑｈ+Ｑｃ=1

式中,ＤＥＮ、ＡＣ、ＧＲ分別為密度、聲波和自然伽馬測井值;Ｑｗ、Ｑａ、Ｑｈ、Ｑｃ分別為水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳的重量百分比;Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ4、Ｂ4、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｃ4分別為待定系數(shù)(地區(qū)系數(shù)),利用實驗室分析資料和測井資料可以得到系數(shù)。利用該模型的建立方法，建立華北地區(qū)評價煤質(zhì)參數(shù)的解釋模型，并對華北7口井煤層井段進行了解釋，實例解釋結(jié)果表明：模型估算的碳分含量與煤樣實驗室分析的碳分含量之間的誤差非常小,其相對誤差小于5%；估算的灰分含量與煤樣實驗室分析的灰分含量的一致性較好,尤其是當(dāng)灰分含量小于30%時,兩者之間的誤差非常小,經(jīng)過計算,其相對誤差小于10%。概率模型法:利用煤樣實驗室分析資料和測井資料進行多元線性回歸,建立如下煤質(zhì)參數(shù)的解釋模型:Qc=0.16967677-0.31703190Qw-.11209205Qa+0.1108104DEN

Qa=0.17475955–0.1367434Qw–0.1605913Qc–0.1000497ACQh=0.13997918–0.11352724Qw–0.1321401Qc+0.10000010163GRQw=1-Qa-Qh-Qc

利用模型估算的碳分含量Qcc(a)、灰分含量Qac(b)與煤樣實驗室分析得到的碳分含量Qcs(a)、灰分含量Qas(b)注1：統(tǒng)計方法確定煤灰分注2

裂縫孔隙度及裂縫滲透率煤巖中既有在沉積成煤過程中形成的原生孔隙,又有成煤后受構(gòu)造破壞所形成的次生孔隙。其孔隙類型和連通程度變化很大,它們互相組合形成裂隙性多孔隙介質(zhì),為瓦斯的儲存和運移提供了空間和通道。煤巖孔隙發(fā)育特征主要受煤的變質(zhì)程度、煤巖組分及成煤植物、后期構(gòu)造破壞程度等因素控制，其中,后期構(gòu)造破壞在煤層中形成大量節(jié)理和微裂隙,增大了煤巖的孔隙性其孔隙發(fā)育以微裂隙為主。

煤層的物理結(jié)構(gòu)是一個雙重孔隙,即煤層中含有由基質(zhì)孔隙和裂縫孔隙的孔隙系統(tǒng),其裂縫孔隙又由主裂理(面割理)和次級割理(端割理)組成。其裂縫孔隙度可采用深、淺側(cè)向測井曲線值計算，其計算方法如下：式中，其中,Rlls、Rlld分別為淺側(cè)向、深側(cè)向電阻率;Rmf、Rw為泥漿濾液電阻率和地層水電阻率；裂縫孔隙度指數(shù)mf。而總孔隙度是基質(zhì)孔隙度b

與裂縫孔隙度f之和,即：

=b+f

其中，基質(zhì)孔隙度b可以采用孔隙度測井方法求得。煤層裂縫由層面裂縫和層間裂縫組成,而層間裂縫(hf)由公式hf=ΔC/4Cm

計算。其中:ΔC=Clls-Clld,Clls、Clld、

Cm分別是淺側(cè)向、深側(cè)向、泥漿電導(dǎo)率,。估算裂縫空間由公式hm=hf/Φf

計算。裂縫滲透率K為:

K=A×8.33×106×hf/hm

式中，A——比例因子。

煤層氣含量

煤層甲烷在煤儲層中的儲集及滲流與常規(guī)天然氣大不相同,其影響因素多樣而復(fù)雜。影響煤層含氣量的主要因素是煤階、壓力（埋深）、煤層厚度、礦物質(zhì)含量、煤層滲透率等因素有關(guān)。

煤層含氣量隨著煤階的增加而增加，在同樣溫度和壓力（深度）條件下，高煤階吸附甲烷能力明顯高于低煤階的吸附能力。煤層含氣量隨著隨礦物質(zhì)含量的增加而減小，如隨灰分含量的增加而減小。煤層含氣量隨著煤層水分含量的增加而減小。煤層含氣量隨孔隙度和微孔隙的增加而增加。

煤層的物理結(jié)構(gòu)是一個雙重孔隙,即煤層中含有由基質(zhì)孔隙和裂縫孔隙的孔隙系統(tǒng),其裂縫孔隙又由主裂理(面割理)和次級割理(端割理)組成。

煤層甲烷呈三種狀態(tài)存在于煤中,即以分子狀態(tài)吸附在基質(zhì)孔隙的內(nèi)表面上;以游離氣體狀態(tài)存在于孔隙和裂縫或溶于煤層的地層水中。值得注意的是,雖然煤層中的基質(zhì)孔隙的作用于常規(guī)雙重孔隙儲集層中的基質(zhì)孔隙的作用相同,但它們之間存在兩點區(qū)別。

第一點區(qū)別是:儲存在常規(guī)雙重孔隙儲集層基質(zhì)孔隙中的氣是自由氣；而煤層中的氣主要吸附在基質(zhì)孔隙的內(nèi)表面,是吸附氣。在初始狀態(tài)下,煤層孔隙中的自由氣的含氣飽和度小于10%。

第二點區(qū)別是:由于煤層的基質(zhì)孔隙直徑很小(一般小于2nm),所以煤層中的氣體主要通過基質(zhì)孔隙來擴散

。

在較多情況下,煤層埋藏的深度足夠大時,煤在煤化過程中甲烷才不致于流失。因此煤層氣含量在一定程度上取決于煤層的埋深。另外既然煤層甲烷吸附在基質(zhì)孔隙的表面,那么微孔隙的數(shù)量與甲烷的總量密切相關(guān),而微孔隙的數(shù)量與固定碳Qc和灰分校正量(1-Qa)又密切相關(guān)。據(jù)上所述,可利用煤質(zhì)分析和解吸測定等資料,建立方程式來評估煤層含氣量。Q=8.481348-0.0155484depth+8.775966(1-Qa)+1.593338Qc

確定煤層含氣量的重要方法之一是基于氣體在固體表面吸附的特性,由Langmuir(蘭格謬爾)實驗定律。

煤對甲烷的吸附能力與溫度和壓力有關(guān):當(dāng)溫度一定時,隨壓力升高吸附量增大,當(dāng)達到一定高的壓力時,煤的吸附能力達到飽和,再增加壓力,吸附量也不再增加。煤的上述吸附特征一般用方程描述,即:Q＝VLPp/(Pp+PL)

式中:Q表示一定壓力下,煤吸附氣體的量,m3/t;Pp表示壓力,MPa;VL

表示Langmuir體積,m3/t;PL表示Langmuir壓力,MPa。

煤對甲烷的吸附是一個物理過程,當(dāng)煤層壓力降低到一定程度時,被吸附的甲烷與微孔隙表面分離,即解吸,吸附與解吸是一個可逆過程。煤的吸附、解吸特征是我們賴以進行煤層氣開發(fā)的基本原理之一。

煤層中氣體數(shù)量很大程度上取決于Vc,(1-Va),P和T,估算煤層含氣量的估算方程有此經(jīng)驗關(guān)系式。式中Q為煤層含氣量；P為壓力；T為溫度；A、B、C、D為地區(qū)精驗系數(shù)；Vcc為經(jīng)溫度校正后的似單層體積；經(jīng)溫度校正后的似單層體積；Pcc是一個與P、Vc、T有關(guān)的量。

基于煤樣解吸測定資料、煤樣煤質(zhì)化驗資料