煤层气储层测井响应特征及机理分析

煤层气储层测井响应特征及机理分析

孙朋朋

中石油煤层气有限责任公司韩城分公司陕西韩城715400

摘要：煤层气储层是煤层气储存的载体，是煤层气勘探开发的研究对象。通过研究煤层气储层特征和测井响应特征，为煤层气储层的识别和评价提供依据。适当的测井系列可用于有效识别煤层气储层，计算储层的碳含量，灰分和水分，并计算储层的孔隙度，渗透率和气体含量。测井方法是评价煤层气储层的有效手段。测井是评价煤层气储层的重要技术手段。通过研究区的常规测井资料和实验数据，分析了测井响应值的分布特征。结合煤层煤岩组分，探讨了煤层气储层测井响应特征。研究表明，煤层气储层的测井响应值是正态分布的。常规对数值显示高声学时间差，高电阻率值，高中子孔隙率和低自然势，低密度，而负面自然异常的特征和严重的扩张。为研究区后期煤层气储层测井评价提供理论依据。

前言

煤层气储层是储存煤层气的载体，是一种典型的非常规有机储层，具有自生，自储和多孔。煤层气是一种非常规天然气，以吸附状态存在于煤储层中。研究煤层气储层的最终目的是探索和开发煤层气资源。煤层气勘探的方法很多，煤层气测井技术被认为是最有前景的手段。通过对煤层气测井响应图和响应数值分布直方图的统计分析，评价了煤层气储层的响应特征。根据测井的基本原理，结合煤层气储层的实际地质特征，总结分析了煤层气储层测井响应机理。

一、煤层气测井响应特征

1.1煤和岩石的一般测井特征

煤层是生产和储存煤层气的地方。目前，煤层气储层测井技术中常用的测井方法有：电阻率，自然伽马，补偿密度，补偿中子，声学时间差和光电吸收指数[1]。普通煤和岩石的测井特征如表1所示。

1.2煤层气的测井特征

由于煤层裂缝和基质孔隙度小，气体含量低，测井对煤层气的分辨率低，其测井识别方法不像常规气藏那么简单直观。但是，一般来说，由于气体的密度小于煤的密度，因此气体后的煤层的体积密度值相对减小。随着氢含量的增加，补偿中子值相对增加;随着气体含量增加，声波传播速度降低，声波时间差相对增大。我们可以使用这些特征来定性地识别测井曲线上的煤层气。

二、煤层气储层测井响应机理

2.1自然伽马测井

自然伽马测井反映了煤岩和其围岩的放射性矿物元素的含量，从图的自然伽马与煤岩工业分析组分含量关系图中可以看出，自然γ与水和挥发性物质之间的相关性不强，与灰分呈正相关，与固定碳呈负相关。这是因为煤灰灰矿物质的重要组分由于其大的比表面积而具有强吸附性。岩浆岩中的放射性元素矿物与页岩颗粒一起沉积并吸附在地表上，因此灰分（粘土矿物）含量越高，吸附的放射性元素矿物质越多，自然伽玛越高，灰分含量越小，自然伽玛越小。

2.2自然电位测井

煤岩的天然潜力主要来自氧化还原。这表明在煤炭形成过程中，在泥炭沼泽的水下环境中，它通常表现出还原性，因此有机质会减少，使形成的煤岩表面带负电。自然电位曲线主要存在负异常。此外由于煤岩裂缝发育，其自然电位的形成机理也包括了扩散电位部分，在煤岩破裂孔隙度和相对高渗透率的情况下，它对自然潜力有一定影响。然而，通常认为煤层渗透性差并且对自然潜力的影响很小。自然电位异常幅度与水和固定碳之间的相关性不强，与灰分和挥发正相关。这与灰分中含有硫化物矿物成分，且灰分含量的增大在改善煤岩的渗透性作用均有关系；而与挥发分相关，表明煤岩的自然电位异常幅度通常还与反映煤变质程度的煤阶有关，随着煤化作用的深入，挥发分降低煤阶提高时，有机质发生氧化作用而使硫化物含量减少，煤中的主要氧化还原电位降低[2]。

2.3电阻率测井

相关煤和岩石电阻率测井结果表明，无烟煤和贫煤通常表现出高电阻率特征。煤层气储层测井电阻率与储层含水量无显着相关，但与粘土矿物呈负相关，与固定碳含量呈正相关。在不同的地质特征中，粘土矿物含量和裂缝发展也对电阻有一定影响。此外，钻井过程中的泥浆侵入也对测井电阻率有一定的影响。

2.4补偿密度

煤岩的主要成分基质密度低，固定碳密度低。采伐得到的密度值与煤层组成，煤岩成矿程度，粘土成分含量密切相关。

2.5补偿中子

煤层中的高含水量与煤岩中含有的有机物中的氢结合，这导致补偿中子测井中氢指数的高响应值。中子与煤中的粘土矿物，挥发性成分和固定碳之间没有明显的相关性，与含水量呈显着正相关。

2.6声波时差

声波时间响应声波在传播介质中的传播速度与煤岩中固定碳含量呈正相关。固定碳在煤岩中占很大比例，导致煤岩基质的密度低，从而导致较高的声学时间差。煤岩中裂缝和吸附气体的影响可能导致纵波传播速度减慢，导致更高的声波时间差和周期跳跃。

三、煤层气储层参数的测井评价方法

3.1砂泥水比例岩石体积模型

要解释三个不同成分的体积含量，至少要有两种对其有明显响应关系的物性参数，以建立物质平衡方程。求解方法是最小二乘法和联立方程。其中，最小二乘运算参数是密度，声时差和自然伽马。由此三种参数与物质平衡方程写出联立方程组，计算出最优解。该方法精度较高。联立方程法运算参数为三种参数任选两种与物质平衡方程组成三元一次线性方程组。

3.2煤层体积模型

根据理论，煤层体积可分为纯煤（固定碳和挥发性物质），水分（填充孔隙中的水）和灰（泥和其他矿物）。经对勘查区煤层化验资料统计、分析，煤层的密度与煤的灰分、水分有关，且在同一个矿区，当煤中固定水分较少时，煤层的密度主要取决于灰分，且随灰分增加而增大，呈线性关系(图1)。

3.3煤组分的计算

在工业中，煤成分一般分为水分，灰分，挥发性物质和固定碳。获得煤炭工业分析参数的方法有两种，即线性回归法和体积模型法。除了应用传统的体积模型方法计算煤层组分含量外，作者还分析了大量的测井数据和煤层测试数据。绘制了煤储层的固定碳，挥发分，水和灰分，得到了它们之间的线性关系，建立了对数体积密度与测量灰分的线性关系。获得了堆积密度数据与煤的工业分析之间的转换关系。

3.4煤阶的确定

煤等级可以通过测量最大镜质体反射率，挥发性物质的百分比或煤中碳的百分比来确定。当泥岩沉积物随着温度和压力的增加而被掩埋并转化为煤时，它们的物理和化学性质会发生深刻的变化。镜质体反射率是表征煤化程度的重要指标。镜质体反射率与成岩作用密切相关，热变质作用较深，镜质组具有较高的反射率。刘一田等人指出，随着埋藏深度和温度的升高，煤级的变化趋势影响煤层饱和状态的参数[3]。

3.5孔隙度的计算

通过在测井中使用三个中子，密度和声波测井来综合评价孔隙度是一种更有效的方法。然而，由于煤层和围岩的测井响应特征存在显着差异，采用多参数多元统计方法建立了孔隙解释模型，计算了煤层孔隙度。这不仅提高了估算的准确性，而且在一定程度上补偿了声波，密度和中子测井中碳和灰的变化。

四、结语

通过对煤层气储层常规测井响应值的统计分析，了解了研究区煤岩储层测井参数的分布规律。根据研究区煤层气储层的曲线和测井资料，分析了煤层气储层测井响应特征，各种测井响应的相互作用特征和煤岩组分的组成，探讨了煤层气储层测井响应特征的机理。

参考文献

[1]方爱民，侯泉林，琚宜文，等.不同层次构造活动对煤层气成藏的控制作用[J].中国煤田地质，2005，17(4):15-20.

[2]董红，侯俊胜，李能跟，等.煤层煤值和含气量的测井评价方法及其应用[J].物探与化探，2001，25(2):138-143.

[3]张宏，姚艳斌，刘大锰，等.红阳煤田煤层气赋存特征及有利区预测[J].煤炭科学技术，2008，36(3):92-95.