煤层气成因与测井响应研究

煤层气成因与测井响应研究

刘晋

安徽省煤田地质局水文勘探队 安徽 宿州 234000

摘 要：煤层气储层具有非均质性强、孔隙结构复杂的特点。为满足新时代煤层气勘探开发对测井技术提出的要求，针对煤层气不同勘探开发阶段和评价目的，优化测井方法，研究先进实用的煤层气测井评价技术。

1 研究背景及意义

通过分析不同煤阶煤质煤层的测井响应，提取煤层气储层岩性、物性、电性、含气性的“四性”测井特征参数，优化煤层气测井参数识别与评价模式，建立煤层气测井解释新理论。

2 煤层气的成因

2.1 煤层气储层的组成

煤层气储层（煤层）具有双重孔隙结构，即：裂隙和基质的孔洞孔隙（以微孔隙为主）。

煤层在形成过程中自然生成两组互相垂直的内生裂隙（割理），一组为面割理，为主要裂隙组，可以延伸很远；另一组为端割理，只发育于面割理之间。两组割理与层理面正交或陡角相交，从而把煤层分割成若干小块体（基质块体）。这些基质块体中发育了许多以微孔隙为主的孔洞孔隙，其内表面上吸附着水和气体，这些吸附气体就是煤层气（以甲烷为主）。因此煤层气储层的含气量只与其基质有关。

煤层中的构造形成的外生裂隙，在排采前充满地层水；而在排采时，则是流体流向井筒的通道。因此煤层气储层的渗透率只与其裂隙有关。煤层中的基质除微孔隙中吸附着水和气外，其固体部分则是由有机质和矿物质组成。由以上分析可见，煤层气储层首先是由裂隙和由裂隙分割围限的含微孔隙的基质两个部分组成的。但就煤层气储层的组成成分而言，又是由四个部分构成的：有机质、矿物质、水和气。如图所示。

图为 煤层组分示意图

2.3 煤层气储层与常规天然气砂岩储层的比较

煤层气储层是一种非常规天然气储层，它与常规天然气砂岩储层有明显的差异，见表。

表为 常规天然气砂岩储层与煤层气储层的比较

3 煤层气测井响应特征及储存评价

3.1 测井响应特征

在测井曲线上根据“三高三低”的测井响应很容易识别煤层。由于煤层的岩性较纯，泥质和其它盐类含量较低，而纯煤的电阻率较高，因此，煤层和泥浆间的电化学作用很弱，自然电位读数低，而电阻率测井读数高。煤层中缺乏天然放射性元素，因此自然伽马读数较低。煤的基质密度低，所以显示低密度值。煤本身具有较高的含氢量，在中子测井中读数较高。煤中的有机质及其孔隙中的流体和其它物质都属于低速介质，所以煤在声波测井中显示高声波时差。

图为 煤层气测井响应特征

3.2 煤层气储层评价

关于煤层气储层参数，目前利用测井方法可以确定的储层参数包括如下几个方面：(1)煤层气储层的含气量、孔隙度（基质孔隙度和裂缝孔隙度）和渗透率（基质渗透率和孔隙渗透率）；(2)煤岩工业分析参数指煤的挥发分、固定碳、灰分、水分和煤阶等；(3) 煤层气的吸附／解吸特性参数；(4) 煤层厚度、深度、产能、储层压力、温度等。

选用不同的测井方法可以获得煤层气储层评价的各个相关参数，见表。

表为 测井方法储层评价参数表

3.2.1 煤层的深度和厚度

通常用基本的测井记录得以解决，且可以获得足够的精度。如：密度测井和电阻率测井等。煤层相对于围岩，物理性质差异明显,它具有密度低(密度孔隙率高)、声波时差大、中子孔隙率高、自然伽马低、电阻率高(无烟煤是低电阻率)等特征。通常可以采用人工解释的方法划分煤层,应注意多条曲线综合考虑。一般说来，仪器的分辨率越高，在煤层的界面处曲线变化越陡，界面划分的精确性就越高。

3.2.2 煤的工业分析参数

测井获取煤的工业分析参数有两种方法，即线性回归方法和体积模型方法。线性回归方法是基于体积密度测井和煤心分析数据,将足够数量的煤心分析的固定碳、挥发分、水分对灰分进行作图，获得这些分析结果之间的线性关系。再建立由测井获得的体积密度和实测灰分之间的线性关系。即可获得体积密度数据和煤的工业分析之间的换算关系。其中，关键问题是深度控制和煤心取心率。

体积模型则是利用多种测井数据综合确定。建立体积模型的前提是把煤层粗略的看成由碳、灰、水三部分组成。选至少两种测井数据,建立线性方程。或者将碳进一步分成固定碳和挥发分，则所求参量为四个，需要至少三种测井数据参与计算。但是，体积模型法所确定的煤质参数不能作为煤样实验室分析得出的工业分析指标。如果以测井体积模型法为基础，结合概率模型法，配合一定量的煤样实验室分析资料来建立确定煤质参数的解释模型。能够提高结果的可靠性。

3.2.3 煤层含气量

煤层含气量是煤层气勘探的重要参数。从上述可知，煤层气主要呈吸附态分布在基质孔隙的表面，微孔隙的数量与固定碳和灰分又密切相关．煤层含气量随着灰分含量的增加而减小。因此，可以首先建立煤心实测含气量和灰分的关系,再由线性回归方法或体积模型方法计算灰分含量,从而实现利用测井数据计算含气量。

3.2.4 渗透率和裂缝孔隙率

煤层的渗透率是煤储层评价的一个重要参数，决定了煤储层的产气能力。煤层气储层渗透性评价的核心问题是确定储层的渗透率和裂隙分布。通过煤层的体积模型，将储层电阻率看成是由碳、灰、基质孔隙和裂缝孔隙四部分电阻率并联的结果。利用深、浅侧向电阻率测井数据可以计算出裂缝孔隙率。利用双侧向电阻率的测井数据采用Faivre和Sibbit 两位学者提供的计算裂缝渗透率的方法，可以实现渗透率的定量评价。核磁共振测井是目前确定煤层有效孔隙率的最直接、也是最有效的一种方法，其重要参数tr2截至值可以将有效孔隙率分成毛细管束缚流体孔隙率和动流体孔隙率。

3.2.5 岩石力学性质

利用声波全波列测井可在煤层中直接获取横波时差，横波时差是研究机械特性中至关重要且较难获得的一条曲线。应用密度、纵、横波时差以及其它一些曲线和参数，就可以计算岩石机械参数的弹性模量、剪切模量、泊松比等模量，以及强度、应力、压力和泊松比等十几项参数。

4 小结

在常规油气勘探中，体积模型、孔隙度方程、饱和度方程是测井解释评价的基本模型，但在煤层气解释中，不能直接套用，必须对其进行深化研究，建立适合煤层气测井的解释方法和模型，才能对煤层气作出正确评价。

参考文献

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