煤田煤层气测井解释介绍

煤田测井资料解释电流测井接地电阻差值测井煤层(煤层气储层)测井评价系列煤层测井响应特征煤质参数计算方法裂缝孔隙度及裂缝渗透率煤层气含量地层弹性特征煤田测井基本知识煤田测井基本知识煤的形成和类型煤的形成可分为泥炭化阶段和煤化阶段：1、泥炭化（或腐泥化）阶段：泥炭化作用是腐植煤形成的主要的第一阶段。如在水流畅通的活水沼泽，细菌就会快速繁殖，菌解作用很强烈，植物的主要组成部分木质素和纤维素就会差不多全部失掉，只有最稳定的角质层、孢子、花粉等保存下来，进一步形成另一类的煤——残植煤。煤的成因分类主要是根据煤的原始物质及其变化环境，一般分二类，一是由高等植物形成的腐植煤类，另一类是由低等植物形成的腐泥煤类。2、煤化阶段：在整个地质年代，泥炭（腐植煤和腐泥煤的统称）在上覆沉积物的压力下，所有水分被挤出，体积慢慢缩小，性质趋于致密，在化学成分上腐植酸含量渐渐减少，碳含量渐渐增多，这时变成了褐煤，这一作用过程叫泥碳的成岩作用；褐煤外表为褐色、棕褐色，条痕为褐色、浅褐色，一般无光泽，密度小，在0.8～1.25g/cm3之间。随着盆地继续下沉，上覆沉积物不断加厚，褐煤在较高温度和压力下结构更加紧密，密度加大，产生了粘结性，出现了光泽，于是转化为烟煤。烟煤的外表呈黑色、灰黑色，条痕为黑色，光泽较强，质地致密，硬度较高，性脆易碎，具明显的层状结构。烟煤进一步变化就成为无烟煤。无烟煤色黑而具金属光泽，质地更加致密，结构渐趋均一，硬度大密度高，密度大于1.36g/cm3。3、煤的变质过程：随着温度和压力的继续增大褐煤逐渐向烟煤直至无烟煤转变的过程。煤重要参数煤的煤层气含量、镜质体反射率、水分、灰分、挥发分等参数是研究煤层组分，作为评价煤层气勘探、工业分析、经济效果的依据。1.煤层含气量

解吸：在未开采之前，煤层气以分子状态吸附在煤颗粒表面。随着储层压力的降低(如抽水)，地层能量的衰减，压力降到解吸压力以下，以分子状态存在的解吸气变为游离气。

扩散：煤层甲烷解吸之后，在煤基质与割理之间的浓度不一致。由浓度差异引起甲烷气体扩散，气体从基质进入割理。

流动：由于气体的解吸、扩散，割理与井眼之间的压力梯度发生了变化。由于压力不同，引起气体由割理向井眼流动。直接法测定含气量包括三部分，即散失气量、解吸气量和残余气量，煤层含气量为三者之和。煤层含气量的单位为m3/t。

散失气量：指煤心快速取出，现场直接装入解吸罐之前释放出的气量。根据散失时间的长短及实测解吸气量的变化速率进行理论计算。解吸气量指煤心装入解吸罐之后解吸出的气体总量。实验过程中求出气量随时间的变化规律，结合一些基础数据计算解吸气量。解吸过程一般延续两周至四个月，根据解吸气量大小而定，一般在一周内每克煤样的解吸量小于0.05cm3/d时可终止解吸。

残余气量：指终止解吸后仍留在煤中的那部分气体。需将煤样加热真空脱气，再粉碎、加热真空脱气，测定其解吸总量。2.煤层镜质体反射率

镜质体反射率（R0）是煤（镜质组）光片表面的反射光强与入射光强的百分比值，它是确定煤级的最佳标准。煤级是影响煤岩生气率、含气量和煤层物性的一个重要因素。镜质体反射率是煤层变质程度的一个重要指示，煤层的镜质体反射率在很大程度上决定煤层的电性、物性、煤层含气量等。（1）电性特征反映煤层的变质程度。从测井响应值对比分析中看出，煤层的镜质体反射率越大，好的煤层电阻率越高，中子孔隙度变小，体积密度增大，纵、横波的声波时差减小。（2）变质程度越高孔隙度相应减小。（3）变质程度不同煤层机械力学性质也有所不同。煤层的力学参数，有随变质程度增加破裂压力减小，坍塌压力也减小的趋势。（4）变质程度越高煤层气含量增加的趋势。煤层的气含量，有随变质程度增加，煤层气含量增加的趋势。

煤层水分：是指空气干燥状态下吸附或凝聚在煤层颗粒间毛细管中的水分。

灰分：灰分是指在规定条件下，灼烧后剩下的不燃烧物质。煤的灰分来自煤中的矿物质，但其组分和重量与煤中的矿物质不完全相同。

挥发分：是表征煤中有机质性质的重要指标，它与煤的成因、煤层显微组分及煤化程度等因素有关。煤层挥发分的测定是用万分之一天平称取空气干燥煤样1±0.1g放在带盖的磁坩埚中，在900±10℃条件下隔绝空气加热7min，取出冷却称重。煤样质量减少的百分含量减去该煤样水分含量即为挥发分产率，简称挥发分。

固定碳：从测定煤的挥发分后的残渣中减去灰分后的残留物称为固定碳.这里的固定碳即固定碳产率根据定义用下式计算干基固定碳和干燥无灰基固定碳。3、煤质参数注：A极接地电阻，取决于5倍电极半径以内的介质？煤层气储层测井评价系列、电流、接地电阻等

煤层的划分、岩性识别煤层气井的测井资料解释,首先是识别煤层气层,然后才是煤层气层上储层参数的计算,因此，同样在煤田测井资料的解释中,需标定煤层（气层）,划分岩性。煤层相对于围岩，物理性质差异明显，它具有：密度低（密度孔隙度高）声波时差大（声波孔隙度高）含氢量高（中子孔隙度高）自然伽马低自然电位有异常（由氧化还原作用产生的自然电位）电阻率高（注：烟煤、褐煤电阻率高；无烟煤的电阻率低）等特点。通常可以采用人工解释的方法划分煤层、岩性识别、或采用模式识别方法自动划分煤层、识别岩性。利用以上所述特点，以及相应的测井曲线组合用于划分煤层以及确定煤层厚度、位置,岩性识别等，一般都能得到较为满意的结果。煤层测井响应方程(1)电阻率测井在高阻烟煤的情况下，纯煤具有极高的电阻率，可与泥质岩石中的骨架相类比。灰分因其主要成分与泥质相近，可与泥质岩石中的泥质成分类比。因此，煤层的电阻率测井也可写出阿尔奇公式，即式中Rt为煤层上的真电阻率；Fθ为煤层的地层因素；Rθ为灰分与水分的混合导体的等效电阻率。同样可以导出Va和Vw与分别为煤层中灰分和水分的体积含量；Ra，Rw分别为灰分与水分的电阻率。

煤层的地层因素也有与泥质岩石地层因素相似的表达形式，即*θ=Va+Vw=1-Vc根据有关文献介绍，岩性系数a通常等于1，而胶结指数m在煤层模型中不是常数，而是θ的函数，即由*式可以导出岩石真电阻率Rt与地层水电阻率之比为地层因素F，即对上式两端取对数，得F与θ的关系(曲线标码为Va/Vw的数值)Δt与θ的关系(曲线标码为Va/Vw的数值)

(2)声波测井θ=Va+Vw=1-Vc(3)密度测井(4)中子测井ρ与θ的关系ф与θ的关系(曲线标码为Va/Vw的数值)(曲线标码为Va/Vw的数值)(5)自然γ测井根据泥质岩石模型的自然γ测井响应方程，可以类推出煤层的自然γ测井响应方程为式中Ic，Ia、Iw、分别为煤层中纯煤、灰分和水分的自然γ强度；ρθ

、Iθ分别为灰水混合物的等效密度和等效自然γ强度。

煤层中的纯煤和水分中的放射性物质含量极低，因而它们的自然γ强度,Iθ和Ic也很小，通常可以认为近似为零（含铀煤除外）。于是上式可变成ρI与Va的关系煤层上Rt与（ρ-ρc）关系

煤质参数计算煤层煤质参数通常可由:

煤样实验室分析、测井体积模型法概率模型法来确定。测井体积模型法利用孔隙度测井(如密度、声波等)建立响应方程组,可以采用一般解方程的方法，也可以采用最优化等方法来求解方程组,所求煤质参数可为煤层开采提供依据。但是,测井体积模型法所确定的煤质参数不能直接与煤样实验室分析得出的工业分析指标相对照。而煤样实验室分析要花费大量的人力、资金和时间。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,则这3种确定煤质参数的方法之间可以优势互补。ＤＥＮ=W11Vｗ+W12Vａ+W13VcＡＣ=W21Vｗ+W22Vａ+W23VcCNL=W31Vｗ+W32Vａ+W33Vc1=Vw+Vb+Vc体积模型法：ＤＥＮ=Ａ1Ｑｗ+Ａ2Ｑａ+Ａ3Ｑｈ+Ａ4ＱｃＡＣ=Ｂ1Ｑｗ+Ｂ2Ｑａ+Ｂ3Ｑｈ+Ｂ4ＱｃＧＲ=Ｃ1Ｑｗ+Ｃ2Ｑａ+Ｃ3Ｑｈ+Ｃ4ＱｃＱｗ+Ｑａ+Ｑｈ+Ｑｃ=1

式中,ＤＥＮ、ＡＣ、ＧＲ分别为密度、声波和自然伽马测井值;Ｑｗ、Ｑａ、Ｑｈ、Ｑｃ分别为水分、灰分、挥发分和固定碳的重量百分比;Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ4、Ｂ4、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｃ4分别为待定系数(地区系数),利用实验室分析资料和测井资料可以得到系数。利用该模型的建立方法，建立华北地区评价煤质参数的解释模型，并对华北7口井煤层井段进行了解释，实例解释结果表明：模型估算的碳分含量与煤样实验室分析的碳分含量之间的误差非常小,其相对误差小于5%；估算的灰分含量与煤样实验室分析的灰分含量的一致性较好,尤其是当灰分含量小于30%时,两者之间的误差非常小,经过计算,其相对误差小于10%。概率模型法:利用煤样实验室分析资料和测井资料进行多元线性回归,建立如下煤质参数的解释模型: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)与煤样实验室分析得到的碳分含量Qcs(a)、灰分含量Qas(b)注1：统计方法确定煤灰分注2

裂缝孔隙度及裂缝渗透率煤岩中既有在沉积成煤过程中形成的原生孔隙,又有成煤后受构造破坏所形成的次生孔隙。其孔隙类型和连通程度变化很大,它们互相组合形成裂隙性多孔隙介质,为瓦斯的储存和运移提供了空间和通道。煤岩孔隙发育特征主要受煤的变质程度、煤岩组分及成煤植物、后期构造破坏程度等因素控制，其中,后期构造破坏在煤层中形成大量节理和微裂隙,增大了煤岩的孔隙性其孔隙发育以微裂隙为主。

煤层的物理结构是一个双重孔隙,即煤层中含有由基质孔隙和裂缝孔隙的孔隙系统,其裂缝孔隙又由主裂理(面割理)和次级割理(端割理)组成。其裂缝孔隙度可采用深、浅侧向测井曲线值计算，其计算方法如下：式中，其中,Rlls、Rlld分别为浅侧向、深侧向电阻率;Rmf、Rw为泥浆滤液电阻率和地层水电阻率；裂缝孔隙度指数mf。而总孔隙度是基质孔隙度b

与裂缝孔隙度f之和,即：

=b+f

其中，基质孔隙度b可以采用孔隙度测井方法求得。煤层裂缝由层面裂缝和层间裂缝组成,而层间裂缝(hf)由公式hf=ΔC/4Cm

计算。其中:ΔC=Clls-Clld,Clls、Clld、

Cm分别是浅侧向、深侧向、泥浆电导率,。估算裂缝空间由公式hm=hf/Φf

计算。裂缝渗透率K为:

K=A×8.33×106×hf/hm

式中，A——比例因子。

煤层气含量

煤层甲烷在煤储层中的储集及渗流与常规天然气大不相同,其影响因素多样而复杂。影响煤层含气量的主要因素是煤阶、压力（埋深）、煤层厚度、矿物质含量、煤层渗透率等因素有关。

煤层含气量随着煤阶的增加而增加，在同样温度和压力（深度）条件下，高煤阶吸附甲烷能力明显高于低煤阶的吸附能力。煤层含气量随着随矿物质含量的增加而减小，如随灰分含量的增加而减小。煤层含气量随着煤层水分含量的增加而减小。煤层含气量随孔隙度和微孔隙的增加而增加。

煤层的物理结构是一个双重孔隙,即煤层中含有由基质孔隙和裂缝孔隙的孔隙系统,其裂缝孔隙又由主裂理(面割理)和次级割理(端割理)组成。

煤层甲烷呈三种状态存在于煤中,即以分子状态吸附在基质孔隙的内表面上;以游离气体状态存在于孔隙和裂缝或溶于煤层的地层水中。值得注意的是,虽然煤层中的基质孔隙的作用于常规双重孔隙储集层中的基质孔隙的作用相同,但它们之间存在两点区别。

第一点区别是:储存在常规双重孔隙储集层基质孔隙中的气是自由气；而煤层中的气主要吸附在基质孔隙的内表面,是吸附气。在初始状态下,煤层孔隙中的自由气的含气饱和度小于10%。

第二点区别是:由于煤层的基质孔隙直径很小(一般小于2nm),所以煤层中的气体主要通过基质孔隙来扩散

。

在较多情况下,煤层埋藏的深度足够大时,煤在煤化过程中甲烷才不致于流失。因此煤层气含量在一定程度上取决于煤层的埋深。另外既然煤层甲烷吸附在基质孔隙的表面,那么微孔隙的数量与甲烷的总量密切相关,而微孔隙的数量与固定碳Qc和灰分校正量(1-Qa)又密切相关。据上所述,可利用煤质分析和解吸测定等资料,建立方程式来评估煤层含气量。Q=8.481348-0.0155484depth+8.775966(1-Qa)+1.593338Qc

确定煤层含气量的重要方法之一是基于气体在固体表面吸附的特性,由Langmuir(兰格谬尔)实验定律。

煤对甲烷的吸附能力与温度和压力有关:当温度一定时,随压力升高吸附量增大,当达到一定高的压力时,煤的吸附能力达到饱和,再增加压力,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表示一定压力下,煤吸附气体的量,m3/t;Pp表示压力,MPa;VL

表示Langmuir体积,m3/t;PL表示Langmuir压力,MPa。

煤对甲烷的吸附是一个物理过程,当煤层压力降低到一定程度时,被吸附的甲烷与微孔隙表面分离,即解吸,吸附与解吸是一个可逆过程。煤的吸附、解吸特征是我们赖以进行煤层气开发的基本原理之一。

煤层中气体数量很大程度上取决于Vc,(1-Va),P和T,估算煤层含气量的估算方程有此经验关系式。式中Q为煤层含气量；P为压力；T为温度；A、B、C、D为地区精验系数；Vcc为经温度校正后的似单层体积；经温度校正后的似单层体积；Pcc是一个与P、Vc、T有关的量。

基于煤样解吸测定资料、煤样煤质化验资料