2008 测井评价煤层气储层的方法探讨_刘效贤

以测井资料定量评价煤层气储层是非常不易的，因为煤层低孔、低渗，微孔隙发育，孔隙间充填地层水和由以吸附状态为主的吸附气组成的双相流体，即使在石油天然气测井评价解释中也是难以克服的问题，况且煤层气储层的测井评价只是最几年才发展起来的，有许多基础理论问题亟待解决。

本文主要讨论测井评价煤层气储层的概率统计模型。

1研究方法根据所收集的某区测井资料和实验室分析数据，对常规煤田测井曲线反映煤层储层成分的分辨能力进行分析，从而建立确定各成分的响应方程。

忽略百分含量较少的成分，煤层气储层实验室分析参数的体积模型由碳（V c ）、灰分（V a ）、挥发分（V f ）和水分（V w ）等部分组成，为了以测井曲线评价这些参数，下面逐一进行探讨。

1.1灰分评价方法实验室分析的灰分是以煤燃烧以后的残渣，即未燃烧的固体，这可能包含一部分没有完全燃烧的碳，而测井所求的灰分则是非碳固体（湿灰分），对比这两者的定义可以看出，这两种灰分既有相同又有不同，之间的差异取决于碳的性质和灰分的种类以及测井评价灰分的方法。

一般来说，煤中的灰分主要是泥质，而细小颗粒的泥质具有较强的吸附能力，在沉积过程中易吸附溶于水的放射性元素（如铀），从而具有较强的自然伽马值，基于这点，首先考虑自然伽马与实验室分析的灰分间关系，经回归分析可得出如下结论。

①相关方程为V a =0.19×γGR +3.22，（R =0.66），式中：V a 是灰分含量，％；γGR 为自然伽马测井值，API 。

②灰分与自然伽马测井具有线性关系，且较为密切，说明研究区内煤层主要由泥质组成。

③可以自然伽马测井评价煤层灰分，且效果较好。

④考虑到煤层的沉积背景，即泥质的自然伽马值的特性差异，以自然伽马测井指数确定灰分的效果会有所改善。

1.2含碳量确定煤层与其顶底岩层的一个最大差异就是煤层的密度很小，一般介于1.4～1.8g/cm 3，这主要是煤层中的主要成分碳的密度很小，因此，确定含碳量首选密度测井或人工伽马测井，分析这两种曲线与含碳量的关系。

①相关方程为V c =-60.64×d DEN +169.57（R =0.58），V c =0.036×γHGG +43.1087(R =0.54)，式中：V c 为含碳量，％；d DEN 为密度测井值，g/cm 3；γHGG 为人工伽马测井值，plus/s 。

②密度测井值与含碳量有一定的关系，人工伽马测井值增加，含碳量增加。

③尽管上述两种测井都能较好的反映含碳量变化，但相关性并不算密切（相关系数为0.58和０.54），因此，须加以改正。

煤的密度主要依赖于灰分与碳的体积含量比，众所周知，煤中的灰分主要是泥质，而泥质的密度（2.3～2.5g/cm 3）远较碳的密度（1.4～1.6g/cm 3）高，因此灰分含量对以密度或人工伽马测井识别含碳量的灵敏性影响较大，因此需要做灰分校正。

测井评价煤层气储层的方法探讨刘效贤，李承华(江西省煤田地质局勘察研究院，江西南昌330001)摘要：根据煤层气储层实验室分析确定的体积模型（碳、灰分、挥发分、水分），以测井曲线予以评价。

其中以自然伽马测井确定湿灰分，该方法的前提条件是湿分主要是泥质且泥质不具放射性元素；以密度测井与人工伽马测井确定含碳量，并对密度测井作湿分校正；以灰分校正后的密度测井确定饱和水孔隙度；含气量的估算以声波测井和密度测井组成的复合参数ΔT /d DEN 来确定，或以视电阻率曲线确定含气量。

以某地区2个钻孔为例，讨论了煤层深度、压力等与水分、灰分、含气饱和度、含气量等参数的关系，认为含气量与深度成正比关系。

关键词：煤层气；自然伽马测井；密度测井；声波测井；饱和水孔隙度；含气量中图分类号：P631.P8文献标识码：A作者简介：刘效贤(1963—)，男，高级工程师，1984年毕业于中国矿业学院煤田物探专业，一直从事煤田测井工作。

文章编号：１674－1803（２００8）12－００01－０3中国煤炭地质COAL GEOLOGY OF CHINAVol．20No．12Dec ．２００8第20卷12期２００8年12月第20卷中国煤炭地质定义煤由纯煤和灰分两部分组成，纯煤包括碳、挥发分与水分，由此得：d DENlog=V a×d DENa+(1-V a)×d DENcl，式中：d DENlog、d DENa和d DENcl分别为密度测井值、灰分密度和纯煤密度，g/cm3。

由上式可得：d DENcl=(d DENlog-V a×d DENa)/(1-V a)。

以此公式作灰分校正，d DENa可用目的煤层邻近的厚层泥岩密度值近似代之。

对所采用的样本该公式逐一校正，并分析校正后的密度测井值与含碳量的关系。

①含碳量与灰分校正的密度测井的相关方程为V c=64.28×d DENcl－15.54。

②与校正前相比，校正后预测含碳量的精度明显提高，相关系数由0.58提高到0.74。

③含碳量与纯煤密度为正相关，即随着纯煤密度增加而增加，而这正符合纯煤的物理概念模型，因为纯煤中以碳的密度最大。

1.3饱和水孔隙度确定1．3．1饱和水孔隙度测井方法煤的孔隙度由基质孔隙度和微裂孔隙度两部分组成，其孔隙空间为水分、游离气和吸附气所充填，而饱和水孔隙度可定义为被地层水所充满的空间与煤体积之比。

孔隙度测井有密度、声波和中子测井，目前煤田测井系列中，中子测井不是主要方法，因此，主要考虑密度和声波测井评价煤层气储层的孔隙度。

①密度测井与饱和水孔隙度（фw）之间没有明显的关系，这是因为煤中的孔隙值很小，一般小于5%，水的密度为1.0~1.1g/cm3，含量如此小的成分其相对变化不足于引起密度测井的变化，因为其变化在密度测井的误差统计范围之内。

②声波测井与фw之间的关系也不密切，引起这种现象除了煤的孔隙度太小之外，其中另一个重要因素是煤层气作用。

实验表明，少量的气存在可使声速值增大，但当气达到一定含量后，即使气量再增加，声速值增加率也会趋缓甚直停滞。

③不能简单地以密度测井和声速测井评价饱和水孔隙度。

1．3．2饱和水孔隙度与密度的关系根据上一节校正后的密度测井建立与фw间的关系，可以得到如下结论。

①纯煤密度与饱和水孔隙度之间的相关方程为фw＝-4.04×d DENcl+6.98(R=0.74)，式中：фw为饱和水孔隙度，％。

②纯煤密度与фw间关系较为密切，相关系数为0.74。

③фw与d DENcl间是逆关系，即фw随着d DENcl增加而降低，这符合两者间的物理规律，因为水的密度（1.0~1.1g/cm3）较煤中主成分固定碳（1.4~1.6g/cm3）要低。

1.4含气量确定煤层气以两种形式赋存于煤层双重孔隙结构之中，即游离态气和吸附气，后者是主要的赋存方式。

测井定量评价煤层气是一个非常棘手的问题，尤其是象煤层气储层这样低孔、低渗三相共存的介质。

借助于实验室分析化验的含气量建立估算煤层含气量的测井参数相关公式，进而实现以测井评价含气量。

1.4.1孔隙度测井法在石油测井中，综合考虑三种孔隙度测井求取的视孔隙度识别气层是一种较为有效的方法。

由于未收集到中子测井资料，故仅采用密度和声波测井。

在原煤所处压力相等的条件下，含气量在一定范围内增加，声波测井值将增大，密度测井值有一定程度的降低，因此以声波时差与密度之比分析含气量，不仅能提高估算的精度，而且能在一定程度上补偿掉碳和灰分在声波和密度测井上的变化。

如图1所示，是ΔT/d DEN与含气量的分析图，此图表明如下关系。

①在含气量较小时（小于20mL/g），含气量增加，ΔT/d DEN随之较好地以线性增加，其响应方程为：w Tgas=0.1757×ΔT/d DEN－37.50，式中：w Tgas为总的含气量，包括CH4、CO2和N2，mL/g。

图1声波测井与密度测井值之比与含气量的关系Figure1Relation between acoustic,density log value ratio and gascontent212期②当含气量较大(大于20mL/g)时，含气量增加，ΔT/ d DEN并没有明显的改变。

这反映出，含气量增加到一定值时，声波时差不再有多大变化即趋于饱和，这与岩声学实验结果是吻合的。

1.4.2电阻率法电阻率测井是评价充填孔隙流体性质的核心，同样也是估算煤层气储层含气量的重要参数。

一般来说，含气量增加，电阻率增加，为此，分析两者之间的关系，可以得出如下结论。

①甲烷含量与电阻率呈正半对数关系，其方程为w CH4=5.4354×logρa-18.3071(R=0.86)式中：w CH4为甲烷含量，mL/g。

②甲烷含量与电阻率间的关系较为密切，相关系数为0.86。

③甲烷含量增加，电阻率值呈以10为底的对数关系增加。

1.4．3含气量与深度的关系根据煤层的等温吸附曲线知，压力越大，煤层吸附气量越大。

在地层处于正常压力（无超压或欠压）情况下，煤层吸附气量与深度成正比关系。

以某地３煤与15煤为例，含气量与深度的关系分别为３煤：w CH4=0.0489×H－16.2299(R=0.77），15煤：w CH4=0.0239×H－3.2091(R=0.76)。

①３煤的含气量更敏感于深度的增加，即同样的深度３煤的含气量较15煤高。

②相同的含气量，15煤要求更大的深度。

出现以上情况可能是由于这两层煤的不同物理性质所引起，表1列出了G2和G6两口井的3煤与15煤的参数。

由Langmuir等温吸附定理有V0=V L P/(P L+P)，式中：V L和P L分别是Langmuir体积和压力,单位：mL/g和MPa；P是储层压力；V0是理论含气量。

而含气饱和度定义为煤样实际含气量与其理论含气量之比，即Sg=V/V0，式中：V为实际含气量，Sg是含气饱和度，％。

因此，煤层实际含气量可表为V=Sg×V L P/(P L+P)。

若剔除灰分与水分在煤中所占的成分，则V=(1-V a-V w)×Sg×V L P/(P L+P)。

表1指出，所分析样品中３煤和15煤的饱和度几乎相等，但３煤的灰分较15煤小许多，3煤的理论含气量较15煤都大，且３煤含气量与深度的变化率较15煤大。

2测井评价煤层气储层应注意的几个问题①资料的整理。

原始资料的整理对分析结果十分重要，这主要包括分析化验资料的异常点剔除、取样深度与测井值的匹配及井眼环境校正等。

②单一测井曲线的使用。

目前似乎流行采用多测井曲线确定一种或多种未知量，但从本文看，煤层气储层中碳、湿灰分、水分和含气量均具各自特定显著的物性值，对应于某种测井曲线有特别高的灵敏性，若再启用其它敏感性差的曲线势必降低评价的精度，因此，建议尽量采用单曲线解决单一问题。