地球物理测井曲线评价煤层的参数

地球物理测井曲线评价煤层的参数

发表时间：2008-12-18T10:01:59.640Z 来源：《中小企业管理与科技》供稿作者：杨永胜[导读] 摘要：正确运用测井分析原理，可在现场连续评价煤层参数。不仅可确定煤层顶底板岩石的强度参数，而且可以取得整个覆盖层参数资料。关键词：地球物理测井曲线煤层评价摘要：正确运用测井分析原理，可在现场连续评价煤层参数。不仅可确定煤层顶底板岩石的强度参数，而且可以取得整个覆盖层参数资料。

关键词：地球物理测井曲线煤层评价中图分类号：TD1 文献标识码：B 文章编号：1673-1069（2008）11-0000-00 0 引言

地球物理测井探测和煤层评价，并不是一个概念。在欧洲，测井资料的早期应用之一就是用来划分煤层。先将供电电极置于测量电极之上测量一次，而后再将供电电极置于测量电极之下重复测量一次。该试验成功开创了物理测井的先河。长期以来，由于强调以煤作为主要能源，人们更关注发展和改善煤田测井技术及其解释原理，使之能完成：①在现场条件下评价煤层；②用测井确定岩石参数（例如弹性常数）。

1 煤的特性

从煤田地质角度看，就化学成分来说，煤的主要成分是纤维质、半纤维质和木质素，并含有少量的蛋白质、糖、戊糖、果胶、鞣酸和沥青。沥青的成分是脂肪、油类、黄蜡、树脂、硬脂酸精、孢份质、角质和软木质。煤的无机成分，一部分来源于植物，而其大部分却是由水或空气留带入沼泽的（泥、泥砂、砂粒）；或者它们是同生地或后生地从泥炭或煤的溶液里沉淀下来的（黄铁矿、石英、方解石、菱铁矿、白云石等）。煤化作用从泥炭开始到高变质的无烟煤结束。煤的各种参数值都随其炭化程度而变化。此外，还必须注意，不同国家对烟煤和无烟煤等各级别的分类标准不同。

2 利用测井资料评价煤层

煤具有特殊的测井响应特性，这些响应可以用来确定和评价煤层。煤所具有的特殊测井响应包括：①钻孔大小（井径），取决于钻探的型式和煤的类型，煤层可能被井液严重冲蚀或者非常接近于名义井径。有时，在煤层的底板处常常发生扩孔现象。②自然电位（SP曲线），有时，煤层的SP曲线特征与含碳氢化合物的砂岩储集层很相似，这可能是因为煤层具有某些渗透性的缘故。③自然放射性（伽玛能谱测井），通常，煤层的自然放射性很低。煤层中存在的粘土矿物，例如象很薄的粘土夹矸，会使所记录到的自然放射性增高。在局部地区和适当条件下，根据伽玛测井曲线可以经验地估计出煤的灰分含量。但是，如果煤层中含有大量且变化急剧的高岭土（它缺少放射性钾），则会使这种估计变得相当不可靠。在纯煤中钍（Th）的含量一般极低。利用能谱测井，可以探测出地下的放射性元素，例如U、Th 和K。将这些已很好建立起来的基本原理被推广应用于煤层分析（即估计灰分含量）、顶底板岩石的评价以及整个地质层段的详细的底层对比。④电阻率（深、浅探测电阻率测井），依于井内介质（空气、天然气、水）及煤层厚度（考虑到测井仪的垂向分辨率）的不同，可以采用几种电阻率（电导率）测井，包括感应测井，侧向测井、极板式测量装置或单电极测井。煤的电阻率很高。一般，煤的电阻率是煤的物理性质和岩相性质的函数，也是煤的矿物成分和烷化程度的函数。不同类型煤的电阻率值具有极大的变化范围（从10~106Ω。m）。已经成功地研究了煤层电阻率与灰分含量或挥发物之间的试验关系。显然，任何这样的试验关系仅在给定煤层的范围内才是正确的。⑤密度值（密度测井），对于鉴定和评价煤层，密度测井曲线是一条极好的曲线。一般，煤的密度变化范围为：无烟煤1.3~1.6g/cm3，烟煤1.2~1.5g/cm3，而褐煤1.2~1.5g/cm3。经验表明，在煤层中所测得的密度变化值，常可以用来估计真实的灰分含量，大量的研究提出，要想确立一个使用于全世界的密度测井资料与灰分含量之间的关系是不可能的，甚至对同一个地质地区也是不可能的。这一点可由以下事实得到解释：作为密度函数的灰分含量，要受各种因素影响。其中，包括与煤伴生的各种矿物成分的类型和含量、水分含量、煤的显微组分以及煤化程度等。⑥声波特性（声波测井如象普通声波测井、井壁声波测井以及变密度图像声波测井），煤的声波时差值（Δt）很高，其具体数值取决于煤质和煤的变质程度。如褐煤的Δt值：a褐煤层：Δt煤≈140~170μs/m，b烟煤：Δt≈100~150μs/m，c无烟煤的Δt值小于烟煤。

此外，与页岩相似，已观察到煤的Δt值随压实程度的增高而减小。在一些煤田上发现，深度每增加100m，Δt值将减小0.5μs/m。如上所述，多年来业已研究出许多在当地相当成功的实验室测量结果与特定测井响应之间的实验关系的实例。本文所述的取自浑江煤田的3个野外实例都使用了普通密度测井、声波测井、电阻率测井、中子测井、自然伽玛测井和井径测量。数字测井分析是根据蒙特公司煤评价程序中的几个悬着模型进行。根据现有的测井系列来选择解释模型，测井系列主要选用密度测井—声波测井、密度测井—中子测井、密度测井—电阻率测井，以及岩性—孔隙度交会图（“M—N”交会图研究）。这种交会图同时包括了二维和三维交会图的基本原理。通常，根据单条测井曲线或几条测井曲线的组合，可以可靠地确定煤层的厚度。计算机能够选择出各测井曲线的偏移重点或拐点，建立特殊的测井响应“快”，只要测井分析者认为需要，就可以提供这样的处理。正确地应用交会图技术，有助于表现出岩性和煤层的特性，例如含碳量，灰分和水分。在数学上，联立求解适当的线性方程便能求得这些参数。另外，如果测井分析者想在屑碎沉积层序（即砂岩和页岩层序）中寻找煤层或褐煤层时，可以预先规定各测井响应的截止限度。这样，超过此限度的地层即可直接通过，而在其他情况下，图示结果便是标准的计算机综合显示的测井分析成果。

3 岩石的弹性常数

利用动态弹性形变模量（EMD）来描述地层的强度，这种模量可以根据声波测井和密度测井的组合计算出来。但是，经验表明，EMD 参数并不是在一切情况下都能确定出地层的强度特性，不过，它能给出地层强度的上限。更近一些，已经确立了杨氏模量、体积模量、切变模量和泊松比的数学关系与测井得到的①底层密度和②声波资料象纵波传播时间和横波传播时间之间的关系。在现场条件下，这些弹性模量可以沿整个钻孔求出。关于煤层、顶底板岩层和覆盖层岩性变化的这种资料，以数字形式和曲线图形式给出，它们对矿山设计和开采有巨大的帮助。通过实验室岩芯分析结果与响应测井所得参数的资料对比，能较好确定临界系数，能更好解释煤层。

4 结论