煤层气测井解释方法研究

山西煤层气测井解释方法研究

一煤层电性响应特征

煤层是一种特殊沉积岩，煤层在煤热演化过程中主要产生的副产品是甲烷和少量水，而煤的颗粒细表面积大，每吨煤在0.929×108m2以上，因此煤层具有强吸附能力，所以煤层的甲烷气含量和含氢指数很高。由于煤层的上述特性，反映在电性曲线上的特征是“三高三低”。

三高是：电阻率高、声波时差大、中子测井值高（图1）。

三低是：自然伽马低、体积密度低、光电有效截面低。

根据多井资料统计，煤层的双侧向电阻率变化一般100—7000Ω·m，变质程度差的煤层电阻率一般30—350Ω·m。

测井曲线反映煤层的声波时差一般370—410μs/m；中子值30%—55%；自然伽马一般20—80API；密度测井值1.28—1.7g/cm3；光电有效截面0.35—1.5b/e之间。

不同类型的煤，在电性上的响应有较大的变化。表1中列出了几种煤类与测井信息的响应值。

表1 不同煤类骨架测井响应值

图1 晋1-1井煤层电性典型曲线图

二煤层工业参数解释

煤的重要参数有：煤层有效厚度、镜质反射率、含气量、固定碳、水分、灰分、挥发分等，这些参数是研究煤层组分，评价煤层气的地质勘探、工业分析及经济效果的依据。上述参数一般由钻井取芯后对煤层岩心进行实验测定得出。

1、煤层厚度划分

煤层有效厚度根据电性曲线对煤层的响应特征，以自然伽马和密度或声波时差曲线的半幅度进行划分（见图1），起划厚度为0.6m。2、含气量计算

煤层含气量与煤层的厚度、煤的热演化程度、煤层深度、温度和压力等参数有密切的关系，由于煤的内表面积大，储气能力高，据国外资料统计，煤层比相同体积的常规砂岩多储1～2倍以上的天然气，相当于孔隙度为30%的砂岩含水饱和度为零时的储气能力。据此应用气体状态方程和煤层密度计算含气量：

P1V1＝RT1（1）

P2V2＝RT2 （2）

则V1＝T1·P2·V2/ P1T2（3）

式中：P1——地面压力，0.1M Pa；

V1——地面气体体积，m3；

T1——地面绝对温度，273.15℃+15℃；

P2——地下深度压力，M Pa；

V2——煤孔隙度按30%计算的体积，0.3m3/m3；

T2——地下深度的绝对温度，273.15℃+T℃；

R——气体常数。

地层温度由井温曲线读出或由地区性地温梯度计算得到。

煤层含气量：

C＝V1/DEN （4）式中： DEN——煤体积密度，t/m3：

C——煤层含气量，m3/t。

利用上式对晋试1井煤层的含气量进行计算，其中三号煤层计算平均含气量21.71m3/t，该层有六块岩心实验测定含气量在12.1—27.2m3/t，平均为22.07 m3/t，数据对比反映出计算值误差较小。3、固定碳、水分、灰分、挥发分计算

固定碳、水分、灰分、挥发分通常在实验室测定。煤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，测定值称为空气干燥基水分（M ad），简称水分。

煤灰分（Aad）是指煤中所有可燃物全部燃烧，煤中的矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应剩下的残渣。

挥发分（Vdaf）是指在煤高温条件下隔绝空气加热，冷却后煤质量减少的百分含量减去该煤样水分即为挥发分产率，简称挥发分。

固定碳（Fc）是煤的百分含量100%减去水分、灰分、挥发分后的

值。

固定碳、水分、灰分、挥发分相互间有较好的关系。图2是灰分与固定碳、挥发分、水分的关系图，图中数据显示，随着灰分增加，固定碳急剧降低，挥发发缓慢增大，而水分由于含量较低变化趋势近似于一条水平线。根据图中数据间的变化规律可建立以下关系式：固定碳与灰分关系式 Fc＝-1.1222Aad+93.794 （5）挥发分与灰分关系式 Vdaf＝0.1532Aad+4.2868 （6）水分与灰分关系式 Mad＝-0.02Aad+2.2481 （7）

图2 煤层工业组分关系图

煤组分测井解释是采用交会图方法，图3是根据煤的固定碳、水分、灰分三种组分实验值与声波、密度平均响应值的关系图版，图中

三种组分形成的三角形经等分后可以计算出煤的固定碳、水分和灰分的百分含量。

由图中煤层数据分析，煤质好的层固定碳含量高，水分、灰分含量低；媒质差的层灰分含量相对高。

图3 煤组分声波—密度交会图

三煤层物性参数解释

煤层的裂缝较发育，主要有天然方块网状割理缝和构造缝，因此孔隙类型属裂缝—孔隙双重孔隙结构。煤的基质是主要的储气空间，一般煤的基质孔隙度和渗透率很低，气吸附在微孔隙内表面上，在浓

度差的作用下，穿过基质扩散到裂缝中，裂缝的渗透率相对较高，因此裂缝是气渗流的主要通道。

由于煤层的各向异性和强非均质性，煤层的物性参数一般采用岩心物性分析测定或由核磁测井测量来确定煤层孔隙度和渗透率。当无岩心物性分析资料及核磁测井时，采用常规测井信息中的声波时差、体积密度、补偿中子来计算煤层的物性参数。

1、煤层孔隙度计算

煤层基质孔隙度计算采用声波时差的平均时间公式：

Φ＝（Δt－Δtma）/（Δtf－Δtma）（8）

式中Φ——煤层孔隙度，小数；

Δt——煤层声波测井值，μs/m；

Δtma——岩石骨架声波时差，380～410μs/m；

Δtf——流体声波时差，620μs/m。

煤层裂缝孔隙度采用双侧向电阻率计算：

Φf＝（Rmf（1/Rs－1/Rd））1/mf（9）

式中Φf——煤层裂缝孔隙度，小数；

Rmf——钻井泥浆滤液电阻率，0.1Ω·m；

mf——裂缝指数，1.1-1.5；

Rd——深侧向电阻率，Ω·m；

Rs——浅侧向电阻率，Ω·m。