煤层气常规测井技术与应用

1/ Ct - 1/ Ca 1/ Cw - 1/ Cmf 式中 : Ct 、 Ca — — — 深浅侧向电导率 ; = 1/ R t - 1/ R a 1/ Rw - 1/ Rmf
1/ mf 1/ mf
( 11)
利用测井方法可以计算出该区未知等温吸附常 数的吸附等温线 。将上述方法计算的煤层工业分析 数据代入公式 ( 9 - 10) 中 , 从而得出该井储层的 兰氏体积和兰氏压力 : VL = 40174 , PL = 2104 。根 据公式 ( 8) 计算出不同压力对应的含气量 , 得到 等温吸附曲线 , 如图 1 所示 。 ( 2) 利用煤层气背景值求含气量 。 煤层的含气量的测井解释可通过煤层气背景值 和测量值解释 。用密度 、中子 、声波等的测井响应 体积模型分别建立含气和不含气方程 , 综合导出含 气百分比 , 可估算出煤层气含量 。也可在确定灰 分 、含碳量等参数后 , 估算含气量 [5 ] 。
煤层气常规测井技术与应用
刘丽民 魏庆喜 徐仁桂
( 河南理工大学 , 河南焦作 454000)
摘 要 : 本文主要论述了煤层气裸眼井的标准测井和综合测井技术及其在煤层气勘探开发中的应 用 。分析了利用测井资料对煤层 、煤层气层 、含气量 、渗透性 、孔隙度 、地应力 、泥质含量及有 关岩石力学参数解释的方法原理 , 并通过具体实例对部分参数的测井解释方法进行了分析 。 关键词 : 煤层气 测井技术 标准测井 综合测井
1 引言
测井是通过测井曲线反映地层岩性 , 解决地质 问题的一种方法 , 在煤层气的勘探开发过程中起着 重要作用 。通过一系列的测井曲线可以确定煤层的 位置和厚度 , 估算煤层的孔隙度 、渗透率 、含气 量 , 确定煤层的灰分 、挥发分和发热量等 。煤层气 裸眼井测井技术可分为标准测井和综合测井两种 。 标准测井包括自然电位 、自然伽马 、双侧向和双井 径测井 。综合测井包括双侧向 、微球形聚焦 、补偿 密度 、补偿中子 、补偿声波 、声波全波列 、井温 、 双井径 、地层倾角以及自然电位和自然伽马测井 。 标准测井技术主要用于判断地层和岩性 。综合测井
其中 : ρ A ad = 401065 v - 481059 , R2 = 019763
FC = - 110989 A ad + 941051 , R2 = 11000 V dad = - 010114 A ad + 111966 , R2 = 019988 Vw = 011101 A ad + 417589 , R2 = 11000
2 13 煤层气储层参数的测井解释
及灰分与固定碳和挥发分的相关关系 , 然后将密度 测井读数代入灰分与固定碳 、挥发分的相关关系如 公式 ( 1) 、 ( 2) 、 ( 3) 所示 , 即可求出工业分析的 各项数据 [2 - 4 ] 。 固定碳与灰分关系式 : FC = A 1 - B 1 A ad 挥发分与灰分关系式 : V dad = A 2 + B 2 A ad 水分与灰分关系式 : Vw = A 3 + B 3 A ad 式中 : FC — — — 固定碳 ;
体积密度
( g/ cm ) 1171 1154 1177 1137 1169 1160
3
灰分
( %) 20196 13145 24117 7161 18191 15155
水分 固定碳 挥发分
( %) 0196 1104 0192 1111 0198 1102 ( %) 71102 79127 67149 85169 73127 76196 ( %) 7107 6124 7142 5160 6184 6147
( 4) ( 5) ( 6) ( 7)
通过测井资料可以对煤层的含气量 、孔隙度 、 渗透率 、地应力 、煤层的工业分析 ( 灰分 、水分 、 挥发分和固定碳) 以及煤层的岩石力学参数 ( 泊松 比 σ、杨氏模量 E 、切变模量 μ、体积模量 κ、拉 ) 作出解释 。 梅常数 λ
21311 工业分析的测井解释
作者简介 刘丽民 , 女 , 河北承德人 , 硕士研究生 , 从事瓦斯地质与煤层气勘探开发研究 。
第 1 期 煤层气常规测井技术与应用
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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 。 2 12 煤层气层的识别 煤层气层可通过以下方法来识别 : ( 1) 直接识别法 。在测井曲线上煤层气层具有 高电阻率 , 高声波时差 , 低自然伽马 , 低体积密度 的测井响应特点 。利用测井资料对煤层气层的识别 方法 : 首先利用双侧向测井 , 一般在没有渗透层的 地方 , 深 、浅侧向测井曲线基本重合 , 当浅侧向测 井的曲线明显高于深侧向测井曲线时 , 则说明此处 可能含气 。此时看声波时差与密度测井曲线 , 若声 波时差增大而体积密度变小 , 则可判断该层含气 。 若对应的自然伽马和自然电位测井曲线变低 , 则可 判断此层为煤层气储层 。 (2) 三孔隙度分析法 [1 ] 。若声波时差孔隙度 值 、密度测井孔隙度值和中子测井孔隙度值大于煤 层气储层孔隙度背景值 , 则说明目的层为煤层气储 层。 上述两种煤层气层的识别方法中直接识别法 , 只是定性的判断 , 三孔隙度法中的煤层气储层孔隙 度背景值不容易求得 。 此外还可以用空间模量差比法和电阻率比值法 来识别煤层气层 , 但这两种方法同样存在有些参数 不易求得的缺点 。为了有效识别煤层气储层 , 可综 合利用上述不同方法进行煤层气储层识别 , 以克服 不同方法各自的缺点 , 提高煤层气储层测井解释的 精度 。
lg pL = - 010213 ( vm + vcf ) + 21069 ( 10)
孔隙度是评价煤层气储层的关键参数之一 。由 于孔隙中充填有气 、水及其混合物 , 它们的电阻率 比原状煤层电阻率大 , 因此可通过双侧向测井 、电 阻率测井和密度测井计算孔隙度 。煤层孔隙度的计 算一般是指计算其裂缝孔隙度 。将煤层近似看成 碳 、灰和孔隙三部分组成 , 则裂隙孔隙度可由下式 计算 : φ f =
V dad — — — 挥发分 ; Vw — — — 水分 ; A ad — — — 灰分 ;
( 1) ( 2) ( 3)
A1 、A2 、A3 、B1 、B2 、B3 — — — 常数 , 不同地
区的具体值不同 。
表1 沁水盆地某煤层气井工业分析测井解释 井段
( m) 67812 - 67818 69811 - 69819 71713 - 71812 72314 - 72810 74517 - 74613 77516 - 77610
Cw 、 Cmf — — — 地层水和泥浆液的电导率 ; R t 、 R a — — — 深 、浅侧向电阻率值 ; Rw 、 Rmf — — — 地层水和泥浆液的电阻率值 ; mf — — — 裂缝孔隙的胶结指数 ; φ — — 裂缝孔隙度 。 f — 当地层水电阻率与泥浆滤液电阻率相比较大 时 , 上式又可写成 : 1/ mf φ ( 12) f = [ R mf ( 1/ R a - 1/ R t ) ] 当地层水电阻率与泥浆滤液电阻率相比较小 时 , 上式又可写成 : 1/ mf φ ( 13) f = [ Rw ( 1/ R t - 1/ R a ) ] 此外 , 还可以利用中子 、密度和声波三孔隙度 测井定性判断煤层气的孔隙度 。煤层的总孔隙度越 大 , 密度值就越小 , 密度测井和声波时差测井值就 越大 [ 6 ] 。 ( 2) 渗透率的测井解释 煤层渗透率的高低取决于其总孔隙度 ( 即割 理 、外生裂隙和微孔隙) 的发育程度 。根据自然伽 ρ 马 N GR 、自然电位 V S P 、双侧向测井 ( LLD , ρ LLS ) 以及井径测井等测井曲线在渗透层和非渗透层上的 一般变化规律 , 可知 : N GR 在渗透层上表现为低 ρLLD 值 ; V S P在渗透层上表现为绝对值高值 ; ( ρLLS ) 曲线在渗透层上为有幅度差 ; 井径测井表现 为缩径 。从而根据综合测井曲线可定性判断煤层的 渗透性 。 21314 地应力的测井解释 用测井资料来确定地层压力是通过有效应力的 概念来研究流体压力和地层压力 。该过程一般在考
源自文库
Conventional CBM Logging Technologies and Their Applications
Liu Limin , Wei Qingxi and Xu Rengui ( Henan Polytechnic University , Henan 454000) Abstract : The paper mainly describes the standard and comprehensive technologies for logging CBM open holes and their applications in exploration and development of CBM. The paper also analyzes methods and principles of using logging information to interpret coal seams , CBM seams , gas content , permeability , porosi2 ty , ground stress , argillaceous content and the relevant rock mechanics parameters. A part of parameters of some specific cases are analyzed by logging interpretation methods. Keywords : CBM ; logging technology ; standard logging ; comprehensive logging technology
技术主要用于对煤层气储层的各类参数进行解释 。
2 测井解释在煤层气中的应用
2 11 煤层的识别
在测井曲线上根据 “三高三低”的测井响应很 容易识别煤层 。煤层相对围岩具有高电阻率 、高声 波时差 , 高中子 、低体积密度 、低自然伽马 、低自 然电位的测井相应特征 。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 ,
第 5 卷 第 1 期 中国煤层气 Vol15 No11 2008 年 1 月 CHINA COALBED METHANE Jan12008
( 8)
式中 : V g — — — 煤层含气量 , m / t ; vL — — — 吸附到达饱和时所吸附的气量 , 又称 兰氏体积 , m3 / t ; pL — — — 吸附量达到饱和吸附量一半时的压
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中 国 煤 层 气 第1期
力 , 又称兰氏压力 , MPa ; p — — — 压力 , MPa 。 从上式可知 , 只要知道 vL 和 pL 值即可求出煤 样的吸附等温线 , 从而可利用吸附等温线求不同压 力下的含气量 。 将等温线的两个常数与工业分析资料进行相关 分析 。通过分析表明 , lg vL 与 lg ( vfc / vm) 、lg pL 与 ( vm + vfc ) 可燃质 ( 呈线性相关趋势 。所以 , 只要 知道工业分析的 vfc ( 固定碳的相对体积 ) 和 vm ( 挥发分的相对体积 ) , 就能求出 vL 和 pL , 进而利 用兰氏方程就能计算出吸附等温线 , 而工业分析值 由前述方法可求出 , 因此利用测井方法可以计算吸 附等温线 , 进而计算含气量 。 如由已知的沁水盆地某煤层气井的兰氏体积和 兰氏压力及工业分析资料进行相关分析得 : ( 9) lg vL = 019571lg ( vcf / vm) + 015921
水分 、挥发分和固定碳都与灰分线性相关 , 除 水分与灰分的线性相关较差外 , 挥发分和固定碳与 灰分的线性相关都很好 。 通过实验室测试得知 , 煤的真密度 ( TRD) 与 灰分有很好的线性相关关系 , 因此可以利用密度测 井求得煤层的灰分 。即首先在一定实验室测试样品 的基础上得出该地区测井密度与灰分的相关关系以
式中 : ρ — — 体积密度 。 v—
21312 含气量的测井解释
利用测井资料对煤层含气量的测井解释方法主 要有两种 , 即利用吸附等温线和煤层气层背景值法 求煤层含气量 。 ( 1) 利用吸附等温线求煤层含气量 。 吸附等温线是指一定温度下 , 煤对甲烷的吸附 量和压力的关系曲线图 。
V g = vL p ( p + pL )