煤层含气量主控因素分析和预测方法研究

“四高”（视电阻率高、声波时差 高 、补偿中子高、井径扩大） 煤 层 气 测 井 响 应 特 征 研 究
一般情况下“四高四低”的特 征
“四低”（自然伽马低、自然电 位低、补偿密度低、光电俘获 截面指数低）
注意： （1）自然伽马和粘土矿物质有关，即煤中灰分和自然 伽马有较好的相关性； （2）自然电位和泥浆类型、煤层组分、地层水性质、 煤层厚度有关； （3）电阻率和变质程度有关，褐煤相对无烟煤电阻率 较高； 因此，低密度、高中子、高时差识别煤层效果最好。
2 有效厚度 3 煤的变质程度 4 煤层温度 5 地层压力 6 煤质 7 水文地质条件 8 区域构造 9 盖层封堵能力 10岩浆活动作用
煤层含气量影响因素及其含气量分布特征
影响因素 1 有效埋藏深度 煤层含气量分布特征 在一定深度范围内，煤层埋藏深度增加，煤化程度加深，煤的生烃量增加，且煤层 气的保存能力增强，含气量也随之增加，但到一定深度时，随着深度增加，煤层含 气量的增加变得缓慢或者下降。 一般煤层厚度越大，煤层生气量越多，煤层气含量越高，反之则越低。 一般情况下，随煤变质程度的增高，煤层气生成量增加，煤层气含量也增加。，即 随着煤层镜煤最大反射率的升高含气量逐渐增加。 一般情况下，底层温度升高，吸附态气体相对减少，煤层含气量降低。 通常情况下，随着压力的增大，吸附气含量整体表现为增加趋势，即煤层气含量与 压力呈正相关关系。 煤层中随着水分和灰分含量的增加，煤层吸附能力越弱，即煤层中有机物含量增加， 煤层含气量也增加。 当为水力运移逸散作用时，导致煤层气运移、逸散，煤层气含量小；当为水力封闭 和水力封堵作用时，有利于煤层气保存、富集，此时煤层气含量大。
但须考虑井径影响） 中子孔隙度测井（确定煤层的埋深及厚度，定性地判断煤质，也须考 虑井径影响） 声波时差测井（划分煤层时，井径的影响，结合井径及自然伽马等曲
线，把煤层和泥岩区分开）
地层倾角测井（地层沉积相与构造研究） 声波全波列测井（计算机械力学参数） 成像测井（裂缝研究） 声波变密度测井（固井质量检查）
在人工智能算法方面，由于含气量受到影响因素复杂，不少学者提出采 用非线性人工智能算法的方法进行预测。通过各种测井资料，神经网络（侯 俊胜，王颖，1999；吴东平， 吴春萍，谭世君，2000；刘之的，杨秀春， 张继坤，2014）、支持向量机（连承波,赵永军,李汉林,等，2008）、灰色预 测（田敏，2008；王盼盼，秦勇，高弟，2012）等方法在各地煤层含气量 预测中取得了一定的成效。 此外，中石油勘探开发研究院谭廷栋提出了一种利用煤层气层背景值和
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第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 第六部分 煤层含气量的研究目的和意义 煤层含气量国内外研究现状 测井系列优选和测井响应特征研究 煤层含气量的主控因素分析 煤层含气量预测方法及其优劣性比较 煤层含气量评价存在的问题以及改进方法
二 国内外研究现状
煤层含气量是指在标准状态下，单位质量煤中所含气体的体积。煤层含 气量是反映了煤层的含气性，煤层含气量是决定煤层气开发效果的重要参 数，准确确定煤层含气量是煤层气勘探开发研究的一个关键问题。然而煤 层含气量是多种地质因素共同作用的结果，且不同地区的主导因素可能不 同，这些都增加了煤层含气量预测的复杂性。通常煤层气的测定方法包括 有集气法、USBM 法、地勘法、自然解吸法、压力取心解析法等直接方法，
弥补取心、试井及煤心分析这些方面的不足，使煤层气测井评价技Hale Waihona Puke Baidu的研究具
有十分重要的意义和非常广阔的应用前景。因此，如何合理选取煤层含气量预 测方法就显得极为重要。据此本人对煤层含气量的影响因素和预测方法进行大 量调研，并做了归纳和整理，同时将各类预测方法优越性进行比较，并指出了 煤层气含量测井评价存在的问题和改进方法。
[8]王安龙,孙小琴,谢学恒,等.利用测井资料计算煤层含气量及工业组分方法研究[J]. 油气藏评价与开发,2011,1(2):70-73
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第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 第六部分 煤层含气量的研究目的和意义 煤层含气量国内外研究现状 测井系列优选和测井响应特征研究 煤层含气量的主控因素分析 煤层含气量预测方法及其优劣性比较 煤层含气量评价存在的问题以及改进方法
一 研究目的和意义
煤层气是近年来重点开发的非常规气藏能源，煤层含气量不仅是评价煤层
气储层的重要参数，也是煤矿生产的重要灾害因素之一。它关系到煤层气井单
井产气量预测、决定着煤层气资源前景以及能否进行商业化勘探开发。煤层含 气量是煤层气勘探开发、选区评价、安全生产和储层研究必不可少的重要资料。 目前评价煤层气含量的地球物理方法很多，其中煤层气测井技术被认为是 最具前途的一种手段，一旦用煤心数据标定了测井记录数据，就可以使用测井 数据评价煤层气含气量。测井解释快速直观、分辨率高、费用低廉等特点，可
在等温吸附线方程方面，Kim A.G （1977）利用测井资料计算了煤质工业 组分，再拟合出工业组分中固定碳与挥发分的含量比值与等温吸附方程中压 力和温度的乘法系数之间的关系，从而利用等温吸附方程间接预测煤层含气 量 。Hawkins J.M（1992）等人在 Kim 方程基础上发展了兰氏煤阶方程，该 方法将兰氏常数与煤质工业组分参数结合起来，通过固定碳与挥发分的含量 比值计算兰氏体积和兰氏压力，从而使计算结果更为准确。潘和平等也在兰 氏方程基础上，提出了一种拟合方程预测煤层含气量的方法（潘和平，刘国 强1996）。煤炭科学研究总院（张群，等，2008）推导出新的煤吸附甲烷的 温度-压力综合吸附模型,给出了模型中特征常数的求取方法，并指出该方法比 兰格缪尔等温吸附模型的功能更强，适用范围更宽。
测量值的差比法计算煤层气含量的新方法。
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第一部分 煤层含气量的研究目的和意义
第二部分
第三部分 第四部分 第五部分 第六部分
煤层含气量国内外研究现状
测井系列优选和测井响应特征研究 煤层含气量的主控因素分析 煤层含气量预测方法及其优劣性比较 煤层含气量评价存在的问题以及改进方法
三 测井系列优选和测井响应特征研究
影响因素 1 有效埋藏深度
2 有效厚度 3 煤的变质程度 4 煤层温度 5 地层压力 6 煤质 7 水文地质条件 8 区域构造 9 盖层封堵能力 10岩浆活动作用
煤层含气量影响因素及其含气量分布特征
影响因素 1 有效埋藏深度 煤层含气量分布特征 在一定深度范围内，煤层埋藏深度增加，煤化程度加深，煤的生烃量增加，且煤层 气的保存能力增强，含气量也随之增加，但到一定深度时，随着深度增加，煤层含 气量的增加变得缓慢或者下降。 一般煤层厚度越大，煤层生气量越多，煤层气含量越高，反之则越低。 一般情况下，随煤变质程度的增高，煤层气生成量增加，煤层气含量也增加。，即 随着煤层镜煤最大反射率的升高含气量逐渐增加。 一般情况下，底层温度升高，吸附态气体相对减少，煤层含气量降低。 通常情况下，随着压力的增大，吸附气含量整体表现为增加趋势，即煤层气含量与 压力呈正相关关系。 煤层中随着水分和灰分含量的增加，煤层吸附能力越弱，即煤层中有机物含量增加， 煤层含气量也增加。 当为水力运移逸散作用时，导致煤层气运移、逸散，煤层气含量小；当为水力封闭 和水力封堵作用时，有利于煤层气保存、富集，此时煤层气含量大。 一般来讲，压性构造对煤层气有聚集作用，此时煤层气含量会较大，张性构造对煤 层气的保存不利，地堑型构造比地垒型构造煤层气保存好。 图2 某区2 号煤层厚度与含气量关系图 盖层有效性的影响因素包括: 岩性、可塑性、厚度、埋深和横向连续性。 杨起等人通过华北和美国煤层气地质条件的对比，基于华北煤变质特点，认为区域 岩浆热变质有利于提高煤层含气量。
和等温吸附线计算的间接方法（张慧2007）。 因此，利用测井资料预测煤层含气量应考虑煤层含气量的影响因素，借
鉴各种实验测定方法有关要素进行关联计算。目前主要有包括基于体积密度、 灰分含量或其它参数的线性回归预测方法、基于等温吸附线方程的间接预测
方法以及人工智能算法预测方法。
在线性回归预测含气量方面，哈里伯顿测井公司的 Mullen M.J. 1989 提
出了利用测井密度预测该区其它井的煤层气含量的方法。Mavor M.J（ 1994 ）
等人利用灰分密度、煤密度、测井体积密度的差比值法推导得到灰分含量， 再利用灰分含量通过线性回归预测得到煤层含气量值。潘和平等人（ 1998 ） 通发现煤层含气量与煤层温度、压力及碳分、灰分含量具有密切关系，从而 建立了煤层含气量的多元线性回归预测方法。印度石油天然气公司的 Bhanja A.K.和 Srivastava O.P.（ 2008 ）通过研究印度 烟煤区和 褐煤区的煤层气含 量与测井参数的相关关系，构建了一个复合参数 C t， / b GR Pe 煤层含气量与该参数成正比关系。 指出
自然电位测井（电极电流、岩性、地层水电阻率以及泥浆电阻率） 双感应-八侧向测井（只能用于低阻煤层） 双侧向-微球聚焦测井（适合在高阻煤层）
煤 层 气 测 井 系 列 优 选
微电极测井（可以定性判断煤层的渗透性，注意井眼是否规则，各井 泥浆性能是否一致）
补偿密度测井（确定煤层的埋深及厚度、评价煤质及确定煤层中的夹矸，
煤层含气量分布特征 在一定深度范围内，煤层埋藏深度增加，煤化程度加深，煤的生烃量增加，且煤层 气的保存能力增强，含气量也随之增加，但到一定深度时，随着深度增加，煤层含 气量的增加变得缓慢或者下降。 一般煤层厚度越大，煤层生气量越多，煤层气含量越高，反之则越低。 一般情况下，随煤变质程度的增高，煤层气生成量增加，煤层气含量也增加。，即 随着煤层镜煤最大反射率的升高含气量逐渐增加。 一般情况下，底层温度升高，吸附态气体相对减少，煤层含气量降低。 通常情况下，随着压力的增大，吸附气含量整体表现为增加趋势，即煤层气含量与 压力呈正相关关系。 煤层中随着水分和灰分含量的增加，煤层吸附能力越弱，即煤层中有机物含量增加， 煤层含气量也增加。 当为水力运移逸散作用时，导致煤层气运移、逸散，煤层气含量小；当为水力封闭 和水力封堵作用时，有利于煤层气保存、富集，此时煤层气含量大。 一般来讲，压性构造对煤层气有聚集作用，此时煤层气含量会较大，张性构造对煤 层气的保存不利，地堑型构造比地垒型构造煤层气保存好。 图1 某区2 号煤层埋深与含气量关系图 盖层有效性的影响因素包括: 岩性、可塑性、厚度、埋深和横向连续性。 杨起等人通过华北和美国煤层气地质条件的对比，基于华北煤变质特点，认为区域 岩浆热变质有利于提高煤层含气量。
煤层含气量主控因素分析和 预测方法研究
（阶段汇报）
2014年9月19日
主要参考文献：
[1] 连承波,赵永军,渠芳,等.影响煤层含气量地质因素的定量分析[J].特种油气 藏,2008,15(3):34-36 [2] 曹军涛,赵军龙,王轶平,等.煤层气含量影响因素及预测方法[J].西安石油大学学 报(自然科学版),2013,28(4):28-31 [3] 王志文.煤层含气量测井评价技术[J].吉林大学,2009,33-53 [4]王熊,侯庆宇,王洪亮,等.煤层含气量的测井评价新方法[J].国外测井技 术,2013,3,16-18 [5]潘和平,黄智辉.煤层含气量测井解释方法探讨[J]. COAL GEOLOGY &EXPLORATION,1998,2,58-60 [6]张意,范晓敏,徐军.利用测井资料评价煤层气含量[J].吉林大学学报(地球科学 版),2010,40,93-95 [7]杨东根,范宜仁,邓少贵,等.利用测井资料评价煤层煤质及含气量的方法研究—— —以和顺地区为例[J].勘探地球物理进展,2010,33(4):262-264
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第一部分 煤层含气量的研究目的和意义
第二部分
第三部分 第四部分 第五部分 第六部分
煤层含气量国内外研究现状
测井系列优选和测井响应特征研究 煤层含气量的主控因素分析 煤层含气量预测方法及其优劣性比较 煤层含气量评价存在的问题以及改进方法
四
煤层气含量主控因素分析
煤层含气量影响因素及其含气量分布特征