题目煤层气的测井评制作人：刘博彪成杰朱博文崔莎莎周道琛万程贾凡解冲雷前言 (1)0.1研究目的及意义 (1)0.2煤层气测井的研究现状 (2)第一章煤层气及储层的基本特征 (4)1.1 煤层气的储层特征 (4)1. 2煤层气的赋存状态 (5)第二章煤层气的测井解释 (6)2.1 煤储层的测井响应 (6)2.1.1煤层气的电性特性 (6)2.2.2 煤层气的测井相应特征 (6)2.2储层参数的测井评价方法 (7)2.2.1煤层的深度和厚度 (7)2.2.2煤的工业分析参数 (8)2.2.3煤层含气量 (8)2.2.4渗透率和裂缝孔隙率 (8)2.2.5岩石力学性质 (8)2.3 实例分析 (9)2.3.1 煤层与围岩的识别 (9)2.3.2 煤的工业分析 (9)2.3.3 含气量 (12)2.3.4 渗透性的测井评价 (14)2.3.5 资料的处理 (15)第三章结论及建议 (17)3.1 本文得出的结论 (17)3.2 煤层气测井技术存在的煤层问题与建议 (17)参考文献 (18)前言0.1研究目的及意义煤层气俗称煤层甲烷或煤层瓦斯，是有机质在煤化作用过程中生成的、主要以吸附状态赋存于煤层及其围岩中的可燃气体，其主要成分是甲烷，其次为二氧化碳、氮气等。

煤层气是一种自生自储式的天然气资源，与石油及常规天然气藏有所区别，故称为非常规天然气。

在过去的几十年里，作为一种新型绿色能源，煤层气资源受到世界各国的重视，许多国家相继加大了对煤层气资源的勘探开发力度。

美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯及英国等国家是较早的将煤层气作为天然气能源进行开发和利用的国家。

其中，美国是世界上开采煤层气最早、煤层气商业性开发最为成功、也是产量最高的国家。

我国煤层气资源丰富，分布广泛，图1-1为我国主要含气区煤层气资源分布情况。

但是，由于我国煤层气勘探开发尚处于起步阶段，煤层气勘探程度普遍偏低。

煤岩的组成组分较为复杂，且各组分含量变化较大，被认为是最复杂的岩石，加之其基质孔隙-裂缝的双重孔隙系统，共同导致煤层具有很强的非均质性，这给测井解释带来了更大的多解性和不确定性。

测井方法被广泛应用于煤层气勘探开发过程，主要用于划分煤体宏观结构层深度、厚度及夹研层等)，进行煤质分析，确定煤体的物理参数(孔隙度、渗透率、地层孔隙压力及温度等)，以及结合室内煤心分析化验资料计算煤层含气量等。

目前，我国煤层气测井评价水平整体较低，加强对煤层气储层测井评价的基础研究工作，提高煤层气储层测井解释精度，对我国煤层气资源的开发和利用具有重要意义0.2煤层气测井的研究现状(1)煤层气测井数据采集方面。

目前，我国尚没有专门针对煤层气储层评价的测井方法和仪器设备，基本还是使用常规油气藏测井技术。

常用的测井方法包括自然伽马、井径、井温、补偿密度、补偿中子、声波时差、深浅侧向以及微球形聚焦电阻率测井等。

(2)煤层识别方面。

煤层的划分是煤层气储层评价的前提，通常使用体积密度测井划分煤层厚度。

侯俊生(1996, 2000)等提出利用自组织神经网络、BP神经网络、模糊判别分析等方法，综合利用多条测井曲线，实现煤层气储层自动识别和划分。

乌洪翠(2008)等[2]借鉴CRA程序思想，利用中子一密度交会三角形实现了煤系地层的自动划分。

潘和平(1993)等[[3]将常规天然气储层识别方法应用于煤层气储层，包括电阻率比值法、孔隙差异法、空间模量差比法以及声波差值法等方法。

(3)煤质分析方面。

煤的工业分析组分包含灰分、固定碳、挥发份和水分四部分，通常是在实验室测试获得。

测井方法引入煤炭及煤层气资源的勘探开发过程中后，人们开始使用测井资料评价煤质。

早在上世纪八十年代末，哈里伯顿公司的M.J.Mullen在对美国新墨西哥州和科罗拉多州圣胡安盆地煤层气资源进行勘探过程中，就研究过煤心实验分析资料与测井响应资料的相关关系，并建立了地区性的评价煤质及煤层含气量的测井解释模型，取得了较好的应用效果。

九十年代初，斯伦贝谢公司的U.Ahmed等人又提出将地球化学测井应用于煤层煤质及含气量的评价，从而提高了测井解释煤质组分含量的精度。

在煤质分析方面，国内的学者也做了大量尝试，高绪晨等(2003)详细分析了煤层体积组分模型，并提出各组分测井响应参数的获取方法;孙耀庭等（2005）利用煤层刻度测井计算灰分含量，建立了煤岩实测灰分含量与测井参数的经验关系;胡素华等（2008)提出分别针对煤系地层及非煤系地层的体积模型;董红等(2001)采用统计分析法(多元线性回归)建立辽河油田东部凹陷煤层煤组分、煤阶测井解释模型;孙新华(1991)提出基于电阻率测井、密度测井以及物质平衡方程的CW A法计算煤质参数，并将最优化测井解释方法引入到煤质评价中;满建康（2008）、吴东平（2000）、侯俊胜等(1999)分别采用模糊数学、人工神经网络技术等现代非线性方法进行煤质评价，避免了选取煤层组分测井响应参数的难题。

(4)煤层孔、渗物性评价方面。

O.Faivre和A.M.Sibbit (1985)两位学者利用有限元数值模拟法，得到裂缝性地层双侧向测井响应方程，并提出裂缝宽度(裂缝张开度)及裂缝渗透率的计算公式。

Darrell Hoyer (1991)将上述方法应用于煤层，并用交会图技术证实了用双侧向电阻率测井资料计算煤层裂缝宽度的有效性。

R.Aguilera(1994)针对煤层气储层特点，基于煤层柱状体积模型(火柴棒模型)，提出一种利用双侧向电阻率测井资料计算煤层裂缝孔隙度的迭代方法，该方法可以自动确定裂缝孔隙度指数，从而避免了人工难以合理选取的难题。

国内方面，杨东根（2010）的利用三维有限元分析法针对煤储层进行了双侧向测井数值模拟，得到了煤层裂缝孔隙度数值计算模型。

陈振宏等(2008)尝试将核磁共振方法应用于煤样的孔隙度和渗透率实验室测试中。

测试结果表明，核磁共振法煤样孔渗的测试结果与其实测结果能够很好的匹配，说明了此法的可行性。

(5)煤层含气量评价方面。

煤层含气量通常是将井场钻取的煤心放入密封罐，在实验室用解析仪测得的。

此外，还可以根据测井资料及等温吸附理论估算。

早在1977年，Kim,A. G就曾提出一种基于等温吸附方程和测井资料计算煤层含气量的方法(称为KIM方程)。

该方法首先利用测井资料计算煤质组分含量，再根据固定碳含量与挥发份含量的比值确定等温吸附参数，进而预测煤层含气量。

1992年，J.M.Hawkins, R.A. Schraufnagel和A.J. Olszewsk三人使用了与Kim,A.G提出KIM方程相同的数据集，结合Langmuir吸附等温理论，共同提出了计算煤层含气量的兰氏煤阶方程。

该方法将兰氏常数(兰氏体积和兰氏压力)与煤质组分参数联系起来，井包含了对煤层灰分、水分、温度和压力校正，使得计算的含气量更加准确。

A.K.Bhanj a等在研究印度Jhari a和Barmer-Sanchore煤田煤层含气量和测井参数的相关关系时，提出了一个新的复合参数C=△t/(ρb×Pe×GR)，它与煤层含气量之间具有很好的线性关系。

U.Ahmed等提出了一种利用元素俘获谱测井及体积密度测井计算煤层含气量的方法。

国内方面，潘和平等通过分析华北地区煤样煤质、含气量实验测试资料以及响应的测井资料，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，并建立了煤层含气量的估算方法。

高利民、谭延栋等提出利用煤层气储层背景值计算含气量的新方法。

连承波、赵永军等将支持向量机引入煤层含气量的评价中。

董红、刘效贤、高绪晨、葛祥等也都探讨过利用多元线性回归方法预测煤层含气量。

(6)测井新技术应用方面。

张莉莉等（2009)提出采用了多种成像测井新方法对沁水煤层气田郑庄区块煤层气储层进行了综合评价:利用微电阻率扫描成像测井的高分辨率特点进行煤层内部结构的分析和精细描述，分析煤层及其顶底板裂缝发育状况;利用核磁共振测井实现煤层及其顶底板孔、渗物性的定量评价;利用交叉偶极子阵列声波测井提取的纵波、横波、斯通利波信息，计算杨氏模量、弹性模量、泊松比等岩石力学参数，从而分析评价煤层力学特性及井眼稳定性，为钻井、压裂及开采等方面提供参考依据。

美国斯伦贝谢公司是世界上著名的跨国石油服务公司，在煤层气资源的勘探开发领域一直处于国际领先水平。

在煤质评价方面，该公司根据岩性密度，中子和自然伽马测井资料进行煤质近似分析，在密度及其它测井资料受井眼的影响比较大的情况下，配合使用元素俘获谱测井(ECS)进行煤质组分评价，从而消除了扩径的影响，提高了煤质分析精度;在含气量估算方面，根据煤质近似分析结果评估煤级，再根据煤级、压力、温度和适当的吸附等温线确定含气量。

第一章煤层气及储层的基本特征1.1 煤层气的储层特征煤层气储层(煤层)具有双重孔隙结构，即:裂隙和基质的孔洞孔隙(以微孔隙为主)。

煤层在形成过程中自然生成两组互相垂直的内生裂隙(割理)，一组为面割理，为主要裂隙组，可以延伸很远;另一组为端割理，只发育于面割理之间。

两组割理与层理面正交或陡角相交，从而把煤层分割成若干小块体(基质块体)（图2-1）。

这些基质块体中发育了许多以微孔隙为主的孔洞孔隙，其内表面上吸附着水和气体，这些吸附气体就是煤层气(以甲烷为主)。

而游离气和水溶气一般很少，可以忽略不计。

因此煤层气储层的含气量只与其基质有关。

煤层中的构造形成的外生裂隙，在排采前充满地层水;而在排采时，则是流体流向井筒的通道。

因此煤层气储层的渗透率只与其裂隙有关。

煤层中的基质除微孔隙中吸附着水和气外，其固体部分则是由有机质和矿物质组成。

矿物质由多种成分构成，常以粘土矿物为主。

而有机质则是煤的可燃物，可分为可挥发和不可挥发的两部分。

由以上分析可见，煤层气储层首先是由裂隙和由裂隙分割围限的含微孔隙的基质两个部分组成的。

但就煤层气储层的组成成分而言，又是由四个部分构成的:有机质、矿物质、水和气。

如图2-2所示。

水由裂隙中的自由水和基质中的束缚水两部分组成。

气就是在基质中以吸附状态存在的煤层气。

图2-2 煤的组分示意图此模型与煤炭工业中的“工业分析”的对应关系为:工业分析的水分(空气干燥基)与基质中的吸附水相对应，因为煤层的自由水和一小部分束缚水在工业分析的制样过程中已经蒸发掉(吸附气也在制样过程中全部跑掉)。

工业分析的灰分是煤在燃烧时由矿物质经氧化、分解变来的，在这个过程中有一小部分变成气体跑掉了，因此灰分含量小于矿物质含量。

工业分析中的挥发分和固定碳则对应于有机质，挥发分是有机质中高温下可挥发的部分，而固定碳则是有机质中不挥发的部分。

这些对应关系见图2-2此模型与煤田测井中“碳灰水”体积解释模型的对应关系则为:所谓“碳”对应于有机质，“灰”对应于矿物质，“水”则对应于全部水(自由水和束缚水)。