煤层气的测井评价技术.doc

煤层气的测井评价技术姓名：谢小曼 学号：S10010173 班级：矿研10-6我国煤系地层十分发育，形成煤层气的物质资源十分丰富。据专家不完全统计我国煤层气资源量达 ( 3 03 5 )1 0 m3(这些煤层气资源基本上还没有勘探、开发)。开发和利用这些煤层气，不仅开辟了一种潜力巨大的新的天然气资源，而且对于环境保护也具有重要意义，而测井作为一种主要的勘探方法，由于其识别煤层气的效果较好，且具快速直观的特点，因而已越来越受到人们的重视。尤其是作为煤层气工业的基础技术及前期工程的勘探技术， 更是研究的首要目标，包括煤层气分布特点与规律、富集高产因素及地质选区的优选与评价等。而利用现有的测井技术对煤层物性及煤层气产能进行定量精细的评价，就具有更加重要的意义。 用于煤层气的勘探方法与常规气藏的勘探并无很大差别。然而，由于煤层物性特点及储能机理与常规天然气层相差较大，从而导致测井评价煤层气无论是仪器系列选择还是解释方法的确定都不同于常规气藏评价。由于煤层储集特征和甲烷的存储状态 ， 因而传统的评价常规天然气储层的方法不能适合于评价煤层气储层。 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估计煤层气储层的特性。测井解释快速直观、分辨率高、费用低廉等特点，可弥补取心、试井及煤心分析这些方面的不足，使测井技术不仅在勘探开发现场大有用武之地，因此，测井技术是煤层气勘探开发中的重要手段，煤层气测井评价技术的研究具有十分重要的意义和非常广阔的应用前景。一、煤层气物性特点及储气机理煤属双重孔隙介质系统，由基块( 骨架) 和包围它的相互正交的一系列裂缝( 称为割理系统) 构成 (图1)与一般碎屑岩石不同，煤基块的微孔隙内壁能吸附大量的甲烷分子，几乎所有的煤层气均储存于煤的基块中。割理系统由相互正交的裂缝组成，为煤层提供了一个较高流动能力的渗流网络，其渗透率范围从10m 到超过0.1m 不等，但孔隙度极低，仅为14。通常在开采之前。割理系统饱和含水(95100)，因而可忽略其中的含气量。可见，煤层的两种介质系统在煤层气的储存及开采中各司其职又互相联系， 它们分别对应于煤层的资源量和生产能力。 二、测井评价煤层气的步骤a、从钻孔剖面上确定煤层及其围岩岩性 b、划分煤体宏观结构。包括确定探度、厚度、夹层位置和岩性、体受内力或外力作用引起的变化等 c、确定煤体的物理参数。包括密度、孔隙度、含水性、 机械强度指数、地层压力、温度等 d、确定煤体的变质程度和煤阶 e、进行煤层分析。按质量百分比确定煤中各种矿物成分、挥发分、水分及固定炭的百分比 f、计算煤显微组分。包括镜质组、惰质组和稳定组3种 。 g、计算割理等级 。 h、计算割理孔隙度。 I、建立层评价模型，计算气体含量。 J、建立多孔、区域评价模型。三、煤层气测井评价的选择 煤层气储层（煤层）与围岩在岩性物性上的差别，是煤层气测井响应的物理基础，是选择测井系列的前提。合理选择测井系列对评价煤层气及其储层至关重要。目前评价煤层气的常规测井方法包括自然电位、双侧向（或感应）、微电极、补偿密度、自然伽马、声波时差、声波全波列、中子孔隙度以及井径测井等。其应用方法如表1。1）自然电位测井 在较厚的煤层中，自然电位曲线的幅度可以预测煤层气的产能。但在预测煤层气产能时，只能用于一个特定的区域，不能用于大面积的对比。2）双感应一八侧向测井只能用于低阻煤层。当煤层的电阻率小于200.m时效果好，大于200.m时效果不佳。 3) 双侧向一微球聚焦测井 适应于高阻层。4) 微电极测井 用于定性判断煤层的渗透性，但只能做小区域的对比，同时还应考虑到井眼是否规则，各井泥浆性能是否一致。此外，还可利用微电极曲线判断煤层的割理发育情况。5） 补偿密度测井 煤的体积密度一般小于1.75 g /cm3,其值和围岩的体积密度( 2.3 g /cm3)有明显的区别，因此可用体积密度测井曲线确定层厚度,评价煤质及确定煤层中的夹矸。6) 中子孔隙度测井 煤层的中子孔隙度一般为4050，与围岩的孔隙度具有明显的 区别，因此可用中子孔隙度测井曲线确定煤层埋深及厚度，定性地判断煤质。7）声波时差测井 煤层的时差去西安大于120us/ft(400us/m),与砂泥岩、灰岩的时差值具有明显的区别。另外，声波时差去西安还可以和体积密度曲线一起，利用经验公式计算井眼剖面的机械力学参数。8）其他测井 可以使用地层沉积相与构造研究的地层倾角测井，用于机械力学参数的声波 全波列测井，用于裂缝研究的井下电视扫描测井，用于固井质量检查的声波变密度测井及脉冲回声测井。但由于这些测井方法的费用相对较高，因此，在选择煤层气测井项目时，很少使用这些测井方法。 四、煤层的划分、岩性识别 煤层气井的测井资料解释，首先是识别煤层气层，然后才是煤层气层上储层参数的计算， 因此，同样在煤田测井资料的解释中，需标定煤层（气层），划分岩性。煤层相对于围岩，物理性质差异明显，它具有密度低（密度孔隙度高）、声波时差大（声波孔隙度高）、含氢量高（中子孔隙度高）、自然伽马低、自然电位有异常（由氧化还原作用产生的自然电位）、电阻率高（注：烟煤、褐煤电阻率高；无烟煤的电阻率低）等特点。 通常可以采用人工解释的方法划分煤层、岩性识别、或采用模式识别方法自动划分煤层、识别岩性。利用以上所述特点，以及相应的测井曲线组合用于划分煤层以及确定煤层厚度、位置，岩性识别等，一般都能得到较为满意的结果。煤和其它岩石矿物有较大的差别。表2给出了煤和其它部分矿物的测井响应特征值，据此可定性地识别出煤和煤层气(煤层甲烷)。 表2 测井响应特征值国外用于煤层及煤层气识别的常规测井仪有：电阻率、密度或岩性密度测井、补偿中子测井等，井有地球化学测井仪作辅助工具。国内用手煤层评价的测井系列为：补偿密度、补偿中子、补偿声波、双感应聚焦测井、自然电位、自然伽马和井径测量。 上述测井系列与煤层物性特点及气层的各种测井响应特征相结合就可以识别煤层，进而找到煤层气。但在薄层处( 如厚度小于0.6m)，识别不准，需应用某些纵向分辨率高的测井仪 。( 如高分辨密度测井仪等)。如图2所示的煤层测井曲线，可见煤层及煤层气的显示非常明显.图2 煤层的识别四、测井解释1、解释模型根据煤的成分（有机质即纯煤、矿物质和水）将煤粗略的看成由碳、灰、水三部分组成。碳分包括固定碳和挥发部分即有机质部分；灰分包括泥质，沙质等矿物质；水分包括煤层的内在水和外在水分。由此可建立一个体积模型，并根据模型建立一系列方程声波时差：t=Vata+Vctc+wtf密度：P=VaPa+VcPc+wPf中子：N=VaNa+VcNc+wNf体积：1= Va+ Vc+Vw式中，Na、Nc、Nf分别是灰分、碳分和水分的中子值；Pa、Pc、Pf分别是灰分、碳分和水分的的密度值；ta、tc、tf分别是灰分、碳分和水分的时差值。这是煤层解释的一组基本公式，根据这组公式，可求出各组分的相对含量值得注意的是，水分不能与煤层的有效孔隙度等同。由这组基本公式可确定煤层灰分、碳分和水分的相对含量Vc 、Va和w中，再把相对体积转换成重量的含量，即可求出煤层的含碳量、灰分和水分。在煤层计算处理过程中，没有将其转换为重量含量，而直接采用相对体积。2、孔隙度的确定 煤层孔隙度是评价煤层的一个重要参数，目前还 没有一套完整的计算方法。根据辽河油田煤系地层的地质特征，采用了R.Aguilera等人的计算方法进行计算，方法如下 地层因素F 裂缝孔隙度指数m1 裂缝孔隙度f 或 其中，Rll，R1ld分别为浅侧向、深侧向电阻率；Rmt、Rw为泥浆滤液电阻率和地层水电阻率。3、裂缝渗透率计算从以上研究可知，煤层的裂缝是由层面裂缝与层间裂缝组成，而层阃裂缝计算方法Faivre和Sibbit两位学者已经做了很深入的研究。其它文献、论文对裂缝渗透率的确定及计算也提供了一些方法本文采用Faivre和Sibbit两位学者提供的计算裂缝渗透率方法，即横井眼的垂直裂缝ht由下式计算其中，；Cm是泥浆电阻率。估算裂缝空间由下式计算 裂缝渗透率计算式（8）中，RF为比例因子，可以根据各地区统计数据求得，或由地区经验得到，也可有实验测得。五、测井评价煤层气储层的方法探讨1、灰分评价方法实验室分析的灰分是以煤燃烧以后的残渣，即未燃烧的固体，这可能包含一部分没有完全燃烧的碳，而测井所求的灰分则是非碳固体( 湿灰分) ，对比这两者的定义可以看出，这两种灰分既有相同又有不同，之间的差异取决于碳的性质和灰分的种类以及测井评价灰分的方法。一般来说，煤中的灰分主要是泥质，而细小颗粒的泥质具有较强的吸附能力，在沉积过程中易吸附溶于水的放射性元素( 如铀 )，从而具有较强的自然伽马值，基于这点，首先考虑自然伽马与实验室分析的灰分间关系，经回归分析可得出如下结论。 相关方程为 式中：Va是灰分含量，%；GR为自然伽马测井值，API。灰分与自然伽马测井具有线性关系，且较为密切，说明研究区内煤层主要有泥质组成。可以自然伽马测井评价煤层灰分，且效果较好。 考虑到煤层的沉积背景，即泥质的自然伽马值的特性差异，以自然伽马测井指数确定灰分的效果会有所改善。 2、含碳量确定煤层与其顶底岩层的一个最大差异就是煤层的密度很小一般介于1.41.8gcm3 ，这主要是煤层中的主要成分碳的密度很小，因此，确定含碳量首选密度测井或人工伽马测井，分析这两种曲线与含碳量的关系。3、含气量确定煤层气以两种形式赋存于煤层双重孔隙结构之中，即游离态气和吸附气，后者是主要的赋存方式。测井定量评价煤层气是一个非常棘手的问题，尤其象煤层气储层这样低孔、低渗三相共存的介质。有助于实验室分析化验的含气量建立估算煤层含气量的测井参数相关公式，进而实现以测井评价含气量。 六、煤层气测井评价技术新进展1、特征分析 煤的电性特征在煤系地层,煤层与周围砂岩、泥岩的电性特征有明显的不同。煤层具有“四高(大),四低(小)”的电性特征。煤层“四高(大)”电性特征指电阻率高,且变化范围大、声波时差大,传播速度慢、补偿中子大、井径扩径大;煤层“四低(小)”电性特征指自然伽玛低、补偿密度低、光电俘获截面低、声阻抗小,电视图像呈深色。煤层厚度的划分在煤层气井测井曲线中,往往根据电性特征在曲线的半幅点并略向地层中部作为地层界面,划分煤层并确定煤层厚度是比较准确的。利用地层倾角测井处理成果可以分析煤层的加厚方向,对于煤层气井组开发具有重要意义。如大城煤层气试验井组中大1-1井测井解释三煤组顶部泥岩倾角68,倾向约167,显示煤层向北西方向加厚,用这种方法确定六煤组也是呈现这种趋势。对煤层厚度的划分就是利用测井资料准确地划分出煤层与顶底板的界面深度。一般说来,仪器的分辨率越高,在煤层的界面处曲线变化越陡,界面划分的精确性就越高。2、储层参数及煤层含气量评价煤层含气量是煤层气勘探和开发中一个非常重要的参数。在煤层测井解释中除煤层含气量外,还要进行煤质分析,提供水分、灰分、挥发分、固定碳等参数,因此延用传统的碎屑岩或碳酸盐岩分析含气储层的方法显然是不合适的,必须采用适合于煤储层的处理技术,才能达到精细分析和定量解释煤层含气量的目的。 定性方法确定煤层含气量体积模型概念分析 煤层含气量用体积模型概念分析是依据孔隙度、泥质含量、电阻率数值并结合气测录井综合分析的。如果泥质含量低,电阻率相对较高,气测显示好,则解释为煤层气层,否则解释为含气层。纵、横波时差值法 在含气地层,纵、横波的传播速度明显减慢,时差增大,有别于水层和油层。利用纵、横波比值可以分析煤层含气性的好与差。一般以纵、横波比值1.8作为含气性好与差的界限:纵、横波比值小于1.8,有较好的气显示,如果煤层泥质含量低,电阻率较高则可解释为煤层气层;如果煤层泥质含量较高或电阻率较低,则可解释为含气层。 煤层气含气量计算利用测井资料计算煤层含气量的方法有两种:密度测井计算法和兰格谬尔公式计算法。工作中常用密度测井法进行含气量计算,其计算公式为式中：Q-煤层气含量，m3/g; -孔隙度，%；Sg-含气饱和度，%；g-地层密度，g/cm3。应用E1an程序调试解释参数,求出地层孔隙度和含气饱和度,再与密度曲线组合,即可建立煤层含气量测井解释剖面图(见图3)。图3 煤层气测井评价含气量成果图3、 煤层物性和裂缝评价煤层的孔隙结构类型属裂缝孔隙双孔隙结构,具有低孔低渗特征。 煤层气孔隙度煤层孔隙体积和孔隙度是煤储层的重要参数之一。由于煤的各向异性,用声波时差、体积密度、补偿中子计算煤层孔隙度比较困难,核磁共振测井是目前确定煤层有效孔隙度的最直接、也是最有效的一种方法,其重要参数T2截至值可以将有效孔隙度分成毛细管束缚流体孔隙度和动流体孔隙度,经反复调试T2值一般确定为33 ms。裂缝孔隙度用双侧向电阻率计算。河北大城大试1井核磁处理孔隙度与岩心分析孔隙度基本一致。 煤层渗透率煤层渗透性测井评价是核磁共振测井处理的结果。计算方程为式中：Mphim-煤层渗透率；Mphi，Mbvm，Mbvi-核磁孔隙度、可动流体孔隙度和束缚水孔隙度；c-系数。煤层的渗透率处理结果仅能代表孔隙系统的渗透率,数值很小,决定煤层渗透性的是裂缝渗透率,目前还不能确定,有待研究。 煤层的裂缝描述煤层的天然裂缝(又称割理)是煤化作用和构造应力影响的结果,它通常发育大致相互垂直的两组,主要的、延伸较长的一组叫面割理;次要的、与面割理大致垂直的一组叫端割理。割理有方向性,是控制煤层方向性渗透的主要因素。研究煤层裂缝的测井方法主要有微侧向、双侧向和成像测井等方法。微侧向测井在裂缝不发育处为基质电阻率值相对较高,曲线呈锯齿形变化。微侧向的探测深度约10 cm左右,它与井径曲线结合,能反映井壁附近裂缝发育程度。煤层发育垂直裂缝,电阻率又比较高,双侧向曲线上出现正幅度差,差异大小取决于钻井液滤液电阻率与地层水电阻率的大小,以及裂缝发育程度。井周声波成像和微电阻率扫描成像均是具有高分辨环井壁360全方位和随深度变化的二维测井图像,对后期构造裂缝反映很灵敏,可以清晰、直观显示地层中裂缝的存在,并可分析裂缝的倾向、倾角、连通及充填情况。4、 煤层机械特性评价5700多极阵列声波成像测井可在煤层中直接获取横波时差,横波时差是研究机械特性中至关重要且较难获得的一条曲线。应用密度、纵、横波时差以及其它一些曲线和参数,就可以计算岩石机械参数的模量(杨氏模量、体积模量、切变模量),强度(抗张强度、抗剪强度),应力和压力(最大、最小水平应力、上覆地层压力、周向应力、径向应力、破裂压力、坍塌压力)以及泊松比等十几项参数,利用这些岩石机械特性参数可以进一步进行井眼稳