煤层气钻井地质录井与测井技术

1、煤层气地质录井与测井技术2013年9月晋城王一兵一、煤层气录井目的一、煤层气录井目的二、煤层气录井主要特点二、煤层气录井主要特点三、重点录井项目三、重点录井项目四、录井综合解释四、录井综合解释第一部分：煤层气地质录井技术煤层气的特点煤层气的特点水溶气水溶气 游离气游离气吸附气吸附气 煤层气储集状态煤层气储集状态煤基质颗粒煤基质颗粒 煤层气国外称煤层气国外称 Coalbed Coalbed Methane(CBM)Methane(CBM)或或 Coalseam Coalseam GasGas（CSG)CSG)，是赋存在煤层中以，是赋存在煤层中以CHCH4 4为主要成分的烃类气体和少量为主要成分的

2、烃类气体和少量N N2 2、COCO2 2等非烃类气体，一般等非烃类气体，一般CHCH4 4组组分占分占95-98%95-98%。赋存状态有三种：吸附在煤孔赋存状态有三种：吸附在煤孔隙表面上的隙表面上的吸附气吸附气、分布在煤孔、分布在煤孔隙及裂隙内的隙及裂隙内的游离气游离气、溶解在煤、溶解在煤层水中的层水中的水溶气水溶气，以吸附气方式，以吸附气方式为主。为主。煤层气解吸扩散过程煤层气解吸扩散过程煤层气录井关键：煤层含气性、储层特点，兼顾油气显示 煤层气录井目的是在钻井过程中取全取准各项反映地下地质情况的原始资料和数据，为煤层气地质评价和工程施工提供第一性资料。是贯穿煤层气勘探开发全过程中的一项

3、重要技术。一、煤层气录井目的 探井、资料井 开发井地层岩性组合与层位划分地层岩性组合划分与对比煤层识别和划分煤层识别和划分煤岩特征描述煤岩特征描述煤层含气性及物性评价煤层含气性评价煤层顶底板岩性特征构造及沉积环境分析为工程施工提供依据为工程施工提供依据二、煤层气录井主要特点（与常规油气录井相比） 煤层气是一种边际效益资源，在保障地质评价资料的前提下，尽量优化、简化录井项目，降低成本； 煤层气录井重点在煤岩储层特征及含气性描述，特别是煤层岩心、岩屑的含气性观察和测定、气测录井和泥浆槽面的观察； 煤层取心过程中气散失快，要求采用绳索取心技术，尽量减少气体散失。地质录井 气测录井 工程录井钻时录井随

4、钻气测钻具管理岩屑录井全脱分析钻井液性能钻井取心录井后效气测钻井液参数槽面观察工程参数荧光录井氯根测定 录井工作内容包括地质录井、气测录井、工程录井，以及为钻井、作业施工提供依据的其它录井。煤层气井主要录井项目煤层气井主要录井项目三、重点录井项目1. 绳索取心特点：减少单筒取心钻进时间，每次取心长度2-2.5m千米井深上提时间少于10min半合管内筒，可迅速出筒取样内筒为可投入式，可连续取心 为减少取心施工、割心、上提、出心过程中岩心含气量损失，割心后采用钢丝绳携带打捞矛提取内筒并快速返出井口，内筒采用半合管结构，快速出心半合管 取心之前要求解吸人员到达井场并做好取样准备。解吸人员未到现场、解

5、吸设备未准备好，均不允许取心施工。三、重点录井项目 根据探井井别和钻探目的，可对煤层段全井段取心，或对煤层及上下各5m顶、底板取心，或见煤层取心；见油气显示取心；钻遇难以判断的层位、岩性取心。 煤层段岩心收获率要求达到80%以上，其他岩性取心收获率同油气探井取心要求。取心要求三、重点录井项目1. 1. 绳索取心绳索取心煤心含气试验，描述气泡大小、连续性、持续时间、有无声音及声音大小等；煤岩宏观分类：光亮煤、半亮煤、半暗煤、黯淡煤煤岩结构：原生结构、碎裂煤、揉皱煤、糜棱煤煤心描述内容包括颜色、条痕、光泽、断口、硬度、密度、脆度、煤岩组成、伴生矿物（黄铁矿等）、煤层裂隙等割理、裂隙：密度、宽度、有

6、无充填、充填程度、充填物质煤层岩心描述煤层岩心描述岩心丈量、编号与常规油气井要求相同三、重点录井项目1. 1. 绳索取心绳索取心割理：延伸长度，缝宽，割理密度：单位长度（一般为每5cm或10cm）内割理条数充填情况：充填物，充填程度煤层割理描述煤层割理描述三、重点录井项目1. 1. 绳索取心绳索取心吉试14井8吉试15井8吉试16井8山中矿8#煤层中的夹矸方解石方解石充填充填微裂缝发育，但多数被方解石脉充填。微裂缝发育，但多数被方解石脉充填。晋试4井15煤，外生裂隙发育，与层面近垂直，裂隙面内有方解石充填。晋试3井15号煤，半亮型煤，外生裂隙发育，裂隙面有方解石充填 (1) (1)煤岩全分析煤

7、岩全分析 含气量、气体组份、煤岩割理定量统计及割理孔隙描述、甲烷碳同位素、镜质体反射率、煤岩显微组份(包括镜质组、壳质组、惰质组、粘土、硫化物、碳酸盐岩等项目)、灰分、挥发分、水分(2)(2)煤岩专项分析煤岩专项分析 视密度、等温吸附、煤岩孔隙度、比表面孔分布、压汞、扫描电镜(3)(3)顶底板分析项目顶底板分析项目 突破压力、三轴应力测定煤心分析项目煤心分析项目快速解吸仪快速解吸仪等温吸附曲线等温吸附曲线三、重点录井项目1. 1. 绳索取心绳索取心 根据不同井别设计岩屑录井井段和密度，煤层段一般要求每米1包捞取岩屑； 煤层段清洗之前要注意岩屑的含气性观察和描述，洗净晾干后对煤层进行宏观描述钻井

8、过程中返出的岩屑煤 屑2. 岩屑录井三、重点录井项目煤层岩屑描述内容三、重点录井项目2.2.岩屑录井岩屑录井序序号号层层 位位井井 段段 (m)(m)岩岩 性性 定定 名名岩岩 性性 描描 述述荧荧 光光干照干照颜色颜色级别级别定定 量量2424P1sP1s650650659.38659.38黑色煤黑色煤 亮煤，色均，性脆，金属光泽，少亮煤，色均，性脆，金属光泽，少量部分金属光泽强，断口较平坦，割量部分金属光泽强，断口较平坦，割理较发育发育，不规则，未见充填，理较发育发育，不规则，未见充填，煤屑呈块状、粒状，捻碎后染手，烧不煤屑呈块状、粒状，捻碎后染手，烧不易燃，无烟。易燃，无烟。 煤岩岩屑占

9、煤岩岩屑占85%85%。 荧光干、滴照无显示，系列对比荧光干、滴照无显示，系列对比4 4级。级。无无 包括颜色、条痕、光泽、断口、硬度、密度、脆度、割理、煤岩宏观分类，荧光显示，煤岩岩屑所占体积百分比等煤层岩屑描述实例煤层岩屑描述实例随钻气体检测： 在钻进过程中连续进行，内容包括全烃和组份；非烃类气体检测，包括二氧化碳、硫化氢等。后效气体检测： 钻遇煤层或气体显示后，每次起下钻均应循环钻井液1个周期以上，进行后效气测录井。热真空蒸馏分析： 在目的层之前要进行两次，一次为钻井液基值样品分析，另一次为进入目的层之前50m内样品分析。进入目的层后每一班（8-12h或100 m井段之内）应进行一次分析

10、；气测出现明显的异常应进行分析；钻井取心每筒后进行一次分析；完钻后循环钻井液进行一次分析。探井气测录井项目三、重点录井项目3. 气测录井重点参数井/水平井需要综合录井仪(气体监测并提供各项工程参数)；一般探井可使用减配的综合录井仪（如神开2000Q等）；开发井使用简易录井仪；对于欠平衡钻井，在气液分离器之后排气管线上加装气体检测流量计和取样口，测量气体流量，并按要求取样注入色谱仪进行分析。三、重点录井项目伽玛监测下伽玛上伽玛电阻率重点探井、水平井录井要求使用综合录井仪-535-530-525-520-515-510-505-500-495-490-485-480-475-470-465-460

11、-455-450FZP04井组井眼三维轨迹图排采井位置投影排采井位置投影 综合录井仪可实时连续监测钻井液中的烃类、非烃类量气体含量，判断岩层含气情况，并提供地层参数、工程参数，配合定向钻井监测设备，及时判断岩性，保障煤层钻遇率三、重点录井项目3.3.气测录井气测录井国产综合录井仪神开神开2000综合录井仪综合录井仪 简易快速录井仪可提供井深、钻时、总烃、重烃、绞车、悬重、泵冲等数据采集、监测、处理系统，尤其适合于煤层气田开发过程中对目的层快速准确判断。 快快速速气气测测录录井井仪仪开发井使用简易录井仪三、重点录井项目3.3.气测录井气测录井红红 外外 全全 烃烃 录录 井井 仪仪实时进行钻井工

12、程参数的数据采集和钻井液中烃类气体的浓度测量 4. 工程及其它录井资料采集煤层气井中钻井液参数录取主要是人工测量钻井液性能，包括密度、粘度、失水（滤失）量、含砂量、切力、氯离子；工程参数的录取包括井深、钻具组合、大钩负荷、钻压、转盘转速、转盘扭矩、瞬时排量、出口温度、电阻率等；遇钻时加快应根据迟到时间和上窜速度及时观察槽面变化，气泡大小、含量、持续时间等；特殊条件下（井漏、井喷、井涌）的地质录井要详细记录事件发生的层位、井深以及事件过程，并分析原因。三、重点录井项目四、煤层气录井综合解释煤层厚度解释：根据钻时、岩屑，参考测井曲线和测井解释成果，可作如下解释：煤层单层厚度小于20cm可解释为夹层

13、；大于20cm，小于50cm可扩大解释为整0.5m；大于50cm，小于1m，解释为整1m。含气性解释：根据岩心、岩屑含气性观察、气测录井、槽面观察，做如下解释：岩心、岩屑气泡强烈，持续时间长，气测见明显异常，槽面见显示，解释为煤层气层；岩心、岩屑见气泡，持续时间不超过1小时，气测异常不超过5%，槽面未见明显显示，解释为含气煤层岩心、岩屑未见气泡，气测异常不明显，槽面无显示，解释为干层一、煤层气测井目的二、煤层气测井资料分类三、不同井别煤层测井项目优选四、 煤层气测井解释第二部分：煤层气测井技术一、煤层气测井目的一、煤层气测井目的岩性识别岩性识别厚度划分厚度划分含气性评价含气性评价储层评价（煤岩

14、储层评价（煤岩成分、孔隙成分、孔隙/裂缝）裂缝）力学性质力学性质二、煤层气测井资料分类二、煤层气测井资料分类三电阻率三电阻率三孔隙度三孔隙度三岩性三岩性深电阻率深电阻率中电阻率中电阻率浅电阻率浅电阻率反映煤层电阻率的大小反映煤层电阻率的大小体积密度体积密度： 煤层通常具有较低的密度值煤层通常具有较低的密度值补偿中子补偿中子： 反映地层的含氢指数反映地层的含氢指数补偿声波补偿声波： 反映纵波在地层中传播速度反映纵波在地层中传播速度自然伽马自然伽马： 反映地层中天然放射性矿物含量反映地层中天然放射性矿物含量自然电位：自然电位： 反映渗透性地层内与钻井液内反映渗透性地层内与钻井液内 离子浓度的差异离

15、子浓度的差异井井 径：径： 反映井眼大小与岩层稳定性反映井眼大小与岩层稳定性三、不同井别煤层测井项目优选三、不同井别煤层测井项目优选井别井别 必测项目必测项目选测项目选测项目 参数井参数井 自然伽马自然伽马地层倾角地层倾角自然伽马能谱自然伽马能谱核磁共振成像核磁共振成像多极阵列声波多极阵列声波井周声波成像井周声波成像微电阻率扫描成像微电阻率扫描成像补偿密度补偿密度补偿中子补偿中子补偿声波补偿声波双侧向双侧向微侧向微侧向岩性密度岩性密度自然电位自然电位一般探井一般探井（预探井（预探井/ /评价井）评价井） 自然伽马自然伽马地层倾角地层倾角自然伽马能谱自然伽马能谱长源距声波长源距声波 补偿密度补偿

16、密度补偿中子补偿中子补偿声波补偿声波双侧向双侧向微侧向微侧向岩性密度岩性密度自然电位自然电位开发井开发井 自然伽马自然伽马地层倾角地层倾角自然伽马能谱自然伽马能谱长源距声波长源距声波 补偿密度补偿密度补偿中子补偿中子补偿声波补偿声波井径井径 一般探井可采一般探井可采用国产数控测井系用国产数控测井系列或引进列或引进37003700测井测井系列，重点探井如系列，重点探井如对煤层裂缝进行成对煤层裂缝进行成像测井可选用像测井可选用57005700系列；系列； 开发井选用国开发井选用国产数控系列即可满产数控系列即可满足要求。足要求。 通过绘制声波时差-双侧向、体积密度-声波时差、体积密度-自然伽马、声波

17、时差-自然伽马、体积密度-双侧向交会图，显示不同岩性分别处于不同的区域砂砂岩岩灰灰岩岩泥泥岩岩煤煤煤煤矸矸灰灰岩岩砂砂岩岩泥泥岩岩煤煤煤煤矸矸1. 岩性分析四、四、 煤层气测井解释煤层气测井解释时差时差-电阻率交汇图电阻率交汇图体积密度体积密度-声波时差声波时差砂砂岩岩灰灰岩岩泥泥岩岩煤煤矸矸砂砂岩岩灰灰岩岩泥泥岩岩煤煤矸矸砂砂岩岩灰灰岩岩泥泥岩岩煤煤矸矸煤煤煤煤煤煤岩性岩性测井响应范围测井响应范围电阻率电阻率（m m）自然伽马自然伽马（APIAPI）声波时差声波时差（s/ms/m）体积密度体积密度（g/cmg/cm3 3）煤煤1500150040404004001.501.50煤矸石煤矸石2

18、00-1500200-150057-16057-160375-400375-4001.50-2.001.50-2.00灰岩灰岩1000100019-5019-501781782.692.69砂岩砂岩100-1000100-100025-6025-60192-235192-2352.46-2.652.46-2.65泥岩泥岩100100118118244-310244-3102.41-2.652.41-2.65体积密度体积密度-自然伽马交会图自然伽马交会图声波时差声波时差-自然伽马交会图自然伽马交会图体积密度体积密度-双侧向交会图双侧向交会图三高：三高： 高高电阻率值电阻率值RTRT（变化范围大）

19、（变化范围大） 高高补偿中子值补偿中子值CNLCNL（35-60pu.35-60pu.） 高高声波时差声波时差ACAC（350-450s/m 350-450s/m ）三低：三低： 低自然伽马值低自然伽马值GRGR（相对于泥岩）（相对于泥岩） 低低体积密度值体积密度值DENDEN（1.2-1.7g/cm3 1.2-1.7g/cm3 ） 低低岩性密度值岩性密度值PEPE（0.5-1.2 B/e 0.5-1.2 B/e ）2. 煤层识别具有“三高、三低”的特点煤煤 层层 段段煤层划分依据煤层划分依据声波时差声波时差岩心分析含气量交会图岩心分析含气量交会图声波时差（声波时差（s/m）岩心分析含气量（岩

20、心分析含气量（m3/t）分析岩心实测含气量与测井各参数之间的响应关系分析岩心实测含气量与测井各参数之间的响应关系3. 煤层含气性解释补偿中子补偿中子岩心分析含气量交会图岩心分析含气量交会图补偿中子（补偿中子（%）岩心分析含气量（岩心分析含气量（m3/t）3. 煤层含气性解释深侧向深侧向岩心分析含气量交会图岩心分析含气量交会图深侧向（深侧向（m）岩心分析含气量（岩心分析含气量（m3/t）3. 煤层含气性解释自然伽马自然伽马岩心分析含气量交会图岩心分析含气量交会图自然伽马（自然伽马（API）岩心分析含气量（岩心分析含气量（m3/t）3. 煤层含气性解释自然伽马相对值自然伽马相对值岩心分析含气量交会

21、图岩心分析含气量交会图自然伽马相对值自然伽马相对值岩心分析含气量（岩心分析含气量（m3/t）3. 煤层含气性解释体积密度体积密度岩心分析含气量交会图岩心分析含气量交会图体积密度（体积密度（g/cm3）岩心分析含气量（岩心分析含气量（m3/t）3. 煤层含气性解释自然伽马相对值自然伽马相对值岩心分析含气量交会图岩心分析含气量交会图自然伽马相对值自然伽马相对值岩心分析含气量（岩心分析含气量（m3/t）体积密度（体积密度（g/cm3）岩心分析含气量（岩心分析含气量（m3/t）体积密度体积密度岩心分析含气量交会图岩心分析含气量交会图 统计分析表明，煤层含气量与体积密度和自然伽马相对值的相关性最好不同地

22、区煤层含气量经验公式不同地区煤层含气量经验公式（1）晋城地区煤层含气量的计算公式）晋城地区煤层含气量的计算公式VGAS=26.02-0.296（40.36DEN+6.49GR-44.36 ）（2）吴堡地区煤层含气量的计算公式）吴堡地区煤层含气量的计算公式VGAS=12.18-0.16(2.99DEN+16.96GR+1.08) （3）吉县地区煤层含气量的计算公式）吉县地区煤层含气量的计算公式VGAS=14.47-0.17(14.78DEN+17.71GR-12.49) （4）宁武地区煤层含气量的计算公式）宁武地区煤层含气量的计算公式VGAS=14.75-0.32(12.88DEN+24.93G

23、R-11.86)3. 煤层含气性解释晋试晋试1井井3#煤含气量处理成果图煤含气量处理成果图深深度度(m)3. 煤层含气性解释煤层含气性解释实例4 煤层非均质性分析523.80523.80530.45530.453 3# #煤层煤层523.80523.80530.45530.453 3# #煤层煤层固固7-107-10井测井响应曲线图井测井响应曲线图 从低变质程度的褐煤到高变质程度的无烟煤，煤层的测井响应不同，从低变质程度的褐煤到高变质程度的无烟煤，煤层的测井响应不同，据此判断煤岩变质程度据此判断煤岩变质程度序号序号煤阶煤阶GR(API)(API)DEN(g/cm(g/cm3 3) )CNL（P

24、u.Pu.）AC(s/m)(s/m)RD(m)m)PE（b/eb/e）1 1褐煤褐煤4-71.00-1.2966-68480-5006-130.2-0.42 2气煤气煤18-201.18-1.2350-67405-425120-5001.3-2.33 3肥煤肥煤17-401.22-1.3151-62385-425200-12000.7-1.04 4焦煤焦煤16-501.20-1.3670-80375-4501000-250000.6-1.55 5瘦煤瘦煤15-401.10-1.3050-76390-430500-70000.8-2.06 6无烟煤无烟煤13-331.05-1.4545-7035

25、9-535505-150000.8-1.35. 煤层演化程度分析不同煤阶煤层测井参数范围表不同煤阶煤层测井参数范围表煤的工业组分:水分（Mad）、灰分（Ash）、挥发分（VM）和固定碳（FC） 以沁水盆地南部为例,晋城地区岩心分析交会图上，随着灰分含量增加，固定碳呈直线下降，由于水分含量较低，变化趋势基本呈一条水平直线，而挥发分含量随灰分增加，而略呈增加趋势，三者与灰分均呈线性关系。6. 煤岩组分分析含气量含气量镜质体镜质体反射率反射率水水 分分灰灰 分分 Well-1 3# Coal Set Result Plot岩心分析岩心分析 含气量含气量0 50 岩心分析岩心分析镜质体反射率镜质体反射

26、率岩心分析岩心分析 水分水分岩心分析岩心分析 灰分灰分0 51 0 1 0体积分析体积分析 深深 度度(m)(m)煤岩组分分析实例1吴试吴试1 1井井8 8# #煤组处理成果图煤组处理成果图深深度度(m)煤岩组分分析实例2核磁孔隙度（核磁孔隙度（% %） 煤层核磁孔隙度解释直方图煤层核磁孔隙度解释直方图 DS1 DS1井井1.76.01.76.0 D1 D1井井1.75.51.75.5 WS1 WS1井井1.45.51.45.5 JS1 JS1井井1.23.01.23.07. 煤岩孔隙度分析核磁孔隙度核磁孔隙度岩心分析孔隙度岩心分析孔隙度岩心分析孔隙度岩心分析孔隙度岩心分析渗透率岩心分析渗透率

27、核磁渗透率核磁渗透率岩心分析渗透率岩心分析渗透率核磁孔隙度核磁孔隙度岩心分析孔隙度岩心分析孔隙度岩心分析孔隙度岩心分析孔隙度岩心分析渗透率岩心分析渗透率核磁渗透率核磁渗透率岩心分析渗透率岩心分析渗透率8. 8. 煤层裂缝特征煤层裂缝特征自然伽马自然伽马体积密度体积密度补偿中子补偿中子声波时差声波时差深侧向深侧向浅侧向浅侧向微侧向微侧向电成像电成像声成像声成像破裂压力坍塌压力斯伦贝尔比泊松比阿尔法常数体积压缩率周向应力径向应力泥浆压力剪切模量杨氏模量体积模量最大、最小水平压力纵横波速度比抗张强度孔隙压力上覆地层压力岩石机械特性参数9. 9. 煤层力学参数解释煤层力学参数解释 以纵横波、体积密度表

28、示的各弹性模量以纵横波、体积密度表示的各弹性模量泊松比泊松比 0.5 (ts/tc)2-1= (ts/tc)2-1 G剪切模量剪切模量(104MPa)G =b/tsaE杨氏模量杨氏模量(104MPa) E =2G(1+)Kb体积模量体积模量(104MPa)Kb=b( 1/tc2-4/(3ts2 )a9. 9. 煤层力学参数解释煤层力学参数解释9. 9. 煤层力学参数解释煤层力学参数解释煤层岩石机械特性与其它地层的差异煤层岩石机械特性与其它地层的差异杨氏模量与体积模量交会图杨氏模量与体积模量交会图煤煤泥岩泥岩灰岩灰岩砂岩砂岩剪切模量与体积模量交会图剪切模量与体积模量交会图 煤煤泥岩泥岩砂岩砂岩灰岩灰岩9. 9. 煤层力学参数解释煤层力学参数解释体积模量体积模量体积模量体积模量杨杨氏氏模模量量剪剪切切模模量量煤煤泥岩泥岩砂岩砂岩灰岩灰岩煤煤泥岩泥岩砂岩砂岩灰岩灰岩破裂压力梯度与坍塌压力梯度交会图破裂压力梯度与坍塌压力梯度交会图 煤煤泥岩泥岩砂岩砂岩灰岩灰岩 泊松比泊松比- -杨氏模量交会图杨氏模量交会图 破裂压力梯度破裂压力梯度- -抗剪强度交会图抗剪强度交会图9. 9. 煤