Advances in Geosciences 地球科学前沿, 2012, 2, 228-232 http://dx.doi.org/10.12677/ag.2012.24035 Published Online December 2012 (http://www.hanspub.org/journal/ag.html) Study of Well-Logging Identification and Interpretation of Coalbed Natural Gas Qinglin Zheng1, Yu Zhao2, Kebo Liu1 1Changqing Business Division, China Petroleum Logging Co. Ltd., Xi’an 2Production Logging Center, China Petroleum Logging Co. Ltd., Xi’an Email: zql@cpl.com.cn Received: Oct. 27th, 2012; revised: Nov. 21st, 2012; accepted: Nov. 29th, 2012 Abstract: This article introduces comprehensive studying results on the well-logging for Coalbed Natural Gas, de- scribes the logging data characteristic of coal, points out the method of coalbed thickness identification with logging data and establishes the model of coal logging data interpretation by mathematic ways which can provides the coalbed parameters including gas saturation. We can study the coal mechanics parameters and give a regional comprehensive evaluation with logging data. And we designed a set of logging series for different aim of Coalbed Natural Gas explora- tion and production. At last, we can give technic support for Coalbed Natural Gas exploration and production. Keywords: Coalbed Natural Gas; Well-Logging; Coalbed Parameter; Coal Gas Saturation; Coalmechanics Parameter; Well-Logging Series 煤层气测井识别与评价方法探讨 郑庆林 1,赵 雨2,刘克波 1 1中国石油集团测井有限公司长庆事业部,西安 2中国石油集团测井有限公司生产测井中心,西安 Email: zql@cpl.com.cn 收稿日期:2012 年10 月27日;修回日期:2012年11 月21日;录用日期:2012年11 月29 日 摘 要:本文重点介绍了煤层气测井的综合研究成果。分析了煤层的测井响应特征,确定了煤层厚度的划分方 法,利用数学统计的方法,建立了煤储层参数的测井解释模型,提供了包括煤层含气量在内的煤储层参数,进 行了煤层力学参数的研究和区域性的综合评价,并为不同勘探开发目的设计了一套适合煤系地层的测井系列方 案,最终为煤层气勘探和开发提供可靠的技术支持。 关键词:煤层气;测井;煤储层参数;煤层含气量;煤层力学参数;测井系列 1. 引言 测井公司自一九九七年开始煤系地层测井和煤 层气测井评价技术研究以来,先后在山西、陕西、河 北、新疆、及安徽等地区录取了不同系列的测井资料, 同时收集了大量的煤芯分析资料,开展了多方面的研 究工作[1]。 我们主要从煤储层测井响应特征入手,针对煤储 层的复杂性、特殊性设计解释模型,运用先进的解释 技术,以岩心实验分析资料为依据研究煤层的测井解 释方法,分析煤层的变化规律,以达到识别煤层、分 析煤层和开采煤层的目的。 2. 煤储层测井响应特征 正如测井资料在常规石油天然气勘探开发中发 挥着重要作用一样,在煤层气勘探开发中,测井资料 同样也是识别煤层、分析煤层、开采煤层不可缺少的 Copyright © 2012 Hanspub 228 煤层气测井识别与评价方法探讨 手段。由于煤储层物理化学成分与其它沉积岩有明显 的不同,煤主要是由植物演变而来的有机质和少部分 无机质,其化学成分主要是碳(C)、氢(H)、氧(O)三种 元素,其分子结构相对松散,内部条带状、片状、层 状等结构发育,因此煤储层在测井曲线上具有独特的 响应特征,即:高电阻率、高声波时差、高补偿中子、 低伽马、低体积密度、低光电吸收截面指数 Pe[2,3]。 表1是几种类型煤的测井响应特征。从表中我们可以 煤的测井响应特征值与常见岩石的测井响应特征明 显不同,但随着煤的化学组分的变化而发生变化。 3. 煤层厚度的划分 煤层厚度决定了煤层气资源量的大小,因而它是 评价煤层的一项重要参数。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层的界面深 度。一般说来,仪器的分辨率越高,即在与煤层的界 面处曲线变化越陡,界面划分的精确性就越高。图 1 测井资料划分煤层实例图。 通常采用两种分层方法:一是计算机自动分层。 计算机自动分层就是将几种类型的标准煤层的测井 响应特征值值入测井解释程序当中,当我们输入测井 资料,计算机会跟据实际测井值与已经输入的标准煤 层测井值进行相关性对比,相关系数接近为 1的,计 算机就自动识别为煤层。从而准确的划分出煤层。二 是人工分层。就是解释处理人员,根据本人的解释经 验及对本井测井资料的认识,与已知区域的地质测井 资料进行对比,直接划分出煤层,再将分析出的煤层 参数输入测井处理解释软件,进行煤层气识别与评 价。第一种方法常常适用于新的勘探开发区块,因为 对本区块认识较少,所以我们常常将测井资料与标准 地质层进行相关性对比。而在熟知的勘探开发区域我 们常常采用第二种方法,因为煤层的测井响应特征特 别明显区别于其他的地层,解释人员很容易的识别煤 层,能极大的提高测井处理解释速度。 4. 煤层物性和裂缝评价 煤层的孔隙结构类型属裂缝–孔隙双重孔隙结构, 这种孔隙结构的特征是煤基质天然裂缝(割理)网分隔 成许多方块,每个方块中的煤基质由煤粒和微孔组成 。 基质是主要的储气空间,甲烷被吸附在微孔的内表面 Table 1. The well-logging data of some kinds of coal 表1. 几种类型煤的测井响应特征 名称 分子式 热中子 孔隙度 (%) 骨架 密度 (g/cc) 测井 密度 (g/cc) 光电吸 收截面 Pe(b/e) 纵波 时差 (μs/m) 理论中子 俘获截面 Σma(C.u ) 无烟煤 C720H258N6O16 >60 1.60 1.57 0.16 34422 烟煤 C532H418N8O41 54.21.35 1.33 0.17 39435 褐煤 C480H412N7O101 100 1.10 1.05 0.20 52530 Figure 1. An example of coalbed identification with logging data 图1. 测井资料划分煤层实例图 Copyright © 2012 Hanspub 229 煤层气测井识别与评价方法探讨 上,但其渗透率很低,在浓度差的作用下,甲烷穿过基 质扩散到裂缝中。裂缝在煤的总孔隙体积中占次要地 位,储气能力较低,有少量游离气贮存其中,但渗透 率高,是煤层甲烷渗流的主要通道。 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。图 2是某区炭质页岩的天然 裂缝露头[4]。 在有裂缝的地层中,由于泥浆侵入裂缝中,使得 裂缝的电阻率明显较围岩低,在成像图上显示为暗色 条纹,因此可以利用电成像资料进行裂缝识别。对于 不同成因、不同类型的裂缝具有不同的成像特征,因 此利用成像测井资料可以识别裂缝类型、并能准确计 算裂缝产状,分析裂缝的发育程度等。图3是煤层裂 缝在测井资料上的显示实例。 5. 煤储层参数及煤层含气量评价 煤层含气量既是煤层气勘探和开发中一个非常 重要的参数,同时也是评价煤层资源的一个重要参数。 煤在变质作用中产生的甲烷分子以游离、吸附、 溶解三种状态赋存于煤层中,其中主要以吸附状态存 在于煤体表面,煤层吸附甲烷量的多少决定于压力、 温度、煤质等。因此煤层气与砂岩等岩石中的天然气 的储集有本质的区别。 在煤层测井解释中除煤层含气量外,还要进行煤 层工业组分的分析,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 层的概念和解释模型,应用先进的处理技术,才能达 到精细分析和定量解释煤层含气量的目的[1]。 5.1. 煤层气解释模型 评价煤层含气量的方法是建立在物理模型基础 上的,该模型考虑了甲烷在煤层中的赋存及运动,同 时还要考虑煤层的特殊性,它完全不同于碎屑岩粒间 孔隙储层的模式。煤层不仅是煤层甲烷的储层,同时 也是源岩,它是一种复杂的有机复合体,在煤化作用 及成岩作用的不同阶段,其水分、灰分、固定碳、挥 发分等组分也发生变化。设计的新模型是一个由水 分、灰分、挥发分、固定碳组成的,并有气体含量和 其它因素构成的多组分多矿物复杂岩性模型(如图4 所示)。 根据以上的物理模型,从而可以建立煤层气测井 解释的数学模型。其公式如下: Figure 2. Natural fracture of carbon shale 图2. 某区炭质页岩的天然裂缝露头 Figure 3. The logging nature of fracture in coalbed 图3. 煤层裂缝测井资料特征 水 分 灰 分 固 定 碳 挥 发 分 气 体 含 量 其 他 成 分 Figure 4. Physic model of logging interpretation for coalbed gas 图4. 煤层气测井解释的物理模型 Copyright © 2012 Hanspub 230 煤层气测井识别与评价方法探讨 LXC (1) 式中 L-测井曲线;C-工业组分 算 含气 5.2. 关键井的选择 关键井的选择应针对煤层气的特点,选择不同地 区的 5.3. 测井资料的环境校正 测井资料由于受到井下温度、压力、泥浆侵入、 井眼 5.4. 实验室分析数据的深度归位 钻井取心的煤岩心深度与测井曲线之间存在深 度误 5.5. 测井资料的精细处理和解释 在常规油气勘探中,油、气是做为一种矿物参与 到测 软地层(煤层)中直接 获得 提是综合地质评价, 而在 及含气量含气量;X-响 应参数,实验分析值与测井响应之间相关关系。 当然这个模型是我们在计算煤层的组分和计 量时使用的,而在计算煤层的孔隙度和渗透率等 参数时可以采用常规的油气层测井解释模型。 井,这些井的煤层应具有不同的变质程度,煤的 性质应有一定的差别,具有一定的代表性;此外这些 井的测井资料和实验分析数据应比较齐全。根据这些 井的资料确定相应的解释参数和数学模型,为进一步 的定量解释提供可视的依据。 状况等条件的影响,必须对其进行环境校正。针 对不同的仪器采用不同的解释软件和解释图版进行 校正,使各条测井曲线能真实地反映煤层的测井值, 这些对于煤系地层更显重要,由于裂缝性煤层常常具 有扩径的特征,所以煤层气测井解释过程中井眼校正 尤为重要。 差,因此必须对岩心进行深度校正,使两者深度 一致。 井模型中进行运算处理的,而在煤层气解释中, 这种方法显然是不适用的。吸附气不再是一种有独立 空间存在的气体对测井曲线产生影响,而是依附于煤 的其它四种工业分析组分。所以对煤储层的定量处理 应该首先建立对煤的灰分、水分、挥发分、固定碳的 准确认识上,同时考虑到地区性、构造条件、煤层厚 度、埋深等诸多因素,将这些因素和认识归纳为规律 即可建立煤储层解释模型,编制煤层气处理软件,进 行定量评价。图 5为一口井的煤层测井解释成果图。 6. 煤层机械特性参数研究 多极阵列声波成像测井可在 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。横波资料的取得为进行岩石 机械特性研究提供了可能。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定性分析、岩石强度 分析、压裂设计、水力压裂裂缝高度预测等,为钻井 工程施工及煤层气开采提供参考数据。 7. 区域煤层气综合评价 煤层甲烷勘探地质选区的前 勘探的过程中对区域煤层气进行综合评价,将为 整个区域煤层气的勘探和开发提供可靠的数据。研究 中对区域煤层的横向变化情况、顶底板层横向变化情 况、构造情况、含气量和煤层各工业组分的区域分布 情况、煤层封堵性、煤层力学参数和地应力等进行了 Figure 5. Well-logging interpretat i on results of coalbed gas 图5. 煤层测井解释成果图 Copyright © 2012 Hanspub 231 煤层气测井识别与评价方法探讨 Copyright © 2012 Hanspub 232 情况 了 井系列 映地层岩石物理特性的 测井 语 界上煤炭资源最丰富的国家之一,同 也是 层气勘探开发中的重要手段,可以 选取 参考文献 (References) 国石油集团测井解释技术优 、煤层封堵性、煤层力学参数和地应力等进行 综合的评价。 8. 煤系地层测 通过测井可以录取到反 曲线。利用测井曲线在适当的解释模型支持下, 可以获得进行油、气勘探开发为目的所需的各种参 数,因而对测井系列(项目)的选择可以根据不同的勘 探开发需要来选择,为此,我们根据识别和评价的原 则,制定了一套煤系地层测井系列的优选方案供用户 选择。 9. 结束 我国是世时 采 世界上煤层甲烷总资源量最多的国家之一,经相 关资料报道我国煤层甲烷总资源量为3.0 × 1013~3.5 × 1013 m3,约是美国煤层甲烷总资源量的三倍。因此, 勘探开发煤层甲烷资源对于改善我国能源结构、净化 环境有着十分重要的意义,也是接替天然气资源最现 实的能源[1]。 测井技术是煤 正确的测井序列,应用测井资料对煤储层的成分 及力学性质等参数进行定量计算,从而对煤层气进行 有效的识别和评价。 [1] 李剑浩, 王国平, 郑庆林等. 中 秀论文集[M]. 北京: 石油工业出版社, 2005. [2] SY/T5132-2003. 测井原始资料质量要求[S]. 北京:石油工业 003. 出版社, 2 [3] [法]O·塞拉箸; 谭廷栋, 廖明书等译. 测井解释 基础与数据 ]. 北京: 集[A 石油工业出版社, 1992: 1. [4] D.-H. Han. Fundamental Properties of Gas Shale. DongYing. 2011. |