煤层气储层的测井评价方法研究

煤层气储层的测井评价方法研究

王清琢

中石油煤层气有限责任公司韩城分公司陕西韩城715400

摘要：随着世界经济的加速发展，常规的油气资源开始无法满足我们的生活和社会需求，煤层气、页岩气等非常规能源的勘探开发显得尤为重要。我国煤炭资源量巨大，开展煤层气储层研究必将为我国的社会发展带来重大效益。本文以煤层气储层测井评价为核心展开讨论，对煤层气储层的地质与测井特征展开分析，开展煤层气储层测井评价研究。

关键词：煤层气储层；煤质组分分析；储集参数评价

1.绪论

由于经济迅猛发展，能源短缺问题日益明显。天然气是一种清洁能源，是未来能源发展的重要方向。随着中国对能源需求的增长，天然气的勘探与开发将解决能源在优化结构和供给安全两方面的难题，对实现可持续发展具有重要作用。测井方法作为煤层气储层开发研究工作中的一种手段具有广泛前途。因此，利用地球物理测井解释理论与方法，结合煤层气储层的特性，深入开展煤层体积模型、煤层气吸附机理和吸附规律测井解释方法研究，建立评价系统，具有较高的理论意义和应用价值。

2.煤层气储层的地质与测井特征

2.1煤层气储层的成分与结构特征

煤层气储层可以看成是孔隙-裂隙双重复杂孔隙结构，是固体、液体、气体三相介质共存的地质体。煤层裂隙把煤岩切割成无数个基质块，煤岩含有许多基质孔隙，其比表面很大，成为吸附气体存储的主要场所，煤裂缝被水填充，有少量溶解气存在于水中，也有少量游离气于孔隙-裂隙系统中存在。

煤层气储层中的固体介质就是指煤基质部分，主要成分分为有机质和无机矿物。在光学显微镜下，有机质可以分为镜质组（脆性强，容易产生裂缝，对气体吸附和流体流动有利）和惰质组以及壳质组。无机矿物组分中粘土约占60%~80%，其余矿物成分有硫化物、氧化物等。无机矿物在基质中呈现颗粒状，偶尔以夹矸出现，导致煤层气储层的强非均质性，同时也影响了裂隙发育以及渗透性和含气性，煤中无机矿物对煤层气的储集以及开发具有负面影响。

煤层气储层中的液体介质就是指煤中的水，包括自由水和束缚水，自由水主要指宏观裂隙、显微裂隙、大中孔隙中的游离水，束缚水主要指强结合水、弱结合水以及微孔中的毛细水。按照水分结构形态划分，可以分为液态水和结合水。当分子间的引力比重力小时，水与周围岩体颗粒之间以物理力学形式连接，形成液态水，包括主要受重力作用形成的重力水和因毛细管作用吸附的毛细水。

2.2煤层气储集特征

煤层气的储集不需要圈闭，甲烷是其主要成分，在煤基质中以吸附态赋存。基质孔隙内表面大，能够给气体分子充足的存储空间。

在煤的裂缝中可能含有气和水，在煤层气开采之前，为了降低裂缝的存储能力，要把裂缝中的水开采出来。脱水过程会导致基质中的气体解吸，扩散并移动到裂缝中。煤层气的运移机理包括：

（1）解吸：在煤层气开采之前，是以分子状态在煤颗粒表面（孔隙内表面）吸附着的，煤层气开采时，由于压力的降低，地层能量逐渐衰减，当低于解吸压力之后，吸附气被解吸出来变成游离气。

（2）扩散：吸附气被解吸出来后，由于煤基质与裂缝之间存在不同的气体浓度，导致煤层气开始扩散，气体从浓度高的基质扩散进入浓度低的裂缝。

（3）运移：气体解吸、扩散导致压力梯度发生改变，由于裂缝与井眼之间压力差的存在，使得气体由煤岩裂缝向井眼中运移。

煤层与其他岩性不同的是，在煤基质中赋存的吸附气的特点。能够产生吸附状态气体是因为有不饱和能存在于煤的孔隙表面，气体分子是非极性的，将与不饱和能之间产生吸附力（范德华力），将气体分子吸附。而水分子并不是非极性的，与煤孔隙表面不会产生这种吸附力。

3.煤层气储层测井评价

3.1常规煤层气测井技术

煤层气测井方法的测井系列与油田的测井系列类似，具体划分为以下三种基本类型。

（1）套管井煤层气测井系列

选择合适的测井系列，对整个煤层气勘探开发环节意义重大。国内外前人学者大量理论及实践，对识别煤层和确定煤层厚度有很多借鉴之处，在裸眼井测井系列中，一般选用补偿密度测井、高分辨率密度测井、岩性密度测井；井径测井；自然伽马测井；双感应、双侧向测井；高分辨率感应测井。

对于完成煤岩工业分析、确定煤层的基质孔隙度和裂缝孔隙度、含气饱和度、基质渗透率和裂缝渗透率以及岩石的力学参数等，除了使用密度测井、井径测量、自然伽马测井外，还可额外使用微电阻率测井；双侧向测井、微球型聚焦测井；自然电位测井；补偿中子测井、超热中子测井；微电阻率扫描测井；数组声波测井和声波全波段测井；地球化学测井；碳氧比能谱测井；井下电视；温度测量等测井技术。

（2）套管井煤层气测井系列

考虑到测井理论，尽可能的选择裸眼井测井，会使获得的煤系地层信息尽可能准确。若实际条件不允许或其它各种客观因素致使无法完成裸眼井测井，可选择套管井测井，从而更方便的处理套管井煤层气储层评价问题及对井筒进行动态监测等。由美国的相关实践，对煤层气储层在套管井中的确定、识别煤层厚度及对水泥胶结的监测，可以选择：密度测井、补偿中子测井、脉冲中子测井；自然伽马测井、自然伽马能谱测井；水泥胶结测井、声波变密度测井等测井技术。

（3）生产井煤层气测井系列

煤层气生产测井是进入生产开发阶段之后，人们设计的一种为了掌握该阶段井筒流体的动态参数和井内出现或可能出现的环境故障的测井组合。此测井组合是融合工程测井，以对动态的流体参数测量为主，并辅以一些勘探中常用的测井方法的组合。目前，煤层气生产测井中所用到的技术，最常用的包括流量测井(例如使用连续流量计)、流体识别测井(例如使用压差密度计)、温度测量和井下照片等。

3.2优选的煤层气储层测井方法

这里开展了煤层气储层裸眼井测井方法优选分析。

（1）研究区煤层气储层测井的首要问题是岩性识别问题。在研究区主要识别煤岩，其围岩多是砂泥岩，开展煤层气储层自然电位测井、自然伽马测井和井径测井，可以较好地完成基本岩性识别。但煤岩的识别则必须依赖于对煤岩敏感的密度测井曲线。因此开展自然电位、自然伽马、井径及密度测井可以在研究区有效识别煤层。

（2）研究区煤岩的工业组分及物性研究是煤层气储层研究的关键问题。煤的工业组分与补偿声波测井、补偿密度测井具有良好的相关性，补偿密度测井、补偿中子测井和补偿声波测井对于煤岩的孔隙性、渗透性研究尤为关键，因此必须在研究区开展补偿声波、补偿密度、补偿中子测井。

（3）研究区煤层气储层的含气性研究是煤层气储层研究的核心问题。针对不同成因煤岩电阻率特征，对于高阻煤储层选用侧向测井方法、对于低阻煤储层选用感应测井方法。结合补偿密度测井、中子测井可以较好地完成煤层气储层含气性研究。因此必须开展双侧向，双感应等测井方法。

结语

煤层气储层测井评价技术总体上可以分为储层定性识别技术、储层参数定量解释技术以及储层综合评价分析技术。其中储层参数定量解释技术是测井评价研究的核心。本论文依托于国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室开发研究课题，遵循地质约束测井、岩心刻度测井的原则，以煤层气测井精细解释技术为研究重点，针对煤层气储层的测井评价方法展开研究，有助于其它地区开展好煤层气测井精细解释研究。

参考文献

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