用測井資料評價煤儲層頂?shù)装宸馍w性的方法

高敏 蔡文淵 羅安銀 劉百舟 張莉莉 袁文娟 雷卓

(1．中石油集團(tuán)測井有限公司華北事業(yè)部，河北 062552;2．中石油集團(tuán)測井有限公司國際事業(yè)部;北京 100000;3．中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

用測井資料評價煤儲層頂?shù)装宸馍w性的方法

高敏1蔡文淵1羅安銀1劉百舟1張莉莉2袁文娟3雷卓4

(1．中石油集團(tuán)測井有限公司華北事業(yè)部，河北 062552;2．中石油集團(tuán)測井有限公司國際事業(yè)部;北京 100000;3．中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

本文介紹了用測井資料評價煤儲層頂?shù)装宸馍w性的四種方法。包括:用常規(guī)測井資料計算煤儲層頂?shù)装鍑鷰r的巖性比、厚度的方法;用核磁測井進(jìn)行煤儲層頂?shù)装蹇紫缎浴⒑院涂紫督Y(jié)構(gòu)分析的方法;用微電阻率掃描成像測井進(jìn)行煤儲層頂?shù)装辶芽p發(fā)育程度與連通性評價的方法;用陣列聲波測井資料提供的巖石力學(xué)參數(shù)進(jìn)行煤儲層及其頂?shù)装宓貙雍瑲庑?、天然裂縫及滲透性、地層各向異性等分析的方法。論述了煤儲層頂?shù)装宸馍w性的好與差在以上四種評價方法上的測井響應(yīng)特征各不相同。

煤儲層 頂?shù)装?封蓋性 巖性比 核磁共振 微電阻率掃描 陣列聲波 測井響應(yīng)

Abstract:This paper describes four methods for evaluating the capping property of roof and floor of coal seam．They are:(1)the method for computation of lithology ratio and thickness of roof and floor of coal reservoir by using the conventional logging data;(2)Nuclear magnetic logging method for analysis of porosity，water carrying property and pore structure of roof and floor of coal reservoir;(3)Method for evaluating fracture development and connectivity of the roof and floor using micro－resistivity scanning and imaging log;(4)Analysis of the gassiness，natural fracture，permeability and formation anisotropy of the coal reservoir and its roof and floor using rock mechanics parameters obtained from array sonic logging data．This paper discusses the different logging response of the seam roof and floor in the above evaluating methods．

Keywords:Coal reservoir;roof and floor rocks;capping property;lithology ratio;NMR;micro-resistivity scanning;array sonic log;log response

煤層氣縱向逸散因受到頂?shù)装鍖拥姆馍w性能的 強(qiáng)弱而不同，利用測井資料并結(jié)合地質(zhì)資料對QS盆地主力煤儲層及頂?shù)装暹M(jìn)行分析研究，形成了煤層氣頂?shù)装宸馍w性檢測評價技術(shù)。利用測井資料綜合煤層含氣特性，進(jìn)行煤層氣有利開發(fā)層段的優(yōu)選，為煤層氣的高效開發(fā)提供了指導(dǎo)和幫助。

1 煤儲層頂?shù)装鍖臃馍w性檢測方法

利用測井資料，結(jié)合鉆井、錄井資料，以QS盆地ZZ區(qū)塊為研究對象，以實(shí)際煤樣及分析化驗煤芯含氣量為依據(jù)，開展區(qū)塊煤層頂?shù)装宸馍w性檢測方法研究，形成了煤層頂?shù)装鍖臃馍w性檢測技術(shù)。

1.1 巖性比封蓋性檢測方法

巖性比(S)是指某一層段內(nèi)泥巖厚度和砂巖(灰?guī)r)厚度的比值。

區(qū)塊煤系地層中，主力煤層3#煤頂?shù)装宸馍w層巖性以砂巖、泥巖、砂泥交互、夾炭質(zhì)泥巖為主，從圖1看煤層和其它巖性地層在測井曲線響應(yīng)特征上有明顯的區(qū)別，煤層在測井曲線上具有“三高二低”的特征。即高聲波時差、高補(bǔ)償中子值、中高電阻率值，低自然伽馬值、低體積密度值。

圖1 煤層及頂?shù)装鍦y井響應(yīng)特征圖

表1 ZZ區(qū)塊3#煤層頂、底板層巖性比數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

定義頂?shù)装宓挠嬎憔蝺?nèi)自然伽馬最低處(砂巖、灰?guī)r)巖性比為0、最高處(泥巖)為1，以S為1時封蓋能力最強(qiáng)。通過計算主力煤層上下30m的頂?shù)装鍖拥膸r性比，從巖性上定量判斷頂?shù)装鍖臃馍w性的好壞。

表1是ZZ區(qū)塊3#煤層頂?shù)装鍖訋r性比數(shù)據(jù)統(tǒng)計表，表中巖性比平均為0.57，說明頂?shù)装鍖拥膸r性主要以含砂泥巖為主。

3#煤層頂、底板層封蓋性最好的井是ZS59井，其頂板的巖性比為0.67，底板的巖性比為0.72，巖性主要是封蓋性較好的泥巖及含砂泥巖地層。

3#煤層頂、底板層封蓋性最差的井是ZS46井，其頂板的巖性比為0.40，底板的巖性比為0.45，巖性主要是封蓋性相對較差的砂質(zhì)泥巖地層。

由頂、底板巖性比等值線圖(圖2、圖3)分析，在ZZ區(qū)塊，中北部、南部、西部的井其頂?shù)装宸馍w性比較好，明顯要好于東部地區(qū)。在ZS59、ZS19、ZS28井區(qū)，3#煤頂?shù)装鍖拥姆馍w性品質(zhì)較好。而在ZS50、ZS46井區(qū)頂?shù)装鍖拥姆馍w性品質(zhì)較差。

圖2 3#煤頂板層巖性比等值線圖

圖3 3#煤底板層巖性比等值線圖

1.2 核磁測井封蓋性檢測方法

核磁測井可以直接提供煤儲層及頂?shù)装鍖拥挠行Э紫抖?、滲透率、束縛水飽和度等參數(shù)，還可以提供煤儲層及頂?shù)装鍖拥腡2分布譜，利用核磁測井可以進(jìn)行煤層頂?shù)装宓目紫缎?、含水性分析和孔隙結(jié)構(gòu)分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對煤層頂?shù)装宓姆馍w性進(jìn)行評價。

1.2.1 孔隙度分析法

由核磁測井孔隙度得到的ZZ區(qū)塊3#煤頂、底板層的孔隙度平均值在0.24～4.03%之間，個別含水層段孔隙度值達(dá)到8%，圖4、圖5為ZZ區(qū)塊3#煤頂?shù)装蹇紫抖确植嫉戎稻€圖，從整個區(qū)域來看:

圖4 3#煤頂板層孔隙度等值線圖

圖5 3#煤底板層孔隙度等值線圖

3#煤頂板層ZS25井區(qū)孔隙度最大，為1.69%～1.89%，封蓋性相對最差，ZS44井區(qū)孔隙度為1.09%～1.29%，封蓋性相對較差，ZS14、ZS15井區(qū)孔隙度為0.69%～0.89%，封蓋性相對略差。而ZS27、ZS28、ZS30、ZS42井區(qū)孔隙度最小，為0.29%～0.49%，封蓋性相對最好。

3#煤底板層ZS25井區(qū)、ZS44井區(qū)孔隙度最大，為2.84%～4.04%，封蓋性相對最差，ZS44井區(qū)孔隙度2.44%～3.64%，封蓋性相對較差，ZS39井區(qū)孔隙度1.84%～2.84%，封蓋性相對略差。而ZS19、ZS28、ZS30、ZS54、ZS56、ZS59井區(qū)孔隙度最小，為0.24%～0.44%，封蓋性相對最好。

通過以上分析認(rèn)為:ZZ區(qū)塊3#煤底板層孔隙度要稍高于頂板層孔隙度，說明ZZ區(qū)塊3#煤底板層對煤層氣的封蓋性要稍比頂板層差。

1.2.2 孔隙結(jié)構(gòu)分析法

ZS25井在3#煤之上的泥巖段T2譜為平直的微孔或小孔分布，砂巖層T2譜為小孔分布。3#煤之下的泥巖段T2譜以小到中孔分布，泥巖段之下的砂巖層T2譜為中、大孔分布，并且有較多的可動水指示。該井3#煤層頂板層孔隙結(jié)構(gòu)相對簡單，主要以微孔和小孔為主，底板層孔隙結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，主要以小孔和中孔為主，說明該井3#煤層頂板層的封蓋性比底板層的封蓋性要好。

ZS44井在3#煤頂板上部泥巖段T2譜比較平直，無孔或以微孔分布，砂巖段T2譜以小到中孔分布。3#煤底板層板巖性為含砂泥巖、砂泥巖，底板層T2譜以小到中孔分布為主，有少量大孔徑分布。分析認(rèn)為該井3#煤層頂板層孔隙結(jié)構(gòu)相對簡單，主要以無孔、微孔和小孔為主，底板層孔隙結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，主要以小孔、中孔為主，有少量大孔存在，說明該井3#煤層頂板層的封蓋性比底板層的封蓋性要好。

1.3 成像測井封蓋性檢測方法

利用微電阻率掃描成像測井資料，可以精確劃分煤層有效厚度、夾矸層厚度，進(jìn)行煤層內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征分析，進(jìn)行煤層割理、裂縫的發(fā)育狀況、連通性評價，進(jìn)行頂?shù)装鍖恿芽p發(fā)育情況與連通性評價等，為進(jìn)行煤層及頂?shù)装寰?xì)評價提供有利的幫助。

煤層頂?shù)装逯写嬖诘牧芽p對其機(jī)械性能和縱向滲透率影響很大，能造成頂板巖石強(qiáng)度降低、井眼失穩(wěn)，以及煤層中甲烷氣的逸散，使整體封蓋能力減弱，不利于煤層氣的保存，從而影響煤層氣開發(fā)產(chǎn)量。綜合分析電阻率成像測井資料，把區(qū)塊上煤層頂、底板裂縫發(fā)育程度總結(jié)為5種情況(見表2)。

表2 ZZ區(qū)塊煤層頂?shù)装辶芽p發(fā)育程度分類表

1.4 陣列聲波測井封蓋性檢測方法

陣列聲波測井資料所提供的楊氏模量、彈性模量、泊松比等巖石力學(xué)參數(shù)，可以進(jìn)行煤儲層及頂?shù)装鍖拥膸r石強(qiáng)度、巖石破裂壓力、井眼穩(wěn)定性、地層含氣性、天然裂縫及滲透性、地層各向異性等分析，進(jìn)而對煤層頂?shù)装宓姆馍w性進(jìn)行檢測，為鉆井工程、壓裂施工及壓裂效果檢測、油氣層開采等提供有用參數(shù)和指導(dǎo)。

煤儲層頂?shù)装宓牟此杀?、體積模量、剪切模量、楊氏模量值的高低，直接影響著煤儲層頂?shù)装宓姆馍w性。其數(shù)值低，煤儲層頂?shù)装宓目辜魪?qiáng)度、破裂壓力較低，說明煤儲層頂?shù)装宓牡臋C(jī)械強(qiáng)度弱，地層脆而軟，井眼極易坍落，頂?shù)装宓姆馍w能力減弱，易造成煤層氣的逸散。反之亦然。

2 實(shí)例分析

煤儲層含氣量是評價煤層氣資源的重要參數(shù)，科學(xué)優(yōu)選開發(fā)層段是減小地質(zhì)風(fēng)險，提高采氣量的重要環(huán)節(jié)。

ZS54井3#煤(圖6)，巖心分析的含氣量為28.5m3/t，測井計算的含氣量為24.45m3/t，開發(fā)選擇整個3#煤，日產(chǎn)氣2238m3，水0.3m3，三者反映一致。從圖6上看煤層厚度大，煤質(zhì)好，灰分含量低，割理發(fā)育，頂?shù)装鍨?0多米厚致密泥巖，成像顯示無裂縫發(fā)育，核磁顯示無可動流體，煤層頂?shù)装宸馍w性非常好，對煤層氣起到了很好的封蓋作用。

圖6 ZS54井好煤層封蓋能力較強(qiáng)典型圖例

ZS49井3#煤，巖心分析的含氣量為5.64m3/t，測井計算的含氣量為24.87m3/t，排采為層段3#煤層段，日產(chǎn)氣1281m3，日產(chǎn)水14m3。巖心分析、測井計算與實(shí)際排采的含氣量有一定的差別。電成像資料顯示煤層存在構(gòu)造縫，整體電阻率偏低、水動力活躍，且頂板裂縫發(fā)育，常規(guī)曲線顯示頂部20#層有含氣現(xiàn)象，表明蓋層封蓋能力減低，煤層氣可能逸散至20#層，導(dǎo)致實(shí)際煤層含氣量降低，綜合分析認(rèn)為在本煤層開采時應(yīng)同頂部蓋層同時壓開以求的高產(chǎn)。

3 結(jié)論

利用常規(guī)測井、核磁測井、微電阻率掃描成像測井、陣列聲波測井資料進(jìn)行煤儲層頂?shù)装宸馍w性檢測的四種評價方法，在山西沁水盆地工程示范區(qū)煤儲層頂?shù)装宸馍w性評價中應(yīng)用效果顯著，在優(yōu)選實(shí)施的一些煤層氣井中其產(chǎn)氣量大幅提高，已經(jīng)逐步形成了具有測井行業(yè)特色的煤層頂?shù)装鍖臃馍w性檢測技術(shù)。該技術(shù)為提高煤層氣采收率、獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮了重要的作用。

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Methods for Evaluating Capping Capacity of Roof and Floor of Coal Reservoir with Logging Data

Gao Min1，Cai Wenyuan1，Luo Anyin1，Liu Baizhou1，Zhang Lili2，Yuan Wenjuan3，Lei Zhou4
(1．North China Business Division，CNPC Logging Ltd．Co．，Hebei 062552;2．International Business Division，CNPC Logging Ltd．Co．Beijing 100000;3．China University of Geology，Beijing 100083)

國家科技重大專項《大型油氣田及煤層氣開發(fā)》項目36課題2之煤層氣高效測井技術(shù)。

高敏，女，高級工程師，長期從事測井資料的解釋評價與研究工作。

(責(zé)任編輯 劉 馨)