地球物理測(cè)井在煤層氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用*

苗峰

（山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000）

煤層氣是植物在漫長(zhǎng)地質(zhì)時(shí)期煤化過程中的伴生產(chǎn)物，屬于一種高效清潔礦產(chǎn)資源。據(jù)資料顯示，我國(guó)二千米埋深以淺的煤層氣資源總量為31.46×1012m3，具有很大的開發(fā)利用前景和價(jià)值[1]。地球物理測(cè)井技術(shù)逐漸在煤層氣勘探開發(fā)中備受關(guān)注和大顯身手，但尚未對(duì)煤層氣勘探開發(fā)中的地球物理測(cè)井類型及應(yīng)用范圍進(jìn)行比較系統(tǒng)的總結(jié)。

1 煤田地球物理測(cè)井類型及應(yīng)用

煤田地球物理測(cè)井是發(fā)現(xiàn)煤炭及煤層氣資源的必要手段之一。在煤炭及煤層氣勘探開發(fā)過程中，科研人員基于煤炭及煤層氣資源的自身物理特性及儲(chǔ)蓋層特點(diǎn)等，在借鑒先進(jìn)的石油測(cè)井技術(shù)基礎(chǔ)上，歷時(shí)數(shù)十年的發(fā)展形成了多種煤田地球物理測(cè)井類型，如表1所示。當(dāng)前，根據(jù)煤田地球物理測(cè)井類型及應(yīng)用范圍，大致可分為電法測(cè)井、聲波測(cè)井及核測(cè)井等三種類型。因上述三種類型中的各個(gè)類型又含多個(gè)地球物理測(cè)井類型，限于篇幅文中僅列舉煤田地球物理勘探中最為常見測(cè)井類型。

1.1 電法測(cè)井

電法測(cè)井是基于煤炭及煤層氣或其他探測(cè)目標(biāo)層位與周圍介質(zhì)在電性上的差異，采用電法測(cè)井儀器測(cè)定他們的電導(dǎo)率、電阻率、介電常數(shù)及自然電位等電性參數(shù)的變化情況，進(jìn)而對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)層位進(jìn)行判識(shí)。目前，電法測(cè)井類型主要有：自然電位測(cè)井、普通電阻率測(cè)井、側(cè)向（聚焦電阻率）測(cè)井、感應(yīng)測(cè)井、介電測(cè)井、電磁波測(cè)井、地層微電阻率掃描測(cè)井、陣列感應(yīng)測(cè)井、方位側(cè)向測(cè)井、地層傾角測(cè)井、過套管電阻率測(cè)井等。

1.2 聲波測(cè)井

聲波測(cè)井系據(jù)聲波在不同煤巖層中傳播時(shí)，其速度、幅度及頻率等聲學(xué)響應(yīng)特征參數(shù)的變化來判識(shí)和評(píng)價(jià)地層的巖性、孔隙度和固井質(zhì)量等。目前，聲波測(cè)井類型主要有：聲波幅度測(cè)井、聲速測(cè)井、井下聲波電視、水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)測(cè)井、反射式聲波井壁成像測(cè)井、長(zhǎng)源距聲波全波列測(cè)井、偶極（多極子）聲波測(cè)井、噪聲測(cè)井等。

1.3 核測(cè)井

核測(cè)井又稱為放射性測(cè)井，其原理是基于地層巖性及其孔隙流體的核物理性質(zhì)差異性特征，通過放射性測(cè)井研究和建立地層的地質(zhì)剖面，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)重要目標(biāo)層位，核測(cè)井在煤田地質(zhì)勘探中已成為一種重要的物理測(cè)井手段。目前，核測(cè)井種類較多，大致可分為中子測(cè)井、伽馬測(cè)井及核磁共振測(cè)井等三種類型。伽馬測(cè)井常見類型主要有：密度測(cè)井、自然伽馬測(cè)井、同位素示蹤測(cè)井、自然伽馬能譜測(cè)井等；中子測(cè)井常見類型主要有：超熱中子測(cè)井、中子壽命測(cè)井、中子伽馬測(cè)井、熱中子測(cè)井、C/O比測(cè)井、中子活化測(cè)井、PND-S測(cè)井等；核磁共振測(cè)井測(cè)井常見類型有：預(yù)極化方式和自旋回波方式。

表1 煤田地球物理測(cè)井常見類型及應(yīng)用

2 煤層氣勘探開發(fā)中地球物理測(cè)井技術(shù)系列

2.1 裸眼完井的煤層氣地球物理測(cè)井系列

煤層氣儲(chǔ)集層的判識(shí)和評(píng)價(jià)是煤層氣勘探開的發(fā)關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。歷經(jīng)數(shù)十年的理論研究和工程實(shí)踐，形成了多種地球物理測(cè)井類型相結(jié)合的綜合判識(shí)和評(píng)價(jià)煤層氣儲(chǔ)集層的方法及技術(shù)體系[2]。例如對(duì)于裸眼完井的煤層氣井進(jìn)行煤層氣儲(chǔ)集層判識(shí)和厚度確定時(shí)，可采用：密度測(cè)井（伽馬-伽馬測(cè)井）、自然伽馬測(cè)井、雙側(cè)向電阻率測(cè)井、高分辨率感應(yīng)測(cè)井等四個(gè)系列測(cè)井技術(shù)。其中，井徑測(cè)井、密度測(cè)井（伽馬-伽馬測(cè)井）、自然伽馬測(cè)井、聲波時(shí)差測(cè)井和電阻率測(cè)井是最常用的測(cè)井系列。若要對(duì)煤巖進(jìn)行工業(yè)分析、預(yù)測(cè)和計(jì)算煤儲(chǔ)層的含氣量、孔隙度、物理力學(xué)性質(zhì)和滲透率等參數(shù)時(shí)，除使用井徑測(cè)井、密度測(cè)井（伽馬-伽馬測(cè)井）、自然伽馬測(cè)井外，亦可增加使用雙側(cè)向測(cè)井、微球型聚焦測(cè)井、自然電位測(cè)井、補(bǔ)償中子測(cè)井、微電阻率掃描測(cè)井(FMS)、聲波全波段測(cè)井、地球化學(xué)測(cè)井、碳氧比能譜測(cè)井、溫度測(cè)井等地球物理測(cè)井類型，通過對(duì)這些物理測(cè)井資料的綜合分析和對(duì)比，進(jìn)而得到更為可靠的解釋成果。

2.2 套管完井的煤層氣地球物理測(cè)井系列

套管完井系指在煤層氣井中下入生產(chǎn)套管并使用水泥漿對(duì)套管和井壁之間的環(huán)空進(jìn)行封固（其過程稱為固井）。在固井完畢侯凝結(jié)束后，為了保障抽采系統(tǒng)的封閉型，需對(duì)煤層氣井進(jìn)行固井質(zhì)量（即對(duì)水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量）檢測(cè)。煤田勘探過程中，固井質(zhì)量檢測(cè)方法主要有聲幅測(cè)井、變密度測(cè)井、超聲脈沖反射法測(cè)井、貼井壁分扇形區(qū)水泥膠結(jié)評(píng)價(jià)測(cè)井等多種技術(shù)系列[3]。但聲幅測(cè)井和密度（伽馬-伽馬）測(cè)井在煤層氣勘探開發(fā)中的套管完井固井質(zhì)量檢測(cè)中最為常見，測(cè)井資料解釋結(jié)果可靠。

2.3 煤層氣生產(chǎn)中的地球物理測(cè)井系列

在煤層氣井生產(chǎn)階段，為了制定科學(xué)的煤層氣井排采管控制度，往往有必要了解井筒內(nèi)流體（氣體、地下水及氣-液兩相流）動(dòng)態(tài)變化及地下水補(bǔ)給能力等參數(shù)。為了獲取這些參數(shù)，煤層氣生產(chǎn)過常用流量測(cè)井、流體識(shí)別測(cè)井及井溫測(cè)井等方法來實(shí)現(xiàn)[4-6]。當(dāng)煤層氣井生產(chǎn)過程中出現(xiàn)井下事故（如套管變形、錯(cuò)斷、埋砂、卡泵等）時(shí)，為了了解井下的真實(shí)情況，為事故排查提供可靠資料，可采用反射式聲波井壁成像測(cè)井、井下攝影等手段。

2.4 煤層氣高產(chǎn)富集區(qū)預(yù)測(cè)地球物理測(cè)井系列

煤層氣（煤礦瓦斯）的賦存具有極強(qiáng)的不均一性，這給常規(guī)的瓦斯預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作帶來了極大挑戰(zhàn)，特別是在預(yù)測(cè)、圈定煤層氣富集區(qū)時(shí)往往存在可靠性、實(shí)用性差等。隨著煤田地球物理測(cè)井技術(shù)的快速發(fā)展，地震資料在煤層氣勘探開發(fā)中逐漸備受重視，并初步形成了基于地震資料預(yù)測(cè)、圈定煤層氣高產(chǎn)富集區(qū)的多種技術(shù)方法[7-11]。在這些技術(shù)方法中，基于地震AVO屬性（即振幅隨偏移距的變化屬性）的煤層氣高產(chǎn)富集區(qū)預(yù)測(cè)法最具代表性和實(shí)踐性，其原理是煤層含氣量的多寡勢(shì)必造成其地球物理特性的差異，進(jìn)而產(chǎn)生不同的AVO地震響應(yīng)[12]。該技術(shù)在美國(guó)圣胡安盆地的Cedar Hill煤層氣田、山西省大寧-吉縣煤層氣區(qū)塊、山西省沁水盆地南部寺河煤層氣區(qū)塊煤層氣高產(chǎn)富集區(qū)進(jìn)行了預(yù)測(cè)和實(shí)踐，結(jié)果證實(shí)利用AVO探測(cè)煤層氣具有很強(qiáng)的技術(shù)可行性和應(yīng)用前景[12-13]。

3 結(jié)語(yǔ)

1）煤層氣開發(fā)中的地球物理測(cè)井系列較多，基本包括了煤層氣勘探開發(fā)的各個(gè)階段，為煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有力技術(shù)保障。

2）不同的煤層氣勘探開發(fā)階段因其測(cè)井任務(wù)或目的差異，所選用的地球物理測(cè)井類型亦不盡不同。為了提高測(cè)井任務(wù)的可靠性和獲取更多的測(cè)井響應(yīng)參數(shù)，需選用多種地球物理測(cè)井類型相結(jié)合，配套使用。

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