煤層氣勘探開發(fā)中的測井技術(shù)分析與探索

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展，測井技術(shù)得到了快速發(fā)展，目前廣泛地應(yīng)用在多種自然資源的勘探開發(fā)中，尤其是煤層氣勘探開發(fā)中，其作用非常突出，有效地提高了煤層氣勘探開發(fā)的水平和效率，促進(jìn)了煤層氣的開發(fā)和利用。本文主要對煤層氣勘探開發(fā)中的測井技術(shù)進(jìn)行了分析與探索，對各種測井技術(shù)進(jìn)行了比較系統(tǒng)的總結(jié)。

關(guān)鍵詞：煤層氣;測井;聲波測井、電法測井、核測井;滲透率;孔隙度

我國在1978年的年末開始實(shí)行對內(nèi)改革、對外開放的政策，經(jīng)過40多年的發(fā)展，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對各種自然資源的需求持續(xù)增加，如煤、天然氣、石油等。隨著長時間和大規(guī)模的勘探開發(fā)，常規(guī)的油氣資源地質(zhì)儲量逐年減少，而非常規(guī)的油氣資源地質(zhì)儲量較大，且探明率比較低，勘探開發(fā)潛力巨大。

煤層氣的主要成為甲烷，它不但是一種清潔能源，也是一種非常規(guī)油氣資源。我國的煤層氣資源十分豐富，近些年以來，我國的煤層氣產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展。據(jù)有關(guān)資料表明，我國煤層氣資源總量約為2.68×1014m3，位居全球第三，勘探開發(fā)潛力巨大。但是，由于多種因素的影響，使得我國的煤層氣勘探開發(fā)難度較大，成本高。因此，必須采用相應(yīng)的技術(shù)，提高煤層氣勘探開發(fā)的水平和效率。目前，測井技術(shù)是煤層氣勘探開發(fā)中的重要手段之一，得到了有關(guān)部門的重視，應(yīng)用范圍較廣。

1 測井技術(shù)類型

測井技術(shù)是一門應(yīng)用學(xué)科，是利用專門的儀器在井眼中激發(fā)/接收聲、電、核、磁、重力、溫度和光等地球物理的響應(yīng)，并根據(jù)測量或記錄的結(jié)果來進(jìn)行分析和研究，從而對巖石和流體的特性進(jìn)行定量判別的一種過程或技術(shù)[1，2]。測井技術(shù)是石油和天然氣資源勘探開發(fā)中必不可少的手段之一。在煤層氣勘探開發(fā)的過程中，研究人員通過參考和學(xué)習(xí)石油勘探開發(fā)中的各種測井技術(shù)，根據(jù)煤層氣的物理化學(xué)特性以及煤層氣儲層和蓋層的一些特點(diǎn)，經(jīng)過數(shù)十年的研究和發(fā)展，最終形成了多種適用于煤層氣勘探開發(fā)的測井技術(shù)類型，主要有3大類：聲波測井、電法測井以及核測井。

1.1 聲波測井

聲波測井（Acoustic logging）是指聲波在巖層的傳播過程中，利用相關(guān)儀器測量和記錄巖層的聲學(xué)相應(yīng)特征參數(shù)，如速度、幅度、頻率、衰減規(guī)律等，根據(jù)這些特征參數(shù)的變化情況，對地層的性質(zhì)及情況進(jìn)行識別和評價一種測井方法[1，2]。聲波測井技術(shù)的類型主要有：聲速測井、補(bǔ)償聲波測井、長源距聲波測井、陣列聲波測井以及超聲成像測井等。聲波測井技術(shù)的應(yīng)用范圍主要有：地層巖性劃分、地層對比、儲層評價、識別裂縫、氣層、確定孔隙度、確定地應(yīng)力、評價地層的各向異性以及檢查固井質(zhì)量。

1.2 電法測井

電法測井（Electrical logging）是根據(jù)目標(biāo)層位與圍巖在電性特征上的差異，利用相關(guān)的儀器測量和記錄相應(yīng)的電性參數(shù)，如導(dǎo)電特性、介電特性以及電化學(xué)特性，然后根據(jù)這些電性參數(shù)的變化情況，對目標(biāo)層位進(jìn)行判識的一種測井方法[1，2]。電法測井的技術(shù)類型主要有：電阻率測井、自然電位測井、側(cè)向測井、感應(yīng)測井、電磁波傳播測井、介電測井、地層傾角測井、微電極系及激發(fā)激化測井等。電法測井技術(shù)的應(yīng)用范圍主要有：劃分儲層、地層對比、儲層評價、儲層解釋以及薄層分析等。

1.3 核測井

核測井（Nuclear logging）又稱為放射性測井，是指將核技術(shù)應(yīng)用于井中測量，以物質(zhì)的原子核物理性質(zhì)為基礎(chǔ)的測井方法[1，2]。該技術(shù)的基本原理是根據(jù)巖石及其孔隙流體和井內(nèi)介質(zhì)（套管、泥漿等）的核物理性質(zhì)來研究鉆井地質(zhì)剖面，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)煤、石油等有用礦藏。核測井的技術(shù)類型主要有：伽馬測井、中子測井、密度測井以及核磁共振測井等。核測井技術(shù)的應(yīng)用范圍主要有：地層劃分、識別巖性、確定孔隙度、識別氣層以及確定滲透率等。

2 測井技術(shù)應(yīng)用

相對于其他勘探開發(fā)技術(shù)而言，測井技術(shù)具有方法種類多、分辨率高、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在煤層氣資源勘探開發(fā)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。測井技術(shù)可以反映和描述實(shí)際地下地層的各種巖石物理特征，研究人員可以利用這些特征，可以對煤層氣儲層進(jìn)行有效識別和儲層參數(shù)的定量解釋。

2.1 煤層氣儲層識別技術(shù)

基于測井曲線的相關(guān)原理以及大量實(shí)例，國內(nèi)外學(xué)者提出了各種煤層氣儲層的識別技術(shù)和方法，主要可以分為以下2種：

2.1.1 直接識別法

對于煤層氣儲層而言，測井曲線具有比較獨(dú)特的響應(yīng)特征，與圍巖有明顯的區(qū)別，一般而言，具有“四高三低”的響應(yīng)特征：高電阻率（RT）、高中子（CNL）、高聲波時差（AC）、井眼擴(kuò)徑（CAL）、低自然電位（SP）、低自然伽馬（GR）以及低密度（DEN）[1-3]。

2.1.2 孔隙度分析法

煤層氣儲層存在十分明顯的各向異性，由于CNL和DEN測井不會受到地層各向異性的影響。因此，CNL-DEN孔隙度重疊法可以對煤層氣儲層進(jìn)行預(yù)測，效果較好。另外，CNL-AC孔隙度重疊法與CNL-DEN孔隙度重疊法可以互相驗(yàn)證，減少預(yù)測的多解性。

2.2 煤層氣儲層參數(shù)定量解釋技術(shù)

一般而言，利用測井技術(shù)可以確定煤層氣儲層的多種參數(shù)：①煤巖工業(yè)分析參數(shù);②孔隙度、滲透率和飽和度;③吸附、解吸特性參數(shù);④煤層厚度、深度、儲層壓力、溫度和產(chǎn)能等[1-3]。（注：由于篇幅有限，本文僅闡述前面2種參數(shù)的解釋技術(shù)）

2.2.1 煤巖工業(yè)分析參數(shù)

煤巖主要有4種成分：①固定碳;②揮發(fā)分;③水分;④灰分，其中①、②、③與④呈線性相關(guān)關(guān)系，而①、②和④的線性相關(guān)性較好。煤的真密度與④具有比較好的線性相關(guān)性。因此，可以使用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的相關(guān)分析法，利用DEN測井與④、④與②、④與①之間的相關(guān)關(guān)系表達(dá)式，然后結(jié)合DEN測井的相關(guān)數(shù)據(jù)，最終可以求出煤巖的各種工業(yè)分析參數(shù)。

2.2.2 孔隙度、滲透率和飽和度

煤層氣儲層的孔隙有2種：①裂縫孔隙;②基質(zhì)孔隙。在實(shí)際分析與研究中，通常使用電阻率測井來求取裂縫孔隙度，具體計(jì)算公式如下：

（1）

在（1）式中，Rmf為泥漿濾液電阻率;Rw為地層水電阻率;mf為裂縫孔隙度指數(shù);RLLS為淺側(cè)向電阻率;RLLD為深側(cè)向電阻率;?f為裂縫孔隙度。

基質(zhì)孔隙度可以通過計(jì)算水分含量與裂縫孔隙度之差而獲得。而煤層氣儲層的裂縫滲透率與煤層自身的裂縫發(fā)育程度關(guān)系密切，一般呈正相關(guān)，具體計(jì)算公式如下：

（2）

在（2）式中，RF為比例因子，一般可以通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)獲得;?f為裂縫孔隙度;Kf為裂縫滲透率。

煤層氣的主要成分為甲烷，通常以吸附態(tài)存在于煤層的裂隙之中。通過Langmuir實(shí)驗(yàn)定律可以看出，煤層吸附甲烷的能力比較好，這種能力主要與2種因素：溫度和壓力。在一定壓力下，煤層吸附甲烷氣體量Q的計(jì)算公式如下：

（3）

在（3）式中，Pp表示壓力;PL表示Langmuir壓力;VL表示Langmuir體積。

3 結(jié)語

①測井技術(shù)為煤層氣勘探開發(fā)的各個階段提供了有力的技術(shù)保障，提高了煤層氣勘探開發(fā)的水平和質(zhì)量，因此，必須加強(qiáng)測井技術(shù)的研究，加大測井技術(shù)在煤層氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用，唯有如此，才可以促進(jìn)煤層氣行業(yè)的發(fā)展;②在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況、目的以及任務(wù)，優(yōu)選合適的測井技術(shù)，進(jìn)而獲得合理的解釋成果。另外，從業(yè)人員應(yīng)該不斷積累和總結(jié)各種經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，結(jié)合各種高新技術(shù)，積極探索測井新技術(shù)、新方法，才能提高測井技術(shù)的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

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[3]原俊紅，付玉通，宋昱.深部煤層氣儲層測井解釋技術(shù)及應(yīng)用[J].油氣地質(zhì)與采收率，2018，25（05）：24-31.

作者簡介：

范晉軍（1988- ），男，漢族，山西平遙人，助理工程師，本科，主要從事煤層氣物探方面的工作。