張作清

（中國石化集團華東石油局測井工程公司，江蘇 揚州225007）

0 引 言

煤的工業(yè)組分包括灰分、固定碳、揮發(fā)分、水分等4部分［1］。U.Ahmed等［2］將地球化學測井引入到煤層煤質(zhì)評價，提高了測井解釋煤組分含量的精度；孫耀庭等［3］建立了煤巖實測灰分含量與測井參數(shù)的經(jīng)驗關系式；高緒晨等［4］提出針對煤層的體積模型并提出了各組分測井響應參數(shù)的獲取方法。在煤層含氣量評價方面，早在1977年，Kim A.G.［5］就曾提出一種基于等溫吸附方程和測井資料計算煤層含氣量的方法（稱為KIM方程）；1992年，J.M.Hawkins、R.A.Schraufnagel和 A.J.Olszewsk等人使用了與Kim A.G.提出的KIM方程相同的數(shù)據(jù)集，結合Langmuir吸附等溫理論共同提出了計算煤層含氣量的蘭氏煤階方程。在國內(nèi)，潘和平等［6］通過分析華北地區(qū)煤樣煤質(zhì)、含氣量實驗測試資料以及相應的測井資料，發(fā)現(xiàn)煤層含氣量與煤層溫度、壓力及碳分、灰分含量具有密切關系，并建立了煤層含氣量的估算方法。董紅［7］、劉效賢［8］、高緒晨［9］、葛祥［10］等也都探討過利用多元線性回歸方法預測煤層含氣量。

本文在測井曲線重構以及井徑擴徑校正基礎上，通過實驗室分析刻度，建立煤的工業(yè)組分與測井曲線的經(jīng)驗計算關系式，并對含氣量與深側向電阻率、自然伽馬、補償密度、補償聲波時差等4條測井曲線進行單相關分析，通過復合參數(shù)P建立煤層含氣量的計算公式，最終將這一研究成果應用于和順地區(qū)煤層氣井的處理，取得了滿意的地質(zhì)效果。煤層存在的擴徑現(xiàn)象制約了運用測井資料評價煤層含氣量的精度。本文還探討了測井曲線重構法和直接針對擴徑處的經(jīng)驗統(tǒng)計回歸法。

1 測井資料井眼校正

1.1 測井曲線重構法

聲波測井測量過程中一般都是居中的且具有井眼補償功能，因而受井壁垮塌的影響相對較小。在擴徑不太嚴重的情況下，補償聲波測井可以較好地反映真實地層信息。利用聲波時差孔隙度重構體積密度和補償中子測井曲線。由巖石體積模型可得

由聲波時差孔隙度重構體積密度ρAC

由聲波時差孔隙度重構補償中子φNAC

式中，Δt、Δtma、Δtsh、Δtf分別為地層、骨架、泥質(zhì)和流體聲波時差；ρma、ρsh、ρf分別為骨架、泥質(zhì)、流體體積密度；φNsh為泥質(zhì)中子測井值；ρAC、φNAC分別為體積密度、補償中子測井重構值。

1.2 擴徑處的經(jīng)驗校正方法

本文統(tǒng)計了和順地區(qū)10口井的煤層擴徑值與測井值的相關關系式，提出了基于擴徑率的井徑校正方法

式中，L、Lc分別為校正前、后測井值；DCAL為井徑值；Dbits為鉆頭直徑；a、b為校正系數(shù)。

圖1 煤層井徑校正前后測井響應對比圖

圖1為煤層井徑校正前后測井響應對比圖。井徑校正前擴徑嚴重的井段（如501.875～502.375m）密度測井值降低，補償中子測井值增大，聲波時差出現(xiàn)尖峰，這顯然是受到了擴徑的影響；井徑校正后，各測井值均在煤層正常響應范圍內(nèi)，消除了由于擴徑產(chǎn)生的聲波時差測井曲線的尖峰突變。

2 煤層工業(yè)組分計算

大量巖心分析測試研究表明，煤心的體積密度與含灰量存在線性關系，含灰量又與揮發(fā)分、固定碳含量存在線性關系。依據(jù)和順地區(qū)煤層工業(yè)分析實驗結果分別建立煤心密度與灰分的線性關系、灰分與揮發(fā)分的線性關系、灰分與固定碳的線性關系（見圖2、圖3、圖4），進而得出和順地區(qū)煤層四元工業(yè)組分（灰分、固定碳、揮發(fā)分、水分）的測井計算模型

式中，ρ為密度，g／cm3；Va為灰分含量，%；Vfc為固定碳含量，%；Vvm為揮發(fā)分含量，%；Vm為水分含量，%。

圖4 和順地區(qū)灰分與揮發(fā)分交會圖

分析測井密度與煤巖各組分的關系式可知，測井密度值與灰分呈正相關關系，即密度值越大，灰分含量越高；與固定碳呈負相關關系，即密度值越大，固定碳含量越低。

3 煤層氣含量計算

3.1 單相關分析

煤層氣主要以吸附狀態(tài)存在于煤層微裂隙中，其賦存狀態(tài)隱蔽，對測井響應特征的影響復雜。但是在一個井田范圍內(nèi)，在沉積環(huán)境、變質(zhì)程度、還原程度、灰分和水分相似的煤層，由于以甲烷為代表的烴類氣體在電阻率（104～109Ω·m）、密度（0.716 8mg／cm3）等測井曲線上與煙煤（電阻率100～5 000Ω·m、密度1.25～1.35g／cm3）有著明顯的區(qū)別，所以存在這樣的一般趨勢：隨甲烷氣體的增多，電阻率會增高，密度減小，反之亦然。這就為測井參數(shù)解釋煤層氣含量提供了物理基礎。通過解釋，初步確定了應用深側向電阻率、自然伽馬、補償密度、補償聲波時差等4條對含氣量敏感的測井曲線進行單相關分析（見表1）。

表1 煤層氣含量與測井曲線單相關分析表

從上述單相關分析可以看出，補償密度與煤層含氣量相關性最好，自然伽馬次之，補償聲波時差較差，深側向電阻率最差，最終舍棄深側向電阻率Rt，引入組合參數(shù)P對煤層含氣量進行評價。

3.2 應用復合參數(shù)P計算含氣量

測井曲線與含氣量的關系研究表明，含氣量與聲波時差呈一定正相關關系，與自然伽馬、補償密度測井數(shù)據(jù)則呈一定負相關關系。為克服單參數(shù)的局限性，采用逐步判別分析法測試這些參數(shù)對含氣性的貢獻，再結合實際儲層變化對測井分析的需要，確定利用聲波時差、自然伽馬和體積密度構成的復合參數(shù)P，其定義為

作和順地區(qū)復合參數(shù)與含氣量的交會圖如圖5所示。由交會圖建立復合參數(shù)計算含氣量的公式為

式中，V為含氣量，m3／t；P為復合參數(shù)。

圖5 和順地區(qū)含氣量—復合參數(shù)交會圖

4 處理實例

應用上述方法對和順地區(qū)20多口井進行了處理。以×－1井處理結果中的22號煤層為例進行說明（見圖6）。從處理成果可以看出，煤層運用回歸分析法計算得到煤層工業(yè)組分（固定碳、灰分、揮發(fā)份），與煤心實驗分析結果對應較好，計算結果線與實驗分析點基本重合（圖6中第1道、第2道、第3道）。圖6中第4道分別為運用提出復合參數(shù)P計算的含氣量（圖6中綠色線）和運用密度法計算的含氣量（圖6中藍色線）。通過與現(xiàn)場煤層氣含氣量測試結果對比（圖6中點線）可以看出，由綜合參數(shù)P計算的含氣量與現(xiàn)場測試結果更為吻合，說明該方法可行，精度能滿足要求。物性計算結果不理想是今后努力的方向。

從處理成果圖6可以看出，運用回歸分析法計算的煤層工業(yè)組分與煤心實驗分析結果對應性較好，曲線與實驗分析點基本能重合。含氣量分析結果表明，運用復合參數(shù)P計算的含氣量（圖6中綠色線）較原密度法計算的含氣量（圖6中藍色線）與煤心分析結果對應性更好，說明以上方法在對和順地區(qū)煤層工業(yè)組分和含氣量進行研究時效果更好，精度也更高。

圖6 和×－1井一次解釋、二次解釋、實驗分析對比圖

5 結 論

（1）煤層的擴徑現(xiàn)象制約了運用測井資料評價煤層的精度。利用曲線重構法以及經(jīng)驗公式可以對測井曲線進行校正。

（2）煤心的體積密度與含灰量存在線性相關關系，而含灰量又與揮發(fā)分、固定碳含量存在線性相關關系。通過密度測井曲線可以建立相應的工業(yè)組分計算公式。

（3）通過測井曲線與含氣量的單相關分析，建立復合參數(shù)P計算含氣量的計算公式，對和順地區(qū)煤層氣井進行了處理，經(jīng)煤心實驗分析結果檢驗，說明了該方法的有效性。有一定的推廣應用價值。

［1］ 楊孟達.煤礦地質(zhì)學［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2006.

［2］ Ahmed U，Johnston D，Colson L.An Advanced and Integrated Approach to Coal Formation Evaluation［J］.SPE22736，1991：755－770.

［3］ 孫耀庭，李濤.測井評價煤層天然氣的方法［J］.石油天然氣學報，2005，27（4）：464－466.

［4］ 高緒晨，張春才，鍛鐵梁.煤層氣測井資料解釋初探［J］.中國煤田地質(zhì)，2003，15（4）：54－56.

［5］ Ann G Kim.Estimating Methane Content of Bituminous Coalbeds from Absorption Data ［M］.U.S.：Dept.of the Interior，Bureau of Mines（RI8245），1977：1－11.

［6］ 潘和平，劉國強.依據(jù)密度測井資料評估煤層的含氣量［J］.地球物理學進展，1996，11（4）：53－59.

［7］ 董紅.基于測井資料評價遼河油田東部凹陷煤層［J］，中國煤層氣，2007，4（4）：39－42.

［8］ 劉效賢，李承華.測井評價煤層氣儲層的方法探討［J］.中國煤炭地質(zhì)，2008，20（12）：1－3.

［9］ 高緒晨，張炳，羨法.煤層工業(yè)分析、吸附等溫線和含氣量的測井解釋［J］.測井技術，1999，23（2）：108－111.

［10］ 葛祥，李濤.煤層氣儲層重要物性參數(shù)的測井評價［J］.測井與射孔，2002（4）：40－44.