屈樂，李新，章海寧

（1.西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065；2.中國石油集團(tuán)測井有限公司，陜西 西安 710077）

煤階是煤最基本的性質(zhì)。煤階類型是煤巖儲層不同成巖作用和煤化程度的綜合反映，它直接影響煤層的生氣和儲氣能力及裂隙發(fā)育［1-4］。煤巖的煤階類型越高，煤的生氣潛力越大；同時，煤的煤化程度越高，煤的吸附能力也越強(qiáng)。因此，煤階類型的準(zhǔn)確識別是地球物理測井技術(shù)評價煤層氣儲層的關(guān)鍵。

對于煤階類型的識別，目前國內(nèi)外最常用的方法是實驗測量法，通過測量煤巖中鏡質(zhì)體反射率（R0）的含量，利用我國煤階類型劃分標(biāo)準(zhǔn)確定相應(yīng)煤階類型［5-7］。由于實驗測量對煤巖巖心的依賴度較高，時效性較差，難以在大范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。實際上煤階類型的不同，在測井曲線上會有典型的曲線特征。本文利用大量的測試化驗分析實驗與測井資料結(jié)果，系統(tǒng)總結(jié)了褐煤、長焰煤、氣煤、肥煤等8種煤階類型儲層的測井響應(yīng)特征，建立了不同擴(kuò)徑尺度上識別煤階類型的測井解釋圖版，實現(xiàn)了煤階類型的測井快速定量識別。

1 不同煤階類型的煤巖儲層測井響應(yīng)特征分析

在煤炭行業(yè)中，鏡質(zhì)體反射率 （RO）用來衡量煤巖變質(zhì)程度的高低 （見表1），煤階劃分可以通過建立測井資料和鏡質(zhì)體反射率RO之間的統(tǒng)計關(guān)系［8］。但是由于地區(qū)限制，煤階類型單一或是只有幾種，很難建立一種經(jīng)驗公式推廣應(yīng)用到其它地區(qū)，這時考慮從不同煤階類型的煤巖儲層測井響應(yīng)特征中，歸納出不同煤階類型的煤巖儲層測井響應(yīng)特征。

表1 不同煤階的鏡質(zhì)體反射率

1）褐煤。如圖1所示，褐煤在變質(zhì)程度上是最低，屬于低階煤，埋深較淺，受壓實作用最小，因此孔隙度最大，生氣能力最差。從圖1可知，褐煤的測井響應(yīng)特征為低自然伽馬，其值在30～50API，中等的聲波時差，其值在300～400μs／m；中等的中子測井值，其值在40%～52%；低密度值，其值在1.5～1.8g／cm3；極低的電阻率其值小于40Ω·m。

圖1 褐煤的測井響應(yīng)特征圖

2）長焰煤。長焰煤在變質(zhì)程度上高褐煤一級，屬于低階煤，埋深淺。如圖2所示，長焰煤的測井響應(yīng)特征為低自然伽馬，其值在20～40API，中等的聲波時差，其值在420～470μs／m；中等的中子測井值，其值在40%～60%；低密度值，其值在1.4～1.7g／cm3；低電阻率，其值在20～100Ω·m。

3）氣煤。氣煤在變質(zhì)程度上高煤長焰一級，屬于低階煤。從圖3可知，氣煤的測井響應(yīng)特征為低自然伽馬，其值在小于30API，中等的聲波時差，其值在420～450μs／m；中等的中子測井值，其值在40%～60%；低密度值，其值在1.4～1.7g／cm3；中～低電阻率，其值在100～300Ω·m。

圖2 長焰煤的測井響應(yīng)特征圖

圖3 氣煤的測井響應(yīng)特征圖

4）肥煤。肥煤在變質(zhì)程度上高氣煤一級，屬于中階煤。從圖4可知，長焰煤的測井響應(yīng)特征為中-低自然伽馬，其值在35～80API，中-高的聲波時差，其值在400～550μs／m；高中子測井值，其值在大于60%；低密度值，其值小于1.4g／cm3；中～低電阻率，其值在100～500Ω·m。

5）焦煤。焦煤在變質(zhì)程度上高肥煤一級，屬于中階煤。從圖5可知，焦煤的測井響應(yīng)特征為中-低自然伽馬，其值在20～90API，中-高的聲波時差，其值在390～470μs／m；高中子測井值，其值在大于58%；低密度值，其值在1.3～1.5g／cm3；中～高電阻率，其值在300～4000Ω·m。

圖4 肥煤的測井響應(yīng)特征圖

圖5 焦煤的測井響應(yīng)特征圖

6）瘦煤。瘦煤在變質(zhì)程度上高焦煤一級，屬于中階煤。從圖6可知，瘦煤的測井響應(yīng)特征為中-低自然伽馬，其值在20～100API，中-高的聲波時差，其值在425～470μs／m；高中子測井值，其值在50%～60%；低密度值，其值在1.3～1.5g／cm3；中-高電阻率，其值在100～2000Ω·m。

圖6 瘦煤的測井響應(yīng)特征圖

7）貧煤。貧煤在變質(zhì)程度上高瘦煤一級，屬于中階煤。從圖7可知，貧煤的測井響應(yīng)特征為中-低自然伽馬，其值在20～80API，中等的聲波時差，其值在400～425μs／m；中等的中子測井值，其值在39%～52%；低密度值，其值在1.3～1.6g／cm3；高電阻率，其值在1000～10000Ω·m。

圖7 貧煤的測井響應(yīng)特征圖

8）無煙煤。無煙煤在變質(zhì)程度上高貧煤一級，屬于高階煤。從圖8可知，貧煤的測井響應(yīng)特征為中-低自然伽馬，其值在20～80API，中等的聲波時差，其值在350～425μs／m；中等的中子測井值，其值在30%～45%；低密度值，其值在1.2～1.5g／cm3；高電阻率，其值在300～10000Ω·m。

圖8 無煙煤的測井響應(yīng)特征圖

2 不同煤階類型的煤巖儲層測井識別方法研究

通過上述對于不同煤階類型的煤巖儲層測井響應(yīng)特征的分析可知，電阻率的差異和中子值能很好的區(qū)分煤階類型，而聲波時差可以起來輔助作用。由于煤巖的力學(xué)性質(zhì)很差，在煤層段大部分都有擴(kuò)徑現(xiàn)象，在這種井眼垮塌情況下，井眼條件對測井曲線的影響就很大，因此有必要建立一套在不同擴(kuò)徑尺度上利用測井資料劃分煤階類型的識別圖版。

隨著變質(zhì)程度的增加，最直接的反映是電阻率的變化，變質(zhì)程度越高，電阻率越大，因而褐煤最有最低的電阻率；而中子值是通過測量地層中的含氫指數(shù)來表征的，煤巖儲層中氫的來源主要是骨架和儲層中煤層氣，理論上焦煤具有最高的吸附量，因此，焦煤的中子值很高。

圖9是擴(kuò)徑從小于1.5in，1.5～2.5in、2.5～3.5in和大于4.5in這四種情況下的利用測井資料劃分煤階類型的識別圖版，當(dāng)井眼條件很好的情況下（擴(kuò)徑小于1.5in），長焰煤具有很低的電阻率，在20～100Ω·m，中子值在40%～60%；氣煤的電阻率在100～300Ω·m，中子值在40%～60%；焦煤的電阻率在1000～3000Ω·m，中子值在大于60%；貧煤的電阻率在1000～10000Ω·m，中子值在35%～45%；無煙煤的電阻率在1000～10000Ω·m，中子值在35%～55%。

如圖10，當(dāng)井眼條件中等的情況下 （擴(kuò)徑在1.5～2.5in），長焰煤具有很低的電阻率，在20～100Ω·m，中子值在45%～60%；氣煤的電阻率在100～300Ω·m，中子值在40%～60%；焦煤的電阻率在1000～4000Ω·m，中子值在大于60%；瘦煤的電阻率在200～3000Ω·m，中子值在50%～60%；無煙煤的電阻率在800～10000Ω·m，中子值在40%～55%。由統(tǒng)計幾種煤階類型的中子值來看，部分下限值受井眼的影響在增大。

如圖11，當(dāng)井眼條件差的情況下 （擴(kuò)徑在2.5～3.5in），褐煤具有最低的電阻率，電阻率小于40Ω·m，中子值在40%～50%；長焰煤的電阻率在30～100Ω·m，中子值在45%～65%；瘦煤的電阻率大于1000Ω·m，中子值在45%～55%；無煙煤的電阻率在600～10000Ω·m，中子值在35%～50%。由統(tǒng)計幾種煤階類型的中子值來看，部分下限值和上限值受井眼的影響在增大。

圖10 中子-深電阻率煤階類型劃分圖版 （擴(kuò)徑在1.5～2.5in）

圖11 中子-深電阻率煤階類型劃分圖版 （擴(kuò)徑在2.5～3.5in）

如圖12，當(dāng)井眼條件很差的情況下 （擴(kuò)徑大于4.5in），長焰煤的電阻率在60～100Ω·m，中子值在45%～55%；肥煤的電阻率200～500Ω·m，中子值在＞60%；焦煤的電阻率在1000～4000Ω·m，中子值在大于60%；瘦煤的電阻率700～2000Ω·m，中子值在50%～60%；無煙煤的電阻率在200～4000Ω·m，中子值在35%～55%。由統(tǒng)計幾種煤階類型的中子值來看，部分下限值和上限值受井眼的影響在增大，而電阻率受井眼的影響在減小。

圖12 中子-深電阻率煤階類型劃分圖版 （擴(kuò)徑大于4.5in）

4 結(jié)論

1）利用大量的測試化驗分析實驗與測井資料結(jié)果，系統(tǒng)總結(jié)了褐煤、長焰煤、氣煤、肥煤等8種煤階類型儲層的測井響應(yīng)特征，構(gòu)建了不同煤階類型儲層測井響應(yīng)圖版。

2）由于煤巖的力學(xué)性質(zhì)較差，不同井眼條件的煤階類型識別圖版可以有效的識別各種煤階，降低了井眼條件對測井系列的影響。