煤层气测井评价2

题目煤层气的测井评价

制作人：刘博彪成杰朱博文崔莎莎

周道琛万程贾凡解冲雷

前言 (1)

0.1研究目的及意义 (1)

0.2煤层气测井的研究现状 (2)

第一章煤层气及储层的基本特征 (4)

1.1 煤层气的储层特征 (4)

1. 2煤层气的赋存状态 (5)

第二章煤层气的测井解释 (6)

2.1 煤储层的测井响应 (6)

2.1.1煤层气的电性特性 (6)

2.1.2 煤层气的测井相应特征 (6)

2.2储层参数的测井评价方法 (7)

2.2.1煤层的深度和厚度 (7)

2.2.2煤的工业分析参数 (8)

2.2.3煤层含气量 (8)

2.2.4渗透率和裂缝孔隙率 (8)

2.2.5岩石力学性质 (8)

2.3 实例分析 (9)

2.3.1 煤层与围岩的识别 (9)

2.3.2 煤的工业分析 (9)

2.3.3 含气量 (12)

2.3.4 渗透性的测井评价 (14)

2.3.5 资料的处理 (15)

第三章结论及建议 (17)

3.1 本文得出的结论 (17)

3.2 煤层气测井技术存在的煤层问题与建议 (17)

参考文献 (18)

前言

0.1研究目的及意义

煤层气俗称煤层甲烷或煤层瓦斯，是有机质在煤化作用过程中生成的、主要以吸附

状态赋存于煤层及其围岩中的可燃气体，其主要成分是甲烷，其次为二氧化碳、氮气等。煤层气是一种自生自储式的天然气资源，与石油及常规天然气藏有所区别，故称为非常

规天然气。

在过去的几十年里，作为一种新型绿色能源，煤层气资源受到世界各国的重视，许

多国家相继加大了对煤层气资源的勘探开发力度。美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯及

英国等国家是较早的将煤层气作为天然气能源进行开发和利用的国家。其中，美国是世

界上开采煤层气最早、煤层气商业性开发最为成功、也是产量最高的国家。

我国煤层气资源丰富，分布广泛，图1-1为我国主要含气区煤层气资源分布情况。

但是，由于我国煤层气勘探开发尚处于起步阶段，煤层气勘探程度普遍偏低。煤岩的组

成组分较为复杂，且各组分含量变化较大，被认为是最复杂的岩石，加之其基质孔隙-

裂缝的双重孔隙系统，共同导致煤层具有很强的非均质性，这给测井解释带来了更大的

多解性和不确定性。

测井方法被广泛应用于煤层气勘探开发过程，主要用于划分煤体宏观结构层深度、厚度及夹研层等)，进行煤质分析，确定煤体的物理参数(孔隙度、渗透率、地层孔隙压力及温度等)，以及结合室内煤心分析化验资料计算煤层含气量等。目前，我国煤层气测井评价水平整体较低，加强对煤层气储层测井评价的基础研究工作，提高煤层气储层测井解释精度，对我国煤层气资源的开发和利用具有重要意义

0.2煤层气测井的研究现状

(1)煤层气测井数据采集方面。目前，我国尚没有专门针对煤层气储层评价的测井方法和仪器设备，基本还是使用常规油气藏测井技术。常用的测井方法包括自然伽马、井径、井温、补偿密度、补偿中子、声波时差、深浅侧向以及微球形聚焦电阻率测井等。

(2)煤层识别方面。煤层的划分是煤层气储层评价的前提，通常使用体积密度测井划分煤层厚度。侯俊生(1996, 2000)等提出利用自组织神经网络、BP神经网络、模糊判别分析等方法，综合利用多条测井曲线，实现煤层气储层自动识别和划分。乌洪翠(2008)等借鉴CRA 程序思想，利用中子一密度交会三角形实现了煤系地层的自动划分。潘和平(1993)等将常规天然气储层识别方法应用于煤层气储层，包括电阻率比值法、孔隙差异法、空间模量差比法以及声波差值法等方法。

(3)煤质分析方面。煤的工业分析组分包含灰分、固定碳、挥发份和水分四部分，通常是在实验室测试获得。测井方法引入煤炭及煤层气资源的勘探开发过程中后，人们开始使用测井资料评价煤质。早在上世纪八十年代末，哈里伯顿公司的M.J.Mullen在对美国新墨西哥州和科罗拉多州圣胡安盆地煤层气资源进行勘探过程中，就研究过煤心实验分析资料与测井响应资料的相关关系，并建立了地区性的评价煤质及煤层含气量的测井解释模型，取得了较好的应用效果。九十年代初，斯伦贝谢公司的U.Ahmed等人又提出将地球化学测井应用于煤层煤质及含气量的评价，从而提高了测井解释煤质组分含量的精度。在煤质分析方面，国内的学者也做了大量尝试，高绪晨等(2003)详细分析了煤层体积组分模型，并提出各组分测井响应参数的获取方法;孙耀庭等（2005）利用煤层刻度测井计算灰分含量，建立了煤岩实测灰分含量与测井参数的经验关系;胡素华等（2008)提出分别针对煤系地层及非煤系地层的体积模型;董红等(2001)采用统计分析法(多元线性回归)建立辽河油田东部凹陷煤层煤组分、煤阶测井解释模型;孙新华(1991)提出基于电阻率测井、密度测井以及物质平衡方程的CW A法计算煤质参数，并将最优化测井解释方法引入到煤质评价中;满建康（2008）、吴东平（2000）、侯俊胜等(1999)分别采用模糊数学、人工神经网络技术等现代非线性方法进行煤质评价，避免了选取煤层组分测井响应参数的难题。

(4)煤层孔、渗物性评价方面。O.Faivre和A.M.Sibbit (1985)两位学者利用有限元数值模拟法，得到裂缝性地层双侧向测井响应方程，并提出裂缝宽度(裂缝张开度)及裂缝渗透率的计算公式。Darrell Hoyer (1991)将上述方法应用于煤层，并用交会图技术证实了用双侧向电阻率测井资料计算煤层裂缝宽度的有效性。R.Aguilera(1994)针对煤层气储层特点，基于煤层柱状体积模型(火柴棒模型)，提出一种利用双侧向电阻率测井资料计算煤层裂缝孔隙度的迭代方法，该方法可以自动确定裂缝孔隙度指数，从而避免了人工难以合理选取的难题。国内方面，杨东根（2010）的利用三维有限元分析法针对煤储层进行了双侧向测井数值模拟，得到了煤层裂缝孔隙度数值计算模型。陈振宏等(2008)尝试将核磁共振方法应用于煤样的孔隙度和渗透率实验室测试中。测试结果表明，核磁共振法煤样孔渗的测试结果与其实测结果能够很好的匹配，说明了此法的可行性。

(5)煤层含气量评价方面。煤层含气量通常是将井场钻取的煤心放入密封罐，在实验室用解析仪测得的。此外，还可以根据测井资料及等温吸附理论估算。

早在1977年，Kim,A. G就曾提出一种基于等温吸附方程和测井资料计算煤层含气量的方法(称为KIM方程)。该方法首先利用测井资料计算煤质组分含量，再根据固定碳含量与挥发份含量的比值确定等温吸附参数，进而预测煤层含气量。1992年，J.M.Hawkins, R.A. Schraufnagel和A.J. Olszewsk三人使用了与Kim,A.G提出KIM方程相同的数据集，结合Langmuir吸附等温理论，共同提出了计算煤层含气量的兰氏煤阶方程。该方法将兰氏常数(兰

氏体积和兰氏压力)与煤质组分参数联系起来，井包含了对煤层灰分、水分、温度和压力校正，使得计算的含气量更加准确。A.K.Bhanj a等在研究印度Jhari a和Barmer-Sanchore煤田煤层含气量和测井参数的相关关系时，提出了一个新的复合参数C=△t/(ρb×Pe×GR)，它与煤层含气量之间具有很好的线性关系。U.Ahmed等提出了一种利用元素俘获谱测井及体积密度测井计算煤层含气量的方法。

国内方面，潘和平等通过分析华北地区煤样煤质、含气量实验测试资料以及响应的测井资料，发现煤层含气量与煤层温度、压力及碳分、灰分含量具有密切关系，并建立了煤层含气量的估算方法。高利民、谭延栋等提出利用煤层气储层背景值计算含气量的新方法。连承波、赵永军等将支持向量机引入煤层含气量的评价中。董红、刘效贤、高绪晨、葛祥等也都探讨过利用多元线性回归方法预测煤层含气量。

(6)测井新技术应用方面。张莉莉等（2009)提出采用了多种成像测井新方法对沁水煤层气田郑庄区块煤层气储层进行了综合评价:利用微电阻率扫描成像测井的高分辨率特点进行煤层内部结构的分析和精细描述，分析煤层及其顶底板裂缝发育状况;利用核磁共振测井实现煤层及其顶底板孔、渗物性的定量评价;利用交叉偶极子阵列声波测井提取的纵波、横波、斯通利波信息，计算杨氏模量、弹性模量、泊松比等岩石力学参数，从而分析评价煤层力学特性及井眼稳定性，为钻井、压裂及开采等方面提供参考依据。

美国斯伦贝谢公司是世界上著名的跨国石油服务公司，在煤层气资源的勘探开发领域一直处于国际领先水平。在煤质评价方面，该公司根据岩性密度，中子和自然伽马测井资料进行煤质近似分析，在密度及其它测井资料受井眼的影响比较大的情况下，配合使用元素俘获谱测井(ECS)进行煤质组分评价，从而消除了扩径的影响，提高了煤质分析精度;在含气量估算方面，根据煤质近似分析结果评估煤级，再根据煤级、压力、温度和适当的吸附等温线确定含气量。

第一章煤层气及储层的基本特征

1.1 煤层气的储层特征

煤层气储层(煤层)具有双重孔隙结构，即:裂隙和基质的孔洞孔隙(以微孔隙为主)。煤层在形成过程中自然生成两组互相垂直的内生裂隙(割理)，一组为面割理，为主要裂隙组，可以延伸很远;另一组为端割理，只发育于面割理之间。两组割理与层理面正交或陡角相交，从而把煤层分割成若干小块体(基质块体)（图2-1）。这些基质块体中发育了许多以微孔隙为主的孔洞孔隙，其内表面上吸附着水和气体，这些吸附气体就是煤层气(以甲烷为主)。而游离气和水溶气一般很少，可以忽略不计。因此煤层气储层的含气量只与其基质有关。

煤层中的构造形成的外生裂隙，在排采前充满地层水;而在排采时，则是流体流向井筒的通道。因此煤层气储层的渗透率只与其裂隙有关。

煤层中的基质除微孔隙中吸附着水和气外，其固体部分则是由有机质和矿物质组成。矿物质由多种成分构成，常以粘土矿物为主。而有机质则是煤的可燃物，可分为可挥发和不可挥发的两部分。

由以上分析可见，煤层气储层首先是由裂隙和由裂隙分割围限的含微孔隙的基质两个部分组成的。但就煤层气储层的组成成分而言，又是由四个部分构成的:有机质、矿物质、水和气。如图2-2所示。水由裂隙中的自由水和基质中的束缚水两部分组成。气就是在基质中以吸附状态存在的煤层气。

图2-2 煤的组分示意图

此模型与煤炭工业中的“工业分析”的对应关系为:工业分析的水分(空气干燥基)与基质中的吸附水相对应，因为煤层的自由水和一小部分束缚水在工业分析的制样过程中已经蒸发掉(吸附气也在制样过程中全部跑掉)。工业分析的灰分是煤在燃烧时由矿物质经氧化、分解变来的，在这个过程中有一小部分变成气体跑掉了，因此灰分含量小于矿物质含量。工业分析中的挥发分和固定碳则对应于有机质，挥发分是有机质中高温下可挥发的部分，而固定碳则是有机质中不挥发的部分。这些对应关系见图2-2

此模型与煤田测井中“碳灰水”体积解释模型的对应关系则为:所谓“碳”对应于有机质，“灰”对应于矿物质，“水”则对应于全部水(自由水和束缚水)。至于吸附气则应包括在“碳”中为宜，这是因为只有有机质才吸咐气，而矿物质则是不吸附气的，或者干脆把吸附气忽略不计。

1. 2煤层气的赋存状态

通常，煤层气以以下三种状态赋存于煤储层中：

（1)以吸附状态存在于煤体基质微孔表面，是其主要赋存状态，约占总含气量的80%-95%。普遍认为，甲烷气体与煤体表面之间的吸附主要是物理吸附，是煤甲烷气体分子和表面分子之间范德华力作用的结果。煤层甲烷吸附和解吸的过程遵守Langmuir等温吸附理论。（2)以游离状态存在于煤层微孔隙或裂缝(割理系统)中，约占总含气量的5%-10%0只有在气饱和的情况下才能存在游离气。通常认为游离气遵守一般气体状态方程。

（3)以溶解状态存在于煤层水中，溶解状态的煤层气含量很少，一般不足5%。溶解气量与煤储层的温度、流体压力等因素有关，其溶解度可用亨利定律描述。

在地层条件下，以上三种状态的煤层气处于一种动态平衡。由于煤层气的吸附和解吸是可逆的，当温度和压力条件改变后，吸附气量也会发生变化。如，当温度升高或压力降低时，吸附气就会从煤层解吸，而转化为游离气。煤层中吸附气量的大小与煤体本身的吸附能力和外界的温度压力条件密切相关。

第二章煤层气的测井解释

2.1 煤储层的测井响应

2.1.1煤层气的电性特性

在煤系地层，煤层与周围砂岩、泥岩的电性特征有明显的不同。煤层具有“四高(大)，四低(小)”的电性特征。

煤层“四高(大)”电性特征指电阻率高，且变化范围大、声波时差大，传播速度慢、补偿中了大、井径扩径大;煤层“四低(小)”电性特征指白然伽玛低、补偿密度低、光电俘获截面低、声阻抗小，电视图像呈深色。

2.1.2 煤层气的测井相应特征

2.2储层参数的测井评价方法

目前评价煤层气的常规测井方法包括自然电位、双侧向(或感应)、微电极、补偿密度、自然伽马、声波时差、声波全波列、中子孔隙率以及井径测井等。选用不同的测井方法可以获得煤层气储层评价的各个相关参数，见表（1）

2.2.1煤层的深度和厚度

通常用基木的测井记录得以解决，且可以获得足够的精度。如:密度测井和电阻率测井等。煤层相对于围岩，物理性质差异明显，它具有密度低(密度孔隙率高)、声波时差大、中子孔隙率高、自然伽马低、电阻率高(无烟煤是低电阻率)等特征。通常可以采用人工解释的方法划分煤层，应注意多条曲线综合考虑。一般说来，仪器的分辨率越高，在煤层的界而处曲线变化越陡，界而划分的精确性就越高。

2.2.2煤的工业分析参数

测井获取煤的工业分析参数有两种方法，即线性回归方法和体积模型方法。线性回归方法是基于体积密度测井和煤心分析数据，将足够数量的煤心分析的固定碳、挥发分、水分对灰分进行作图，获得这些分析结果之间的线性关系，再建立由测井获得的体积密度和实测灰分之间的线性关系，即可获得体积密度数据和煤的工业分析之间的换算关系。其中，关键问题是深度控制和煤心取心率。

体积模型则是利用多种测井数据综合确定。建立体积模型的前提是把煤层粗略的看成由碳、灰、水三部分组成，选至少两种测井数据，建立线性方程。或者将碳进一步分成固定碳和挥发分，则所求参量为四个，需要至少三种测井数据参与计算。但是，体积模型法所确定的煤质参数不能作为煤样实验室分析得出的工业分析指标。如果以测井体积模型法为基础，结合概率模型法，配合一定量的煤样实验室分析资料来建立确定煤质参数的解释模型，能够提高结果的可靠性。

2.2.3煤层含气量

煤层含气量是煤层气勘探的重要参数。从上述可知，煤层气主要呈吸附态分布在基质孔隙的表而，微孔隙的数量与固定碳和灰分又密切相关，煤层含气量随着灰分含量的增加而减小。因此，可以首先建立煤心实测含气量和灰分的关系，再由线性回归方法或体积模型方法计算灰分含量，从而实现利用测井数据计算含气量。

此外，将兰氏吸附等温线的两个常数，即兰氏体积和压力与煤的工业分析相关，再利用线性回归方法或体积模型法确定的工业分析数据，建立吸附等温线，则可以兰氏方程求解煤层气含量。

2.2.4渗透率和裂缝孔隙率

煤层的渗透率是煤储层评价的一个重要参数，决定了煤储层的产气能力。煤层气储层渗透性评价的核心问题是确定储层的渗透率和裂隙分布。通过煤层的体积模型，将储层电阻率看成是由碳、灰、基质孔隙和裂缝孔隙四部分电阻率并联的结果，利用深、浅侧向电阻率测井数据可以计算出裂缝孔隙率。利用双侧向电阻率的测井数据采用Faivre和Sibbit两位学者提供的计算裂缝渗透率的方法，可以实现渗透率的定量评价，但是需要分析煤心试验数据获取比例因子。另外，微电极测井对储层的渗透型也有很好的响应，但是实现渗透率参数的定量分析比较困难。核磁共振测井是目前确定煤层有效孔隙率的最直接、也是最有效的一种方法，其重要参数T2截至值可以将有效孔隙率分成毛细管束缚流体孔隙率和动流体孔隙率。

2.2.5岩石力学性质

利用声波全波列测井[[4]可在煤层中直接获取横波时差，横波时差是研究机械特性中至关重要且较难获得的一条曲线。应用密度、纵、横波时差以及其它一些曲线和参数，就可以计算岩石机械参数的弹性模量、剪切模量、泊松比等模量，以及强度、应力、压力和泊松比等十几项参数。

2.3 实例分析

以沁水盆地为例，QS煤层气Hi构造处于QS盆地南部晋城马蹄形斜坡带，东为太行山复式背斜隆起，南为中条山隆起，西为霍山凸起，北部与盆地腹部相接(以北纬36。线为界),QS 盆地的煤系属华北型石炭二叠纪煤系，含煤地层包括晚石炭系本溪组、太原组及二叠系山西组、下石盒了组，煤阶为无烟煤。JS区块位于区域性北倾或西倾斜坡带，并且与盆地腹部生气中心衍接成为烃类运移指向，局部受断层、褶曲作用可能形成一些煤层气富集区块，煤层割理发育，物性很好，为高饱和煤层气藏。由于煤层气储层既是煤层气的储集层，又是其生气源岩，且天然裂隙发育，具有双重孔隙结构，非均质性较强，因此煤层气测井评价有其特殊性。本文以Qs盆地中部JS区块二叠系的山西组3号煤层和石炭系的太原组15号煤层为例，建立了1套利用地球物理测井评价煤层气储层的方法。

2.3.1 煤层与围岩的识别

煤层的测井曲线有很明显的响应特性，一般归结为“三高两低一扩”的高中了(CNL ) ,高声波时差(CAC)、中高电阻率(CRr)、低体积密度(DEN、低白然伽马(GR、有扩径(CAL)现象。依靠钻井和录井资料，利用白然伽马、体积密度、声波时差和电阻率测井可以得到各种岩性的测井响应范围(见表1)，从而达到识别岩性的目的。

2.3.2 煤的工业分析

煤的工业分析是煤质评价的基础，目前求取这4个参数主要是基于煤样的工业分析实验结果建立的经验关系。从实验结果中发现，灰分和固定碳、碳分(固定碳与挥发分之和)都有很好的线性关系(见图1)。考虑煤中灰分的成分主要是泥质及粘土矿物，通常在砂岩或碳酸盐岩储层中的泥质含量都根据白然伽马测井值计算得到。由于纯煤不吸收放射性物质，在忽略泥浆中没有添加放射性物质的情况下，刘效贤等人利用白然伽马测井值计算灰分，也有很好的效果。但是在煤层段铀的含量很高的情况下，利用白然伽马测井求取灰分会有很大误差，

这时采用能谱测井中的无铀白然伽马测井值，可以建立起无铀白然伽马相对值与实验室分析的灰分的相关关系(见图2)，消除铀对求取灰分的影响。

3号煤层

M Aad=23. 75 X ΔGR+5. 75 (1)

15号煤层

MAad= 31. 212 X ΔGR+4. 3049 (2)

考虑到15号煤层受铀的影响比较大，利用能谱测井中的无铀白然伽马可以消除铀对灰分影响，回归出的无铀白然伽马相对值与实验室分析的灰分关系

15号煤层

M Aad = 65. 042 XΔK Th一0. 1639 (3)

通过煤样工业分析实验的结果，回归出的灰分与固定碳、挥发分和水分的关系

3号煤层

M FC =-1. 1186 X M Aad+93. 344 (4)

M Vdaf =-0. 9895 X M Aad+98. 531一M FC(5)

15号煤层

M FC =-0 9956 X M Aad+98. 811 (6)

Mv daf=-1. 1331 X M Aad+94. 22一M FC(7）

M Ma = 100一M Aad一M Fc一Mv daf(8)

式中，M Aad为灰分的质量白分数，%; Mv daf为挥发分的质量白分数，%;M FC为固定碳的质量白分数，%;M Md为水分的质量白分数，%; ΔGR为白然伽马相对值，小数;ΔKTh为无铀白然伽马相对值，小数。

另外，还可以通过体积模型法求出工业分析参数。体积模型法主要是依据对煤的组分建立等效体积模型和相应的测井响应方程组，并通过求解方程组得到儿种组分的相对体积含量;而实验室分析得到的煤质参数是质量白分数，需要通过二者之问的区域性关系加以转换。目前这种等效体积模型主要是以碳、灰分和水分3部分为原型，其他的等效体积模型都在此基础之上加以改进，具体形式为

式中，V Aad为灰分的体积含量，小数;Vc为碳分的体积含量，小数;V Md为水分的体积含量，小数;DEN为体积密度测井值，g/ cm3 ; DEN Aad。为灰分的密度值，g/cm3;DENc为碳分的密度值，g/ cm3 ; DEN Ma为水分的密度值，g/ cm3 ; AC为声波时差测井值，μs/m; AC Aad为灰分的声波时差值, μsl/m; ACc为碳分的声波时差值，μS/m; ACMa为水分的声波时差值，μs/m; AA,BB,DD,A1 ,A2 .A3,B1 ,B2.B3为转换系数

利用煤样实验室分析资料和测井资料进行多元线性回归，得系数A1=106. 36, A2=-0. 59,A3=-0. 045, B1 = 65. 16, B2 =-0. 22, B3 = 0. 078，再利用一般迭代法或高斯塞德尔迭代等方法求解，得

M Aad= 107. 92一0. 65 X DEN一0 22 X AC

(13)

M FC+M Vdaf = 106. 36一0. 59 X M Aad-0. 045×AC (14)

考虑到煤层的力学性质较差，井眼条件对贴井壁仪器(如密度测井仪)的测量有很大影响，因此在井眼条件差的情况下，利用式(12)一式(14)所求得的工业分析参数误差较大。

2.3.3 含气量

煤层甲烷呈3种状态存在于煤中，以分了状态吸附在基质孔隙内表面，以游离气体状态存在于孔隙和裂缝中或者溶于煤层的地层水中。这种吸附态是通过分了问的引力实现的，满足兰氏方程在高阶煤中，吸附气含量占总含气量的90%以上，在计算含气量时可直接忽略游离气和溶解气，应用兰氏方程计算吸附气含量，即为煤层含气量;而在低阶煤中，吸附气

含量只占到总含气量的50%左右，存在大量游离气，这时计算煤层含气量需要把游离气含量和吸附气含量累加。由于本文所研究的煤层的煤阶类型为高阶煤—无烟煤，因此在这里计算含气量可忽略游离气和溶解气，应用兰氏方程得

GAS c = V L X p/ (p+p L) (15)

式中，GAS C为含气量，m3 / t; V L为吸附达到饱和时所吸附的气量，又称兰氏体积;p L吸附量达到饱和吸附量一半时的压力，又称兰氏压力。1g V L , 1g P L与M FC / M VAaf有关;p为地层压力，MPa。

周立宏等人利用等效深度法估算出地层压力在该地区简化后的形式

p =0. 02025 X DEP+0. 00978 (16)

为了检验计算的地层压力有效性，通过试井得到地层压力，对比相应深度处计算的地层压力，二者具有很好的相关性(见图3)。

3号煤层

P p=0. 4517×p+0. 1995 (17)

15号煤层

p p =0. 6685×p-3. 0895 (18)

式中，DEP为深度,m;p为估算的地层压力，MPa;p p为校正后的地层压力，MPa。

在实际应用中发现，利用式(15)得到的含气量并不代表真实含气量，是纯煤层中吸附的最大含气量，与实际煤层的含气量相差很大，需要进行多方面的校正。由于高阶煤中的煤层气主要以吸附态吸附在煤基质孔隙的内表面上，小孔越发育，小孔数量越多，吸附气含量就越高，而这种小孔的发育程度与灰分和固定碳关系密切，也与地层压实情况有关;另外吸附在内表面的吸附气含量较大程度地受地层温度和压力的影响，即吸附气的吸附能力随地层压力的增大而增大，随地层温度的增加而减弱。这样煤层中的吸附气很大程度地取决于灰分、固定碳、地层压力和温度。因此U . Ahmed} 根据以上条件对兰氏方程做了改讲.具休形式

国内的一些学者对式(19)作了适当改进

式中，GA S C为含气量，m3 / t; M Aad为灰分质量白分数，小数;Mc为碳分质量白分数，小数;p为地层压力，MPa; T为地层温度，o C，在该地区取地温梯度3 O C/100 m;A,B,C,D为地区经验系数;V LC, P LC为与固定碳和温度有关的量;V CC为经温度校正后的似单层体积;P CC 为与地层压力、碳分、温度有关的量。

利用煤样实验室分析资料和试井资料进行多元线性回归，得系数A =31. 25, B =1. 25, C=0. 058,D=0. 345

2.3.4 渗透性的测井评价

煤层中的裂隙网络是流体渗流的通道，而基质孔隙则与渗透性关系不大，因此煤层渗透性的评价就是裂隙网络的评价。由于煤层中自生裂隙(割理)都是垂直于层理面的，因此如果煤层近水平并钻井是垂直的话，则煤层中的裂隙网络是属“垂直裂缝”。根据A.M.Sibbit与O.Faiver(1985年)公式，可用双侧向测井计算垂直裂缝的开度(宽度)ε

ΔC=4x10-4·ε·Cm

式中:ΔC一浅侧向与深侧向的电导率之差，mS/m ;

ε一裂缝开度(宽度)，μm

Cm一侵人钻井液的电导率，S/m。

另外，根据P.A.Pezard和R.N.Anderson (1990年)公式，可由双侧向测井计算垂直裂缝的裂缝孔隙度:

式中:C LLS一浅侧向电导率，mS/m;

C LLD一深侧向电导率，mS/m;

Cm一侵人钻井液电导率，S/m;

Φf: 裂缝孔隙度，%。

将计算的裂缝开度和裂缝孔隙度与试井的渗透率率一般一个煤层只有一个渗透率数据相比较，可以找出试井渗透率与裂缝开度或裂缝孔隙度的关系。这需要在一个地区多井数据的积累。

2.3.5 资料的处理

应用所建立的煤层气测井评价方法，对Qs盆地中部JS区块二叠系的山西组和石炭系的太原组的多口煤层气井做了重点评价。图4和图5是AA井山西组和BB井太原组煤层测井评价成果图，在2个层组中共识别出2套煤层与取心层段岩性一致，其中AA井山西组井眼条件较好，而BB井太原组煤层段扩径严重，无铀白然伽马和白然伽马测井值在1 115一1 123 m处明显存在异常，在1 120一1 121. 5 m处存在1个高铀层。从图4和图5中可

以发现，体积模型计算的灰分MAad2明显大于煤样实验测量值（CMAad )碳分（Mc2)小于煤样实验测量值(CMc，而AA井白然伽马相对值计算出的灰分（MAad)和BB井无铀白然伽

马相对值计算出的灰分与煤样实验室测量值对应关系很好，碳分(Mc)也和实验测量值有很好的对应关系，由此可见体积模型得到的工业分析与煤心测量值比较对应关系较差，白然伽马(或无铀白然伽马)测J}得到的工业分析与煤心测量值比较对应关系较好;改进后的兰氏方程得到的煤层含气量(GASC)与实验室测量值(CGAS)对应关系也很好。

利用所建的JS区块的工业分析和含气量模型对其他5口井作了误差分析(见图6，自然伽马相对值(或无铀白然伽马相对值)计算出的灰分与实验室测量值相比，绝对误差平均值在2 39左右，改进后的兰氏方程得到的煤层含气量绝对误差平均值在1. 88左右，因此本文所建立的工业分析和含气量的评价模型应用效果理想，为该地区煤层气资源评价提供了可靠的参数。

第三章结论及建议

3.1 本文得出的结论

（1）煤中的灰分主要成分是泥质，可以利用白然伽马测井求取灰分含量;在地层中铀发育层段，应用能谱测井中的无铀白然伽马可以消除铀对灰分的影响。

(2)在利用体积模型计算工业分析参数时，应考虑井眼条件对测井系列测量的影响。

(3)在高阶煤中，理论上的兰氏方程得到的是纯煤层中吸附的最大含气量，与实际煤层的含气量相差很大，利用改进后的兰氏方程可以很好地表征煤层中实际的含气量。

(4)利用地球物理测井评价煤质工业分析参数和含气量的方法可信度较好，可以在QS盆地其他区块推广应用。

3.2 煤层气测井技术存在的煤层问题与建议

经对煤层气测井方法的分析比较，密度测井是划分煤层、评价煤质及计算煤层气含量的首选测井方法。用密度测井计算煤岩成分及煤层气含量时，其回归公式都是区域性的。由于地区、煤阶及地质构造作用不同，其煤质和煤层中气体的含量也不相同。因此，回归公式应分地区回归，以减少计算误差。

利用煤山数字测井系统实施煤层气测井完全能满足测井目的要求，但也存在以下几方面的问题:

在钻井过程中，部分煤层因胶结性差、机械强度弱、易破碎，常会出现垮塌，造成孔径扩大，部分测井曲线参数受到影响。受井径影响最大的是声波测井和补偿中子测井，因它不象密度三侧向探管那样紧贴孔壁，而是悬挂在钻井中，如何消除这些影响因素，有待进一步探讨。

煤山测井和石油测井没有统一的国家或行业《煤层气测井作业规程》，不同的行业，执行的测井标准不同。

应用与煤层气测井的仪器，由多家厂商提供，各单位使用都按厂家标准校验，造成定量解释不精确。

缺乏专业型人才，研究程度低，解释方法落后，未研究和开发新的解释软件。而使得很多测井参数只是被获取，而不能充分有效的去应用，解释水平得不到提高。

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