地球物理測井在煤層氣勘探開發中的應用*

苗峰

（山西藍焰煤層氣集團有限責任公司，山西 晉城 048000）

煤層氣是植物在漫長地質時期煤化過程中的伴生產物，屬于一種高效清潔礦產資源。據資料顯示，我國二千米埋深以淺的煤層氣資源總量為31.46×1012m3，具有很大的開發利用前景和價值[1]。地球物理測井技術逐漸在煤層氣勘探開發中備受關注和大顯身手，但尚未對煤層氣勘探開發中的地球物理測井類型及應用范圍進行比較系統的總結。

1 煤田地球物理測井類型及應用

煤田地球物理測井是發現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蓋層特點等，在借鑒先進的石油測井技術基礎上，歷時數十年的發展形成了多種煤田地球物理測井類型，如表1所示。當前，根據煤田地球物理測井類型及應用范圍，大致可分為電法測井、聲波測井及核測井等三種類型。因上述三種類型中的各個類型又含多個地球物理測井類型，限于篇幅文中僅列舉煤田地球物理勘探中最為常見測井類型。

1.1 電法測井

電法測井是基于煤炭及煤層氣或其他探測目標層位與周圍介質在電性上的差異，采用電法測井儀器測定他們的電導率、電阻率、介電常數及自然電位等電性參數的變化情況，進而對重點目標層位進行判識。目前，電法測井類型主要有：自然電位測井、普通電阻率測井、側向（聚焦電阻率）測井、感應測井、介電測井、電磁波測井、地層微電阻率掃描測井、陣列感應測井、方位側向測井、地層傾角測井、過套管電阻率測井等。

1.2 聲波測井

聲波測井系據聲波在不同煤巖層中傳播時，其速度、幅度及頻率等聲學響應特征參數的變化來判識和評價地層的巖性、孔隙度和固井質量等。目前，聲波測井類型主要有：聲波幅度測井、聲速測井、井下聲波電視、水泥膠結評價測井、反射式聲波井壁成像測井、長源距聲波全波列測井、偶極（多極子）聲波測井、噪聲測井等。

1.3 核測井

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

表1 煤田地球物理測井常見類型及應用

2 煤層氣勘探開發中地球物理測井技術系列

2.1 裸眼完井的煤層氣地球物理測井系列

煤層氣儲集層的判識和評價是煤層氣勘探開的發關鍵環節之一。歷經數十年的理論研究和工程實踐，形成了多種地球物理測井類型相結合的綜合判識和評價煤層氣儲集層的方法及技術體系[2]。例如對于裸眼完井的煤層氣井進行煤層氣儲集層判識和厚度確定時，可采用：密度測井（伽馬-伽馬測井）、自然伽馬測井、雙側向電阻率測井、高分辨率感應測井等四個系列測井技術。其中，井徑測井、密度測井（伽馬-伽馬測井）、自然伽馬測井、聲波時差測井和電阻率測井是最常用的測井系列。若要對煤巖進行工業分析、預測和計算煤儲層的含氣量、孔隙度、物理力學性質和滲透率等參數時，除使用井徑測井、密度測井（伽馬-伽馬測井）、自然伽馬測井外，亦可增加使用雙側向測井、微球型聚焦測井、自然電位測井、補償中子測井、微電阻率掃描測井(FMS)、聲波全波段測井、地球化學測井、碳氧比能譜測井、溫度測井等地球物理測井類型，通過對這些物理測井資料的綜合分析和對比，進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井系列

套管完井系指在煤層氣井中下入生產套管并使用水泥漿對套管和井壁之間的環空進行封固（其過程稱為固井）。在固井完畢侯凝結束后，為了保障抽采系統的封閉型，需對煤層氣井進行固井質量（即對水泥環膠結質量）檢測。煤田勘探過程中，固井質量檢測方法主要有聲幅測井、變密度測井、超聲脈沖反射法測井、貼井壁分扇形區水泥膠結評價測井等多種技術系列[3]。但聲幅測井和密度（伽馬-伽馬）測井在煤層氣勘探開發中的套管完井固井質量檢測中最為常見，測井資料解釋結果可靠。

2.3 煤層氣生產中的地球物理測井系列

在煤層氣井生產階段，為了制定科學的煤層氣井排采管控制度，往往有必要了解井筒內流體（氣體、地下水及氣-液兩相流）動態變化及地下水補給能力等參數。為了獲取這些參數，煤層氣生產過常用流量測井、流體識別測井及井溫測井等方法來實現[4-6]。當煤層氣井生產過程中出現井下事故（如套管變形、錯斷、埋砂、卡泵等）時，為了了解井下的真實情況，為事故排查提供可靠資料，可采用反射式聲波井壁成像測井、井下攝影等手段。

2.4 煤層氣高產富集區預測地球物理測井系列

煤層氣（煤礦瓦斯）的賦存具有極強的不均一性，這給常規的瓦斯預測預報工作帶來了極大挑戰，特別是在預測、圈定煤層氣富集區時往往存在可靠性、實用性差等。隨著煤田地球物理測井技術的快速發展，地震資料在煤層氣勘探開發中逐漸備受重視，并初步形成了基于地震資料預測、圈定煤層氣高產富集區的多種技術方法[7-11]。在這些技術方法中，基于地震AVO屬性（即振幅隨偏移距的變化屬性）的煤層氣高產富集區預測法最具代表性和實踐性，其原理是煤層含氣量的多寡勢必造成其地球物理特性的差異，進而產生不同的AVO地震響應[12]。該技術在美國圣胡安盆地的Cedar Hill煤層氣田、山西省大寧-吉縣煤層氣區塊、山西省沁水盆地南部寺河煤層氣區塊煤層氣高產富集區進行了預測和實踐，結果證實利用AVO探測煤層氣具有很強的技術可行性和應用前景[12-13]。

3 結語

1）煤層氣開發中的地球物理測井系列較多，基本包括了煤層氣勘探開發的各個階段，為煤層氣產業的發展提供了有力技術保障。

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

〔1〕劉成林，朱杰，車長波，等.新一輪全國煤層氣資源評價方法與結果[J].天然氣工業，2009，29（11）：130-132.

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〔5〕陳洪斌.測井識別儲層流體性質的方法研究及應用[J].天然氣勘探與開發，2003，26（3）：36-42.

〔6〕馮彩文，姜登美，朱啟東，等.關于井溫測井在生產測井中的應用探究[J].中國石油和化工標準與質量，2014（10）：116-116.

〔7〕楊雙安，張會星.三維地震資料預測瓦斯富集區的應用[J].煤炭科學技術，2009，37（8）：108-110.

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[12]孫 斌，楊敏芳，孫 霞，等.基于地震AVO屬性的煤層氣富集區預測[J].天然氣工業，2010，30（6）：15-18.

[13]彭蘇萍，杜文鳳，殷裁云，等.高豐度煤層氣富集區地球物理識別[J].煤炭學報，2014，39（8）：1398-1403.