煤層氣勘探開發中的測井技術分析與探索

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

關鍵詞：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年的年末開始實行對內改革、對外開放的政策，經過40多年的發展，我國經濟發展迅速，對各種自然資源的需求持續增加，如煤、天然氣、石油等。隨著長時間和大規模的勘探開發，常規的油氣資源地質儲量逐年減少，而非常規的油氣資源地質儲量較大，且探明率比較低，勘探開發潛力巨大。

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，我國的煤層氣產業不斷發展。據有關資料表明，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難度較大，成本高。因此，必須采用相應的技術，提高煤層氣勘探開發的水平和效率。目前，測井技術是煤層氣勘探開發中的重要手段之一，得到了有關部門的重視，應用范圍較廣。

1 測井技術類型

測井技術是一門應用學科，是利用專門的儀器在井眼中激發/接收聲、電、核、磁、重力、溫度和光等地球物理的響應，并根據測量或記錄的結果來進行分析和研究，從而對巖石和流體的特性進行定量判別的一種過程或技術[1，2]。測井技術是石油和天然氣資源勘探開發中必不可少的手段之一。在煤層氣勘探開發的過程中，研究人員通過參考和學習石油勘探開發中的各種測井技術，根據煤層氣的物理化學特性以及煤層氣儲層和蓋層的一些特點，經過數十年的研究和發展，最終形成了多種適用于煤層氣勘探開發的測井技術類型，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，利用相關儀器測量和記錄巖層的聲學相應特征參數，如速度、幅度、頻率、衰減規律等，根據這些特征參數的變化情況，對地層的性質及情況進行識別和評價一種測井方法[1，2]。聲波測井技術的類型主要有：聲速測井、補償聲波測井、長源距聲波測井、陣列聲波測井以及超聲成像測井等。聲波測井技術的應用范圍主要有：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、確定地應力、評價地層的各向異性以及檢查固井質量。

1.2 電法測井

電法測井（Electrical logging）是根據目標層位與圍巖在電性特征上的差異，利用相關的儀器測量和記錄相應的電性參數，如導電特性、介電特性以及電化學特性，然后根據這些電性參數的變化情況，對目標層位進行判識的一種測井方法[1，2]。電法測井的技術類型主要有：電阻率測井、自然電位測井、側向測井、感應測井、電磁波傳播測井、介電測井、地層傾角測井、微電極系及激發激化測井等。電法測井技術的應用范圍主要有：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，是指將核技術應用于井中測量，以物質的原子核物理性質為基礎的測井方法[1，2]。該技術的基本原理是根據巖石及其孔隙流體和井內介質（套管、泥漿等）的核物理性質來研究鉆井地質剖面，進而發現煤、石油等有用礦藏。核測井的技術類型主要有：伽馬測井、中子測井、密度測井以及核磁共振測井等。核測井技術的應用范圍主要有：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 測井技術應用

相對于其他勘探開發技術而言，測井技術具有方法種類多、分辨率高、應用廣泛等優點，在煤層氣資源勘探開發中發揮了至關重要的作用。測井技術可以反映和描述實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行有效識別和儲層參數的定量解釋。

2.1 煤層氣儲層識別技術

基于測井曲線的相關原理以及大量實例，國內外學者提出了各種煤層氣儲層的識別技術和方法，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特的響應特征，與圍巖有明顯的區別，一般而言，具有“四高三低”的響應特征：高電阻率（RT）、高中子（CNL）、高聲波時差（AC）、井眼擴徑（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行預測，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證，減少預測的多解性。

2.2 煤層氣儲層參數定量解釋技術

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

2.2.1 煤巖工業分析參數

煤巖主要有4種成分：①固定碳;②揮發分;③水分;④灰分，其中①、②、③與④呈線性相關關系，而①、②和④的線性相關性較好。煤的真密度與④具有比較好的線性相關性。因此，可以使用統計學中的相關分析法，利用DEN測井與④、④與②、④與①之間的相關關系表達式，然后結合DEN測井的相關數據，最終可以求出煤巖的各種工業分析參數。

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基質孔隙。在實際分析與研究中，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;RLLS為淺側向電阻率;RLLD為深側向電阻率;?f為裂縫孔隙度。

基質孔隙度可以通過計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育程度關系密切，一般呈正相關，具體計算公式如下：

（2）

在（2）式中，RF為比例因子，一般可以通過相關的實驗獲得;?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，通常以吸附態存在于煤層的裂隙之中。通過Langmuir實驗定律可以看出，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 結語

①測井技術為煤層氣勘探開發的各個階段提供了有力的技術保障，提高了煤層氣勘探開發的水平和質量，因此，必須加強測井技術的研究，加大測井技術在煤層氣勘探開發中的應用，唯有如此，才可以促進煤層氣行業的發展;②在實際應用過程中，應該根據實際地質情況、目的以及任務，優選合適的測井技術，進而獲得合理的解釋成果。另外，從業人員應該不斷積累和總結各種經驗教訓，結合各種高新技術，積極探索測井新技術、新方法，才能提高測井技術的準確性。

參考文獻：

[1]肖文杰，陳雄濤.煤層氣儲層的測井評價方法研究綜述[J].云南化工，2019，46（07）：9-10.

[2]張瑞.煤層氣儲層的測井評價方法研究[D].長春：吉林大學，2016.

[3]原俊紅，付玉通，宋昱.深部煤層氣儲層測井解釋技術及應用[J].油氣地質與采收率，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。