測井方法計算煤層氣含量在寧夏石嘴山礦區的應用研究

譚 浩 郭 慶 門 鵬 張樂望 喬月飛 吳國強

(寧夏回族自治區煤炭地質調查院，寧夏 750000)

1 引言

近年來，國內煤層氣行業發展比較迅速，多個省份已開展了相應的煤層氣勘探工作，獲取的煤層氣儲量相當可觀。煤層氣作為一種新興的潔凈能源，其開發利用不僅有利于緩解當地能源供給矛盾，同時還能降低煤礦開采期間的瓦斯突出事故率。寧夏作為煤炭大省之一，煤層氣資源量比較豐富，據以往資料顯示，尤其在石嘴山礦區一帶煤層瓦斯含量較高，有望成為區內煤層氣開發利用的重點區塊之一。2019年相關單位對石嘴山礦區內進行了煤層氣調查工作，完成了兩口參數井的施工。本文將通過已知自然解吸測試含氣量數據和測井多參數數據進行分析研究，建立含氣量預測模型，為今后本區煤層氣勘探開發提供一定的技術經驗和有效方法。

2 礦區概況

石嘴山礦區位于寧夏北部，石嘴山市惠農區境內，東依黃河，西靠賀蘭山，南北長13km，東西寬4km，面積約41.16km2，屬于華北陸塊鄂爾多斯西緣坳陷成礦帶，處于煤與瓦斯高突地帶。主要地層有：第四系、古近系、孫家溝組、二疊系上、下石盒子組、二疊系山西組、石炭二疊系太原組。地質構造較為復雜，斷層分布較為密集，多以逆斷層為主。煤層賦存在山西-太原組地層，共含有9層煤，其中2號、3號、6號煤層為主采煤層，厚度分別到達了3.19m、7.02m和11.07m。本次主要研究對象主要為太原組6號煤層，該煤層鏡質組最大反射率為1.04%，大部分以1/3焦煤為主，肥煤次之，屬中等變質程度。煤巖類型以亮煤為主、暗煤次之，煤層割理較發育。煤層煤體結構較為破碎，多以碎塊、粉狀存在，宏觀裂隙發育，各裂隙間連通性較好。該煤層頂、底板均為粉砂巖，孔隙度低、滲透率極低，表明頂底板滲透性差，含水性很弱，使其基本能夠成為煤層氣的良好蓋層，為煤層氣聚集成藏提供好的封隔條件。

3 數據收集

本次研究區內共有2個煤層氣參數鉆孔，收集太原組煤層測試含氣量樣品共12組，將各自然解吸測試含氣量成果數據與測井多個參數數據(原始曲線讀取)按埋藏深度相互對應進行比對分析，具體統計情況見表1。

表1 測井多參數與自然解吸測試含氣量數據一覽表

4 回歸分析

利用線性回歸分析法，將上述12組樣品數據進行回歸分析，并依次建立擬合曲線方程，具體擬合關系如圖1～6。

圖1 自然解吸含氣量與自然伽馬擬合關系圖

圖2 自然解吸含氣量與埋藏深度擬合關系圖

圖3 自然解吸含氣量與補償聲波擬合關系圖

圖4 自然解吸含氣量與溫度擬合關系圖

圖5 自然解吸含氣量與補償中子擬合關系圖

圖6 自然解吸含氣量與密度擬合關系圖

根據以上6條擬合曲線關系圖結果發現，埋藏深度與溫度之間分布規律基本一致，溫度變化實為埋藏深度引起地溫梯度變化而產生的，故本次只考慮埋藏深度作為參數選擇之一。現將本次測井各參數與自然解吸含氣量的相關系數 R2進行統計(由小到大排序)，具體順序見表2。

表2 自然解吸含氣量與測井各參數相關系數統計表

從表2中總結發現，本次研究區6號煤層自然解吸含氣量依次與自然伽瑪、補償中子及密度之間的相關性比較好，而與溫度、埋藏深度及補償聲波之間的相關性較差，為此不再考慮前三者。

利用IBM SPSS軟件將已知自然伽瑪、補償中子、密度等參數數據與自然解吸測試含氣量數據進行逐步線性回歸分析，得出方程如下：

Q含氣量=1.75-0.024×GR自然伽瑪+

0.165×CNL補償中子

經軟件分析后得出相關系數R2=0.60,臨界值F=6.746，查閱F檢驗臨界值表(α=0.05)，自由度N-M-1=9(N為樣本12個，M為GR、CNL 2個自變量數)，經查表檢驗后本次所得F=6.746>4.256(9,2)，故本次逐步線性回歸方程有效，可作為6號煤層含氣量計算模型。

利用模型，將12個樣品的GR、CNL測井參數數據代入回歸方程求取含氣量Q，以便于和自然解吸測試含氣量進行相互驗證，具體統計如表3。

表3 自然解吸測試含氣量與計算含氣量對比表

由表3中結果看到，12組樣品的計算含氣量Q與自然解吸測試含氣量絕對誤差僅為0.82m3/t，相對誤差僅為5%，說明模型建立正確，求取數據可靠。為此將計算含氣量和自然解吸測試含氣量數據進行交匯圖制作，見圖7。

圖7 計算含氣量Q和自然解吸測試含氣量交匯圖

從圖7中可見，計算含氣量和自然解吸測試含氣量相關性較好，具有一定規律可尋，具體相關系數R2=0.599，說明本次研究工作取得成果較為可靠，建立模型可作為后期計算含氣量的參考手段之一。

5 結語

(1)本次研究收集到的參數井數量較少，所建含氣量計算模型僅適用于本地區，相比已成熟應用的KIM含氣量測試方程還存在許多不足，為使模型更為可靠，還需進一步加大工作量進行研究分析。

(2)通過對兩口參數井的測井參數與自然解吸測試含氣量進行線性回歸分析，發現測試含氣量與自然伽瑪、補償中子及密度之間的相關性比較好，各參數之間存在著一定規律，通過建立模型計算出含氣量，并與測試含氣量進行交匯圖分析，說明模型建立正確，成果相對可靠。

(3)根據測井資料各參數與自然解吸測試含氣量之間相關性檢驗成果，后期對礦區內煤層氣含量快速、有效、簡單、可靠、低成本的進行預測，利用多參數回歸分析方法將是優選方法之一。