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煤层气储层测井评价方法及其应用

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煤层气 测井 评价 方法 及其 应用
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章     煤 层 气 储 层 地 质 特 征 分 析第( 据 等 修 改 ,自, 其 中 , 俄 罗 斯 、 中 国 和 美 国 等根 据 国 内 外 大 量 的 煤 田 与 油 气 勘 探 开 发 工 作 可 知 , 地 球 上 的煤 层 中 蕴 藏 着 丰 富 的 煤 层 气 资 源 。 据 估 算 , 世 界 上 主 要 产 煤 国 的煤 层 气 资 源 约 为 (国 的 煤 层 气 资 源 潜 力 最 大 ( 见 表表 世 界 上 几 个 主 要 产 煤 国 煤 炭 与 煤 层 气 资 源 数 据 表世 纪 年 代 以 来 , 人 们 深 刻 认 识 到 合 理 开 发 与 利 用 煤层 气 , 不 仅 能 够 解 决 煤 矿 开 采 中 瓦 斯 爆 炸 问 题 , 而 且 还 可 以 为 人 类提 供 一 种 洁 净 能 源 。 因 此 , 对 煤 层 气 的 勘 探 开 发 已 经 引 起 国 内 外的 广 泛 重 视 , 而 且 相 继 开 展 了 相 关 的 勘 探 开 发 研 究 工 作 。 目 前 美国 等 西 方 国 家 已 开 始 商 业 性 开 发 , 我 国 也 已 进 行 了 相 关 的 勘 探 开发 工 作 。 因 此 , 关 于 煤 层 气 储 层 地 质 和 储 集 特 征 等 方 面 已 取 得 了许 多 可 喜 成 果 , 下 面 就 介 绍 有 关 这 方 面 的 研 究 成 果 。其 主 要 成 分 是煤 层 气 就 是 指 在 煤 层 内 产 生 和 赋 存 的 天 然 气煤 层 气 储 集 特 征 和 产 出 机 理℃ 时 , 腐 植 型 干 酪 根 受 厌 氧 微 生) , 约 占甲 烷 以 上 , 又 称 煤 层 甲 烷 煤 层吸 附 气 或 煤 层 瓦 斯 , 它 是 煤 层 气 的 一 种 , 是 一 种 非 常 规 天 然 气 。 煤层 气 与 常 规 天 然 气 最 大 不 同 点 就 在 于 煤 岩 既 是 它 的 储 集 岩 又 是 生气 原 岩 , 它 是 煤 层 煤 化 作 用 的 结 果 。 煤 的 储 集 性 和 煤 中 天 然 气 的储 集 是 整 个 成 煤 作 用 过 程 的 结 果 。 因 此 , 在 研 究 煤 层 气 储 集 和 产出 机 理 时 应 首 先 简 述 一 下 成 煤 作 用 过 程 ; 其 次 , 讨 论 煤 化 作 用 与 煤层 气 形 成 的 关 系 ; 最 后 , 讨 论 煤 层 气 的 储 集 和 产 出 机 理 。煤 化 作 用 与 煤 层 气 的 形 成个 阶高 等 植 物 经 化 学 作 用 和 热 演 化 作 用 形 成 煤 一 般 要 经 历段 , 即 泥 炭 化 、 成 岩 和 变 质 ( 煤 化 ) 阶 段 。 植 物 遗 体 在 有 水 存 在 和 微生 物 参 与 下 经 分 解 化 合 等 复 杂 生 化 过 程 形 成 泥 炭 , 然 后 被 覆 盖 , 在温 、 压 影 响 下 , 经 过 压 实 、 脱 水 、 胶 结 成 岩 , 逐 渐 固 结 成 褐 煤 ; 随 着 温度 和 压 力 的 继 续 增 高 , 煤 内 部 分 子 结 构 和 物 化 性 质 作 有 规 律 的 变化 , 褐 煤 就 变 成 烟 煤 、 无 烟 煤 。煤 化 作 用 的 结 果 除 形 成 煤 之 外 , 还 形 成 了 甲 烷 、 二 氧 化 碳 、 氮气 和 水 等 产 物 。 由 此 可 见 , 煤 既 是 生 气 原 岩 , 又 是 煤 层 气 的 储 集岩 。 甲 烷 的 产 生 有 两 种 机 制 : 生 物 成 因 和 热 成 因 。 早 期 阶 段 ( 成 岩作 用 ) 煤 层 埋 藏 浅 , 在 温 度 低 于℃ 以 上 时 , 开 始 热 降物 的 降 解 作 用 生 成 气 体 , 称 为 降 解 型 煤 层 气 ( 仅 占 煤 层 气 的; 埋 深 增 加 或 地 温 增 加 而 使 温 度 达 到℃ 左 右 ,解 的 生 气 过 程 , 随 着 煤 的 变 质 加 深 , 在 温 度 达 到气 体 大 量 生 成 , 与 常 规 天 然 气 和 石 油 生 成 门 限 温 度 基 本 相 似 , 此 时的 镜 煤 反 射 率 在号 , 镜 煤 反 射 率量 约 占 从 以 上 褐 煤 到 无 烟 煤 总 产 量 的生 成 , 至 无 烟 煤煤 层 气 的 储 集 方 式天 然 气 。 这 些 气 体煤 化 过 程 中 每 吨 成 熟 煤 大 约 可 生 产一 部 分 扩 散 进 入 大 气 层 , 另 一 部 分 运 移 到 煤 层 附 近 的 其 他 岩 层 , 形成 常 规 天 然 气 藏 , 剩 余 的 则 残 留 在 煤 层 中 称 为 煤 层 气 。 常 规 天 然气 主 要 是 呈 游 离 和 溶 解 状 态 存 在 于 储 层 中 ( 例 如 , 砂 岩 和 灰 岩 ) , 而之 间 ( 肥 煤 到 焦 煤 阶 段 ) , 生 成 的 气。 之 后 气 体 仍 在 继 续, 逐 步 停 止 生 气 。) 。 其 表 面 有 大 量 过 剩 自 由 能 。 固 体 表 面煤 层 气 除 少 量 以 游 离 态 和 溶 解 态 存 在 外 , 以 上 是 以 分 子 状 态呈 单 分 子 层 吸 附 在 煤 的 表 面 上 。 也 就 是 说 , 储 集 在 煤 层 中 的 煤 层气 , 绝 大 部 分 以 单 分 子 层 的 形 式 在 压 力 作 用 下 吸 附 在 微 孔 隙 的 内表 面 。 是 吸 附 在 煤 颗 粒 的 表 面 上 。 一 般 认 为 , 微 孔 隙 中 不 为 水 所充 填 。 在 未 降 压 解 吸 前 , 微 孔 隙 中 也 几 乎 无 游 离 气 体 。 即 在 微 孔隙 中 只 有 吸 附 气 体 。 煤 层 通 过 吸 附 作 用 , 比 常 规 砂 岩 具 有 更 高 的储 气 能 力 。煤 比在 生 成 甲 烷 的 同 时 , 凝 胶 化 作 用 使 煤 以 芳 香 核 为 基 本 单 元 的聚 合 体 , 致 使 煤 成 为 具 有 大 量 内 表 面 积 的 多 微 孔 物 体 ( 每表 面 积 可 达倍 。分 子 的 剩 余 力 场 能 对 碰 到 固 体 表 面 上 来 的 气 体 分 子 产 生 吸 引 力 ,使 得 气 体 分 子 在 固 体 表 面 上 发 生 相 对 聚 集 , 以 减 少 剩 余 力 场 , 降 低固 体 表 面 能 , 使 具 有 较 大 面 积 的 固 体 变 得 较 为 稳 定 。 因 此 , 煤 与 同体 积 常 规 储 集 岩 相 比 , 其 储 集 天 然 气 的 能 力 是 它 们 的煤 层 气 的 产 出 特 点基 质 界 面 上 发 生 。 解 吸 的 气 体 通 过由 于 煤 层 气 是 在 压 力 作 用 下 吸 附 的 , 所 以 当 煤 层 的 压 力 降 低到 一 定 程 度 时 ( 对 应 的 压 力 称 为 “ 临 界 解 吸 压 力 ” ) , 煤 层 中 吸 附 的气 体 就 与 微 孔 隙 内 表 面 分 离 , 称 为 “ 解 吸 ” 。 由 于 割 理 中 的 压 力 降低 , 解 吸 作 用 也 可 在 煤 的 割 理的煤 基 质 和 微 孔 隙 扩 散 进 入 裂 缝 网 络 中 , 再 经 网 络 流 向 井 筒 。煤 对 甲 烷 吸 附 依 靠 的 是 范 德 华 力 。 属 物 理 吸 附 , 是个 阶 段 ( 见 图可 逆 过 程 , 即 在 一 定 条 件 下 , 吸 附 的 甲 烷 会 与 煤 的 内 表 面 脱 离 进 入游 离 相 , 这 叫 做 煤 层 气 的 解 吸 。 煤 层 甲 烷 气 的 解 吸 主 要 受 压 力 控制 , 降 低 煤 层 内 的 压 力 , 则 可 使 吸 附 气 解 吸 释 放 。 煤 层 中 维 系 甲 烷吸 附 的 压 力 是 静 水 压 力 和 气 体 压 力 。 静 水 压 力 下 的 煤 层 气 产 出 大致 要 经 历) 非 饱 和 单 相 流 动 阶 段 。 储 层 压 力 逐 渐 下 降 ,单 相 流 动 阶 段 。 水 从 割 理 系 统 中 进 入 井 筒 被 排 出 , 储 层 压力 开 始 逐 渐 下 降 。两 相 流 动 阶 段 。甲 烷 已 开 始 解 吸 , 形 成 气 泡 , 阻 碍 水 的 流 动 , 水 相 相 对 渗 透 率 下 降 ,但 由 于 气 泡 是 孤 立 的 , 尚 未 出 现 气 体 流 动 。煤 层 甲 烷 产 出 的 三 个 阶 段 ( 据 杨 建 业 等 ,图着 压 力 下 降 到 一 定 程 度 和 气 体 不 断 解 吸 , 气 饱 和 度 提 高 , 气 泡 互 相连 接 , 形 成 连 续 气 流 , 气 水 同 时 进 入 井 筒 。一 旦 两 相 流 动 开 始 , 似 乎 有 两 种 气 体 运 移 机 理 控 制 煤 层 甲 烷气 的 运 移 。 其 一 机 理 指 游 离 气 穿 过 裂 缝 和 微 孔 隙 体 系 的 流 动 ; 其二 机 理 指 气 体 穿 过 固 体 煤 的 微 孔 隙 空 间 的 扩 散 流 动 。 从 根 本 上讲 , 是 压 差 , 即 井 眼 与 地 层 之 间 的 压 差 值 直 接 控 制 气 的 解 吸 与 扩散 。 美 国 两 个 主 要 煤 层 气 田 圣 胡 安 气 田 和 黑 勇 士 气 田 目 前 均 是 通过 排 水 降 压 达 到 产 气 目 的 。煤 层 气 为 自 生 自 储 式 非 常 规 天 然 气 。 因 此 , 控 制 煤 层 储 集 性控 制 煤 层 气 富 集 的 主 要 因 素, 中 低 挥 发 分 烟 煤 ( 镜 煤 反 射 率能 的 主 要 因 素 是 煤 岩 性 质 、 煤 岩 储 集 空 间 发 育 程 度 、 煤 层 埋 藏 深度 、 煤 层 厚 度 及 地 质 构 造 和 圈 闭 条 件 的 优 劣 等 等 。煤 岩 性 质 对 煤 层 气 富 集 的 影 响煤 岩 性 质 对 煤 层 气 富 集 的 影 响 主 要 表 现 在 煤 岩 三 大 组 分 , 即镜 质 组 、 壳 质 组 、 惰 性 组 的 产 气 能 力 的 差 别 。 研 究 表 明 , 壳 质 组 产无 烟 煤 阶 段 ,镜 质 组 惰 性 组 。 产 烃 气 的 比 率 在 焦 煤瘦 煤 ) , 不 同 组 分 的 吸 附也 有 人 研 究 认 为 镜 质 组 产 气 略 大 于 壳 质 组 ,原 因 是 镜 质 组 分 气 态 烃 产 率 较 高 , 而 壳 质 组 所 有 成 分 产 气 能 力 各有 不 同 。 另 外 , 从 对 甲 烷 的 吸 附 能 力 看 , 一 般 认 为 煤 的 吸 附 能 力 随煤 阶 的 增 高 而 增 加 , 在 烟 煤 阶 段 ( 长 焰 煤号 变 质 阶 段 , 显 微 组 分 的组能 力 变 化 是 : 惰 性 组 ( 具 有 胞 腔 结 构 而 无 充 填 物 的 丝 质 体 ) > 镜 质惰 性 组 ( 无 结 构 丝 质 体 ) ; 在 无 烟 煤吸 附 能 力 是 镜 质 组 > 惰 性 组 。 壳 质 组 在 三 个 组 分 中 吸 附 能 力 最 低 。以 煤 阶 来 分 析 , 美 国 的 研 究 与 实 践 表 明 , 煤 化 过 程 生 气 量 较 大的 煤 阶 , 一 般 储 气 量 也 较 大 ( 表气 能 力大 致 为实 际 的 研 究 认 为 从 长 焰 煤 到 无 烟 煤 , 总 趋 势 是 煤 层 甲 烷 含 量 随 煤和 我 国 煤 炭 系 统 通 过 分 析 矿 井 瓦 斯 分 布 和。 从 脱 气 试 验 结 果 看 , 中 低 挥 发 分 烟 煤 的 解 吸 量 最 高 , 分 别 是和) 的 生 气 量 最 大 , 分 别 为不 同 煤 层 的 气 体 生 成 量 数 据 表表。 裂 缝 孔 隙 的 主图) 的 生化 程 度 增 高 而 增 加 , 其 中 焦 煤 到 无 烟 煤, 这产 量 最 大 , 实 测 长 焰 煤 到 无 烟 煤 的 解 吸 量 为与 国 外 的 研 究 结 果 基 本 一 致 。煤 岩 储 集 空 间 对 煤 层 气 储 集 的 影 响煤 岩 中 孔 隙 分 为 两 种 , 一 种 是 基 岩 孔 隙 , 第 二 种 是 裂 缝 孔 隙 。因 此 煤 层 是 具 有 双 重 孔 隙 结 构 的 储 集 层 , 见 图煤 层 双 重 孔 隙 结 构 示 意 图要 部 分 是 指 其 内 生 裂 隙 , 特 称 为 割 理 。 它 是 煤 化 作 用 过 程 中 , 由 于煤 层 脱 水 , 干 化 收 缩 , 而 产 生 的 大 致 互 相 垂 直 的 两 组 微 裂 隙 。 主 要的 一 组 可 以 延 伸 较 远 ( 可 达 几 百 米 ) , 称 为 “ 面 割 理 ” ; 次 要 的 一 组 只发 育 于 两 条 面 割 理 之 间 , 称 为 “ 端 割 理 ” 。 这 两 组 割 理 与 煤 层 层 面正 交 或 陡 角 相 交 。 割 理 是 很 细 微 的 裂 缝 , 其 张 开 度 一 般 以 微 米 计 。裂 缝 孔 隙 将 煤 分 为 许 多 块 , 称 基 岩 块 。 基 岩 孔 隙 和 割 理 在 煤 层 气的 储 集 和 产 出 中 起 的 作 用 不 同 。 割 理 在 储 集 气 方 面 作 用 不 大 , 它主 要 作 用 在 于 提 高 煤 层 气 的 采 收 率 。 割 理 密 度 与 煤 阶 的 变 化 有关 , 从 长 焰 煤 到 中 低 级 挥 发 分 烟 煤 , 割 理 密 度 不 断 增 加 , 到 无 烟 煤有 减 少 的 趋 势 。 割 理 在 富 含 镜 质 组 的 煤 岩 中 相 对 较 发 育 , 垂 直 层理 小 裂 缝 发 育 是 镜 质 组 煤 的 特 点 。 割 理 主 要 是 煤 化 作 用 中 产 生 的内 部 收 缩 裂 缝 , 此 外 局 部 构 造 应 力 也 可 引 起 裂 缝 , 前 者 叫 内 生 割条 割 理 , 长 焰 煤 只 有 几 条 , 无 烟 煤 少 于内 有, 对 煤 的的 那 部 分 孔) 以理 , 后 者 叫 外 生 割 理 。 以 煤 阶 而 论 , 焦 煤 的 内 生 割 理 最 发 育 ,度 低 于条 , 此 外 密( 取 决 于 灰 分 含 量 ) 的 煤 有 利 于 割 理 发 育 。 另 外 ,煤 层 中 还 有 构 造 形 成 的 较 大 的 裂 隙 , 如 断 裂 、 褶 皱 、 压 实 等 引 起 的 。一 般 认 为 , 未 开 采 前 的 原 地 裂 缝 中 , 不 含 有 气 体 , 因 此 与 含 气量 无 关 。 这 些 裂 隙 、 孔 隙 只 是 流 体 流 动 的 通 道 , 只 与 渗 透 率 有 关 。基 质 孔 隙 是 指 煤 层 被 大 致 互 相 垂 直 的 面 割 理 和 端 割 理 划 分 成, 中 孔 (小 块 体 中 的 孔 隙 。 在 这 些 基 质 块 体 中 发 育 着 孔 洞 孔 隙 , 按 直 径 大小 划 分 为 大 孔 ( ) 和 微 孔 ( 小 于孔 隙 喉 道 大 小 研 究 表 明 , 孔 隙 容 积 主 要 与 中 孔 无 关 , 而 孔 隙 的 内 表面 积 主 要 与 微 孔 有 关 。 基 质 孔 隙 是 吸 附 气 体 的 主 要 场 所 , 与 含 气量 有 关 , 基 质 块 体 可 认 为 是 供 给 裂 隙 系 统 的 气 源 。 这 样 , 煤 层 的 全部 介 质 就 以 三 个 相 互 作 用 的 系 统 为 特 征 : 煤 颗 粒 、 孔 隙 和 割 理 。维 索之基 岩 孔 隙 是 煤 层 气 储 集 的 主 要 空 间 。 前 苏 联 学 者茨 基 认 为 煤 吸 附 甲 烷 最 有 效 的 孔 隙 半 径 在 (间 的 孔 隙 体 积 占 总, 若 再 加 上 (间 , 压 汞 试 验 表 明 , 煤 半 径 在 (体 积 的号 (隙 , 则 比 例 就 更 大 。 但 是 并 非 所 有 不 同 变 质 程 度 ( 煤 阶 ) 、 不 同 显 微组 分 的 煤 对 甲 烷 都 具 有 同 等 程 度 的 吸 附 能 力 , 实 验 证 明 , 从 褐 煤 到无 烟 煤 , 基 岩 的 有 效 孔 隙 不 断 增 加 , 到 无 烟 煤后 , 有 效 吸 附 孔 隙 有 所 降 低 。从 煤 的 显 微 组 分 看 , 惰 质 组 和 镜 质 组 的 有 效 吸 附 孔 隙 都 比 较发 育 , 而 壳 质 组 的 有 效 吸 附 孔 隙 相 比 之 下 显 得 不 太 发 育 。 此 外 , 实验 证 明 煤 中 无 机 矿 物 ( 粘 土 矿 物 和 黄 铁 矿 等 ) 含 量 增 高 , 灰 分 增 高 ,有 效 吸 附 孔 隙 则 减 少 , 不 利 于 煤 层 气 的 储 集 。煤 层 埋 深 、 圈 闭 类 型 与 煤 层 气 的 储 集以 上 , 煤 层 甲 烷 的随 着 煤 层 埋 深 加 大 , 地 层 温 度 增 加 , 一 方 面 煤 的 变 质 程 度 增加 , 生 气 量 加 大 , 另 一 方 面 封 闭 条 件 变 好 , 煤 层 中 甲 烷 气 体 分 压 增加 , 煤 的 吸 附 能 力 变 大 , 煤 层 对 甲 烷 的 保 存 量 在 一 定 压 力 范 围 内 显著 增 加 。 全 煤 脱 气 实 验 结 果 表 明 , 埋 深 在煤 层 气 储 层 参 数 及 评 价 概 论深 度 内平 均 含 量 为 , 埋 深 在量 为的 煤 层 甲 烷 平 均 含 气。 但 是 当 达 到 一 定 深 度 以 后 , 煤 层 甲 烷 含 量 不 再 为以 上 为 瓦 斯 风 化 带 ,煤 层 埋 深 的 函 数 , 因 为 地 温 升 高 , 导 致 煤 层 对 甲 烷 的 吸 附 能 力 下降 。 就 我 国 情 况 而 言 , 煤 层 含 气 量 除 受 埋 深 影 响 外 , 煤 阶 的 变 化 是其 主 导 因 素 。 一 般的 煤 的 演 化 程 度 好 , 有 煤 层 吸 附 气 的 大 量 聚 集 。, 而 活 动 区 仅 用煤 层 气 藏 与 常 规 天 然 气 藏 不 同 , 它 是 一 种 特 殊 的 压 力 圈 闭 气藏 , 可 以 分 为 水 压 圈 闭 和 气 压 圈 闭 两 种 类 型 。 水 压 圈 闭 是 目 前 形成 大 型 煤 层 气 田 的 主 要 圈 闭 形 式 。 水 填 充 在 煤 层 的 割 理 中 , 并 有足 够 的 静 水 压 力 , 使 吸 附 气 不 能 解 吸 而 得 以 保 存 。 因 为 一 般 情 况下 , 受 重 力 影 响 , 水 向 低 处 流 , 先 聚 集 在 构 造 低 部 位 , 向 斜 、 单 斜 低部 位 是 形 成 这 类 气 藏 的 有 利 地 区 , 也 是 勘 探 的 主 要 方 向 。 美 国 两大 含 煤 盆 地 都 在 向 斜 、 单 斜 低 部 位 形 成 大 的 煤 层 气 田 就 是 很 好 的证 明 。 气 压 圈 闭 气 藏 , 填 充 在 煤 层 割 理 空 间 的 若 为 气 体 , 则 气 体 达到 足 够 压 力 时 , 同 样 使 煤 层 中 的 吸 附 气 不 能 解 吸 , 无 法 向 割 理 运移 , 因 而 得 以 保 存 。 因 此 , 气 压 圈 闭 必 须 在 煤 层 之 上 有 比 较 好 的 不渗 透 层 。 其 形 成 机 理 同 一 般 气 藏 相 似 , 不 同 的 是 其 储 层 为 煤 层 , 储集 空 间 为 微 孔 隙 。 从 地 质 构 造 总 体 分 析 上 看 , 在 构 造 相 对 稳 定 的沉 积 盆 地 才 能 容 易 形 成 以 上 两 种 煤 层 气 藏 的 圈 闭 形 式 。 因 此 , 大地 构 造 稳 定 区 是 煤 层 气 的 主 要 保 存 地 区 。 为 此 , 美 国 在 评 价 煤 层气 资 源 时 , 使 用 聚 煤 气 系 数 , 稳 定 区 用为 了 经 济 合 理 地 开 采 煤 层 气 资 源 , 必 须 了 解 煤 层 气 储 层 的 一些 评 价 参 数 。 这 些 评 价 参 数 主 要 包 括 如 下 几 类 :煤 层 含 气 量 。 煤 层 总 含 气 量 应 为 解 吸 气 量 、 逸 散 气 量 和 残余 气 量 之 和 。 在 井 场 用 普 通 取 芯 工 具 钻 取 煤 芯 , 当 煤 芯 提 出 井 口后 , 立 即 用 密 封 罐 采 取 煤 样 , 利 用 解 吸 仪 测 定 煤 样 中 甲 烷 气 随 时 间变 化 规 律 , 求 出 解 吸 气 量 , 根 据 提 钻 到 采 样 过 程 中 煤 样 暴 露 时 间 计算 采 样 过 程 中 的 逸 散 气 量 , 然 后 在 实 验 室 将 煤 样 粉 碎 并 测 定 残 余) 吸 附 理 论 描 述 甲 烷 的含 气 量 为气 量 , 上 述(种 气 量 的 总 和 除 以 煤 样 可 燃 质 质 量 即 得 出 气 量。 这 只 相 当 于 实 际 含 气 量 的 下 限 值 。 目 前 美 国 采 用 密 闭 等压 取 芯 测 解 吸 量 , 比 较 接 近 实 际 含 气 量 。 此 外 通 过 吸 附 等 温 线 可间 接 求 得 最 大 饱 和 含 气 量 , 通 过 含 气 量 与 煤 阶 、 温 度 的 关 系 以 及 用测 井 方 法 也 可 粗 略 估 计 出 含 气 量 。 准 确 的 含 气 量 数 据 是 煤 层 气 评价 中 优 先 考 虑 的 因 素 。 如 果 含 气 量 测 定 结 果 有 误 , 就 不 能 提 供 可靠 的 煤 层 气 资 源 依 据 。吸 附 特 性 实 验 参 数 。 它 是 在 实 验 室 用 静 态 容 量 法 通 过 煤芯 的 等 温 吸 附 试 验 , 用 传 统 的 兰 氏 (吸 附 规 律 , 记 录 不 同 压 力 下 的 吸 附 量 , 以 求 得 煤 的 吸 附 等 温 线 , 同时 得 出 解 吸 曲 线 以 分 析 含 气 量 和 解 吸 压 力 。煤 样储 层 评 价 中 往 往 通 过 吸 附 等 温 线 求 得 的 最 大 含 气 量 ( 理 论 含气 量 ) 与 井 场 解 吸 求 得 的 实 际 含 气 量 比 较 , 以 确 定 煤 层 是 否 被 气 饱和 。 因 为 在 许 多 情 况 下 , 由 于 地 壳 上 升 剥 蚀 等 原 因 , 气 体 自 然 解 吸或 煤 的 组 成 变 化 不 同 , 产 生 不 同 的 重 烃 类 , 使 得 煤 层 没 有 饱 和 气 ,这 对 于 确 定 开 发 方 案 是 非 常 重 要 的 。 见 图, 因 为 煤 被 甲 烷 饱 和 , 当 煤 被 钻 穿, 储 层 压 力 为, 则 在 现 有 储 层 压 力后 , 钻 孔 压 力 开 始 下 降 , 甲 烷 很 快 从 基 质 中 解 吸 出 来 。 相 反 , 煤 样没 有 达 到 饱 和 含 气 量 , 含 气 量 为下 ( , 甲 烷 不 会 解 吸 , 只 有 降 低 储 层 压 力 到等 温 线 上 的 关 系 ( 据 杨 建 业 等 ,图 饱 和 气 煤 的 含 气 量 与 储 层 压 力 在 吸 附, 富 含 镜 煤 的 煤 层 ; 煤 层 的 密 度 小 于后 , 大 量 的 气 体 才 开 始 解 吸 。 由 此 可 见 , 吸 附 特 性 好 的 较 低 煤 阶 比低 饱 和 度 和 兰 氏 压 力 高 的 煤 阶 更 好 。 此 外 , 就 吸 附 等 温 线 的 形 态分 析 , 接 近 线 性 较 陡 的 吸 附 等 温 线 , 对 于 提 高 甲 烷 产 量 更 有 利 。煤 层 物 性 参 数 。 煤 层 物 性 参 数 通 常 指 煤 层 的 渗 透 率 ( 包 括绝 对 渗 透 率 和 相 对 渗 透 率 ) 和 孔 隙 度 。 煤 岩 渗 透 率 主 要 是 指 煤 岩裂 隙 的 渗 透 率 , 它 是 决 定 储 层 气 水 流 动 的 主 要 因 素 , 也 是 煤 层 中 最重 要 而 难 以 测 定 的 参 数 。 除 了 通 过 岩 芯 测 试 外 , 还 常 常 采 用 不 稳定 试 井 、 测 井 和 通 过 油 藏 模 拟 生 产 史 谐 配 等 方 法 求 得 。, 煤 层 气 的 开实 验 证 明 , 煤 层 的 渗 透 率 只 有 大 于煤 层 埋 深 小 于 约采 才 能 成 功 。 具 有 较 高 渗 透 性 的 条 件 是 :煤 阶构 造 条 件 : 褶 皱 轴 的 最裂 隙 或 断 裂 发 育 部 位 。, 密 度 低 的 煤 有 利 于 割 理 发 育 ;大 曲 率 点 最 有 利 于 裂 隙 的 发 育 ;) 来 确 定 。 其煤 储 集 岩 石 学 方 面 的 参 数 , 主 要 指 煤 阶 、 煤 的 显 微 组 分 、 煤的 显 微 硬 度 。 煤 阶 通 过 测 定 煤 中 镜 质 组 反 射 率 (余 则 用 反 光 显 微 镜 区 分 , 同 时 亦 可 以 求 得 割 理 宽 度 和 密 度 。煤 岩 工 业 分 析 参 数 , 该 类 评 价 参 数 是 指 煤 的 固 定 碳 、 挥 发分 、 灰 分 、 水 分 , 目 的 是 对 煤 岩 性 能 质 量 作 出 评 价 以 及 在 储 层 评 价中 校 正 含 气 量 。其 他 储 层 评 价 参 数 , 诸 如 煤 层 埋 深 、 煤 层 厚 度 ( 有 效 厚 度 ) 、储 层 压 力 、 温 度 、 机 械 特 性 、 水 文 特 性 及 煤 的 资 源 量 等 参 数 亦 是 储层 评 价 不 可 缺 的 资 料 。 其 中 煤 层 厚 度 较 为 重 要 。 一 般 认 为 煤 单 层厚 度 必 须 大 于) 公 司 采 用 清 水, 若 太 薄 不 利 于 甲 烷 保 存 及 压 裂 构 造 。 对 于 厚煤 层 可 用 空 腔 完 井 的 方 法 以 降 低 生 产 成 本 。 例 如 美 国 圣 胡 安 盆地 , 煤 的 单 层 厚 度 达 到 几 十 米 , 除 阿 莫 克 (加 砂 压 设 计 外 , 其 他 公 司 均 采 用 了 空 腔 完 井 这 一 完 井 方 法 。为 了 确 定 上 述 煤 层 特 性 评 价 参 数 , 目 前 所 使 用 的 非 测 井 方 法主 要 包 括 岩 芯 、 试 井 和 定 向 取 芯 等 。 对 于 现 行 确 定 煤 层 特 性 的 非。 这 几 种 方测 井 方 法 及 相 关 事 项 见 表 据 内 部 交 流 资 料 ,法 可 取 得 较 准 确 的 煤 储 层 评 价 参 数 , 但 是 它 们 只 能 得 到 局 部 数 值 ,煤 层 气 储 层 与 常 规 天 然 气 砂 岩 储 层 的 比 较确 定 煤 层 气 储 层 评 价 参 数 的 非 测 井 方 法表而 且 具 有 方 法 费 用 高 等 不 足 。 测 井 方 法 与 非 测 井 方 法 相 比 , 不 仅可 以 获 得 井 及 其 周 围 各 处 的 煤 储 层 评 价 参 数 , 而 且 是 一 类 较 为 经济 和 快 速 的 方 法 , 因 此 , 测 井 方 法 在 煤 储 层 评 价 中 可 发 挥 重 要作 用 。通 过 上 面 的 讨 论 可 以 看 出 , 煤 层 气 储 层 是 一 种 非 常 规 天 然 气储 层 , 它 与 常 规 天 然 气 砂 岩 储 层 有 明 显 的 差 异 。 例 如 , 在 储 层 岩 石成 分 、 生 气 能 力 、 气 源 、 储 气 方 式 、 储 气 能 力 、 储 层 物 性 、 力 学 性 质 、以 及 开 发 等 方 面 都 有 明 显 的 差 异 , 现 将 其 不 同 的 详 细 情 况 汇 总 , 见表 。 因 此 为 了 有 效 评 价 煤 层 气 储 层 , 必 须 结 合 煤 层 气 储 层 地 质地 球 物 理 特 点 开 展 有 关 煤 层 气 储 层 的 评 价 研 究 工 作 。常 规 天 然 气 砂 岩 储 层 与 煤 层 气 储 层 的 比 较表( 据 钱 凯 等 修 改 ,续 表参 考 文 献煤 层 气 藏 的 储 集 特 征 及 储 层 评 价 西 安 地 质 学北 京 : 石 油 工 业 出 版 社裂 缝 性 油 气 藏 测 井 解 释 模 型 与 评 价 方 法谭 廷 栋:北 京 : 地 质 出 版 社 ,赵 庆 波 , 刘 兵 , 姚 超 等 编 世 界 煤 层 气 工 业 发 展 现 状北 京 : 石 油 工 业 出 版 社 ,煤 层 甲 烷 气 勘 探 开 发 理 论 与 实 验 测 试 技 术钱 凯 , 赵 庆 波 , 汪 泽 成 等 编 著郑 州 : 河 南 科 技 出 版 社 ,煤 层 气 译 文 集地 矿 部 华 北 石 油 地 质 局 编院 学 报 ,杨 建 业 , 杜 美 利 , 苏 小 鹏 等章     煤 层 气 测 井 技 术 与 储 层测 井 评 价 概 论引 言第由 于 煤 层 气 工 业 的 发 展 , 煤 层 气 资 源 的 勘 探 开 发 已 经 引 起 国内 外 的 广 泛 重 视 , 并 且 相 继 开 展 了 有 关 的 勘 探 开 发 研 究 工 作 。 我国 目 前 已 把 煤 层 气 资 源 的 勘 探 开 发 作 为 能 源 发 展 的 战 略 重 点 之一 , 并 且 , 地 矿 、 煤 炭 和 石 油 三 系 统 将 联 合 开 发 煤 层 气 资 源 , 这 预 示着 我 国 煤 层 气 的 勘 探 开 发 将 进 入 一 个 新 的 发 展 时 期 。章 的 讨 论 可 知 , 煤 层 气 储 层 与 常 规 油理 论 研 究 和 实 际 应 用 表 明 , 地 球 物 理 测 井 技 术 具 有 方 法 种 类多 和 较 高 的 异 常 分 辨 率 等 特 点 , 因 此 , 它 在 煤 层 气 资 源 的 勘 探 开 发中 可 发 挥 重 要 作 用 。 由 第气 储 层 相 比 有 明 显 的 差 异 , 其 最 大 特 点 就 是 前 者 既 是 煤 层 气 的 储集 层 , 又 是 它 的 生 气 源 岩 , 并 且 煤 层 气 储 层 包 含 了 极 为 发 育 的 自 然裂 隙 。 因 此 , 煤 层 气 储 层 具 有 包 括 基 质 孔 隙 和 裂 缝 孔 隙 的 双 重 孔隙 结 构 。 基 于 上 述 特 点 , 必 然 导 致 其 物 性 结 构 的 非 均 质 性 和 各 向异 性 等 特 征 , 而 且 造 成 储 层 地 质 特 征 与 测 井 响 应 之 间 的 关 系 进 一步 复 杂 化 , 表 现 出 更 加 明 显 的 非 线 性 特 征 以 及 给 测 井 资 料 解 释 造成 更 大 的 困 难 和 给 解 释 结 果 带 来 更 强 的 多 解 性 、 模 糊 性 和 不 确 定性 。 因 此 , 国 内 外 地 球 物 理 测 井 工 作 者 紧 密 结 合 煤 层 气 储 层 的 特点 , 相 继 开 展 了 有 关 的 研 究 和 探 索 , 其 研 究 范 围 包 括 了 煤 层 气 储 层评 价 的 地 球 物 理 测 井 数 据 采 集 技 术 和 煤 层 气 储 层 地 球 物 理 测 井 资料 处 理 及 解 释 技 术 ( 评 价 技 术 ) 两 个 方 面 。 本 章 就 煤 层 气 储 层 评 价的 地 球 物 理 测 井 数 据 采 集 技 术 和 煤 层 气 储 层 地 球 物 理 测 井 评 价 技术 等 方 面 进 行 较 详 细 地 综 合 分 析 。 并 指 出 煤 层 气 常 用 的 测 井 系 列和 测 井 评 价 的 基 本 内 容 。煤 层 气 地 球 物 理 测 井 技 术利 用 测 井 方 法 提 供 的 一 些 重 要 的 储 层 性 质 信 息表专 门 为 探 测 煤 层 气 储 集 层 而 设 计 的 , 但 是 , 经 过 近 多 年 的 发 展应 用 , 基 于 石 油 测 井 数 据 采 集 技 术 和 煤 田 测 井 数 据 采 集 技 术 , 已 经逐 步 形 成 了 一 门 相 对 独 立 的 测 井 技 术 煤 层 气 地 球 物 理 测 井 技术 ( 简 称 煤 层 气 测 井 技 术 ) 。 煤 层 气 测 井 技 术 的 测 井 系 列 类 似 于 其他 测 井 技 术 , 可 以 分 为 如 下 种 类 型 :为 了 进 行 煤 层 气 储 层 性 质 、 产 能 评 价 以 及 指 导 设 计 经 济 有 效的 煤 层 气 完 井 和 压 裂 措 施 等 问 题 , 地 球 物 理 测 井 技 术 可 为 其 提 供一 些 重 要 的 储 层 性 质 信 息 ( 见 表 , 因 此 测 井 技 术 在 煤 层 气 勘 探开 发 中 占 有 重 要 地 位 。 尽 管 到 目 前 为 止 , 还 没 有 一 种 测 井 方 法 是套 管 井 煤 层 气 测 井 系 列 ;裸 眼 井 煤 层 气 测 井 系 列 ;煤 层 气 生 产 测 井 系 列 。裸 眼 井 煤 层 气 测 井 系 列选 择 合 理 的 裸 眼 井 煤 层 气 测 井 系 列 对 于 整 个 煤 层 气 勘 探 开 发过 程 是 至 关 重 要 的 。 根 据 国 内 外 的 大 量 生 产 实 践 和 有 关 的 理 论 研究 都 表 明 , 为 了 进 行 煤 层 气 ( 储 层 ) 识 别 和 确 定 煤 层 厚 度 , 可 采 用 如电 位 测 井 和 温 度 测 井 ( 见 图 和 图下 测 井 技 术 :密 度 测 井 、 高 分 辨 率 密 度 测 井 与 岩 性 密 度 测 井 ;井 径 测 量 ;自 然 伽 马 测 井 ;双 侧 向 、 双 感 应 、 浅 感 应 测 井 ;高 分 辨 率 感 应 测 井 ( 例 如 , 相 量 感 应 测 井 、 阵 列 感 应 测 井等 ) 。为 了 进 行 煤 岩 工 业 分 析 、 计 算 煤 层 气 储 层 的 ( 基 质 和 裂 缝 ) 孔 隙度 、 含 气 量 、( 基 质 和 裂 缝 ) 渗 透 率 和 岩 石 力 学 参 数 等 , 除 了 使 用 密 度测 井 、 井 径 测 量 、 自 然 伽 马 测 井 之 外 , 可 增 加 使 用 如 下 测 井 技 术 :微 电 阻 率 测 井 ;双 侧 向 测 井 、 微 球 型 聚 焦 测 井 ;) 自 然 电 位 测 井 (超 热 中 子 测 井 ;) 补 偿 中 子 测 井 、 中 子) 微 电 阻 率 扫 描 测 井 (声 波 全 波 列 测 井 、 陈 列 声 波 测 井 ;() 地
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本文标题:煤层气储层测井评价方法及其应用
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