地球物理测井在煤体结构识别中的应用智库

发布时间:2019-05-09 17:11:23  作者:沈家宁 徐韵 方晓刚  来源:本站原创  浏览次数:

摘要:煤体结构类型与煤储层孔裂隙特征密切相关,对煤层气开采具有重要意义。利用电阻率测井、井径测井和自然伽玛测井等地球物理测井方法可以识别煤体结构,本文对这种地球物理测井识别煤体结构方法进行了调研,发现目前均是利用这种方法来定性的识别,而定量识别还在探讨研究阶段,因此,煤体结构的定量识别尚有广泛的研究空间,并有待进一步商榷。

关键词:测井 煤体 结构识别 应用

一、前言

测井技术在煤层气的勘探开发过程中的识别煤层、分析煤质特点、评价煤储层特征等方面被广泛运用。基于煤体结构间存在的物性差异,通常随着煤体遭受构造破坏程度的增加,具备电阻率、声波时差增大;孔隙、裂隙发育,密度降低,伽马曲线反映明显;单位体积内放射性物质含量减小,自然底异常等特征。煤体结构识别方面的大量的研究,在不同区块形成了适应性较强的定量划分标准,但共性方法标准尚在进一步探索研究阶段。

二、进展情况

1978年,美国S.W.兰伯特和M.A.特立维茨利用密度测井,将煤体结构划分为脆煤和硬煤。

1999年,傅雪海利用逐步回归方法建立了淮北宿南向斜煤层气含量与测井响应值之间的数学模型;利用聚类分析的方法,根据视电阻率、声波时差和自然伽马,将煤体结构划分为原生结构煤-碎裂煤、碎斑煤、碎粉煤(或糜棱煤)3种类型。此项研究弥补了煤田地勘过程中煤层气含量测试精度不高、煤体结构破碎的不足。同年,龙王寅从生产矿井煤体结构的实地观测与邻近钻孔测井曲线相对比中,发现煤体结构类型与测井曲线形态之间的因果关系,以取得测井曲线反映煤体结构的正确认识,并在两淮煤田主要煤层的煤体结构发育特征中得到应用。

2003年,傅雪海利用安徽两淮煤田20世纪90年代煤田补充勘探、煤层气井的数字测井曲线和前期煤田地质勘探的模拟测井曲线,将煤田各矿井煤体结构划分为原生结构碎裂煤(I类)、碎斑煤(II类)和糜棱煤(III类)3种类型,同时将煤储层渗透率划分为高、中、低渗3个级别。探讨了两淮煤田构造煤和低渗透区的分布特征,为煤层气勘探选区指出了方向。

2005年,刘明举结合测井原理、构造煤的物理力学性质及实际对比,研究了构造软煤在测井曲线上的相应特征。通过视电阻率电位测井、自然电位测井、自然伽马测井、井径测井等方法进行了鹤壁矿区北四采区煤体结构的判识,得出判识结果作为宏观把握构造软煤赋存状况的基础是可信的结论。

2006年,孙四清基于构造软煤与硬煤的物性差异,分析构造软煤分层在视电阻率、伽马-伽马测井曲线上的相应特征,并根据煤层段的测井曲线形态特征,将揭露区钻孔测井曲线初步判识的结果与钻孔邻近巷道煤壁观测的结果进行对比、验证,形成了一套测井曲线判识构造软煤的技术。

2009年,李学文利用钻孔测井曲线特征并结合矿井地质构造成果,对淮南潘一矿8煤层煤体结构特征及其构造煤发育规律进行了研究。用视电阻率电位和人工伽马测井曲线将煤体结构分为三类:第一类为块煤、第二类为过渡煤、第三类为碎煤,并对不同煤体结构类型煤分层厚度进行了确定,提出定厚以发生相对明显变化主要参数曲线的始、末点为分层界限点。

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2010年,杨思舜应用视电阻率电位曲线和人工伽马曲线对煤矿钻孔的构造煤进行判识,得出利用测井曲线判识构造煤的具有方法简单实用准确性高的结论。

2013年,王立志以延川南区块2号煤层为主,统计分析煤岩煤质特征、煤层含气量与测试数据的相应关系。按照煤层测井相应“三高两地”特征,即:高电阻、高声波时差、高中子、低伽马、低体积密度,以2号煤层为依托,建立双侧向测井原生-碎裂结构、碎粒-糜棱结构这种结构的测井判识模板。结合取芯观察,发现当深浅电阻率分离程度大于20%时,煤体结构以碎粒-糜棱结构为主;当深浅电阻率分离程度小于20%时,煤体结构以原生、碎裂结构为主,有利于煤层气高产。

陈跃通过对韩城地区测井资料与钻井取芯样品进行对比分析,总结出不同煤体结构的深侧向电阻率测井、双井径测井及自然伽马测井曲线组合特征,并利用测井曲线组合特征识别煤体结构及分层定厚,进一步对研究区24口煤层气井测井资料的分析,揭示3号、5号和11号煤层气煤体结构平面分布规律及其与区域构造的关系。研究表明:块煤扩径轻微,电阻率偏高;块粉煤扩径严重且差异扩径现象明显,电阻率偏低;粉煤扩径严重且部分出现轻微差异扩径现象,电阻率偏低。

2014年,陈跃以韩城矿区为例,把煤体结构分为块煤、块粉煤、粉煤三类,并对区块内三个煤层气的测井曲线进行对比分析,归纳了各煤体结构的测井曲线组合特征:块煤和粉煤类电阻率曲线和自然伽马曲线为平滑的箱型或钟型,块粉煤为波动的箱型;块粉煤和粉煤扩径严重,且块粉煤差异扩径明显。同时利用测井曲线组合方法识别出了0.5米以上不同煤体结构的分层。

2015年,何游采用灰分与自然伽马正相关归位法,对韩城矿区煤芯进行了归位,并用趋势面分析法对测井资料进行了标准化,利用密度和声波计算了波阻抗曲线。综合分析11号煤层煤芯的煤体结构与相对应的波阻抗、中子、密度、自然伽马等测井参数的相关性,表明声波阻抗和补偿中子测井响应的交汇分析方法是判识煤体结构的一种新方法,但是其适用范围上还有很大局限性。

2016年,熊波利用沁水盆地安泽区块41口井资料,分析得出各类煤体结构的测井参数配置表,并将不同煤体结构煤所对应的各种测井参数进行平面成图,建立测井参数交交汇图版。按照煤体结构指数的方法对该区块煤体结构组合方法提出了分类。

2017年,陈晶利用煤岩地球物理响应特征及地质录井资料,针对柿庄地区煤岩特点,进行测井响应参数与煤体结构之间的相关性探讨。确定柿庄区块构造煤测井响应特征主要与声波时差、补偿中子、体积密度及井径密切相关,相关性均高达0.8 以上,而电阻率在不同煤岩段测井曲线波动较大,不能有效识别煤体结构。进而结合煤岩骨架参数综合提出了煤体结构指数e作为定量判识构造煤的指标,当e大于1.8时,煤体结构普遍为构造煤。

陈粤强结合韩城矿区北区内18 口井的测井曲线,分析了不同煤体结构的测井响应特征,优选了与煤体结构相关性较好的3个参数:井径、声波时差、视电阻率幅值差异系数,引入地质强度因子对煤体结构赋值,建立了利用测井参数定量识别煤体结构的多元回归方程,方程中自变量井径、声波时差、视电阻率幅值差异系数与因变量地质强度因子之间符合线性相关关系。实例应用结果表明,利用测井参数定量识别的煤体结构与钻井取心描述的煤体结构基本一致。

三、结论

(一)在2010年前测井技术主要用于煤矿生产及瓦斯防治,定性的判识煤体结构;之后广泛应用于煤层气勘探开发并取得诸多成果,尤其是由定性分析向半定量、定量分析转变。

(二)通过研究,形成共性定量标准,在煤层气勘探与开发过程中,在补偿声波(或声波时差)、补偿密度(或密度、井径)等测井参数齐全的情况下,可以比较容易地进行煤体结构判识。

参考文献:

1、傅雪海 陆国桢 秦杰等.用测井响应值进行煤层气含量拟合和煤体结构划分[J].测井技术,1999(02):32-35.

2、龙王寅 朱文伟 徐静等.利用测井曲线判识煤体结构探讨[J].中国煤田地质,1999(03):64-66+69.

3、傅雪海 姜波 秦勇等.用测井曲线划分煤体结构和预测煤储层渗透率[J].测井技术,2003(02):140-143+177.

4、刘明举 刘毅 刘彦伟等.地球物理测井技术在判识构造软煤中的应用[J].煤炭工程,2005(05):35-37.

5、孙四清 陈致胜 韩保山等.测井曲线判识构造软煤技术预测煤与瓦斯突出[J].煤田地质与勘探,2006(04):65-68.

6、李学文.潘一矿煤体结构特征及其在煤和瓦斯突出预测中的应用[J].中国煤炭地质,2009,21(09):17-20+78.

7、杨思舜.利用测井曲线判识构造煤的方法[J].科学咨询(科技理),2010(07):81-82.

8、王立志 刘常青 吴英等.延川南区块山西组2号煤层煤岩煤质特征及含气性测井响应分析[J].中国煤炭地质,2013,25(01):48-52.

9、陈跃 汤达祯 许浩等.基于测井信息的韩城地区煤体结构的分布规律[J].煤炭学报,2013,38(08):1435-1442.

10、陈跃 汤达祯 许浩等.应用测井资料识别煤体结构及分层[J].煤田地质与勘探,2014,42(01):19-23.

11、何游 要惠芳 陈强等.基于测井响应的韩城矿区煤体结构定量判识方法[J].煤矿安全,2015,46(06):178-182.

12、熊波 张遂安 李晓友等.沁水盆地安泽区块3号煤层煤体结构及其控气作用[J].煤田地质与勘探,2016,44(03):40-45.

13、陈晶 黄文辉 陆小霞等.沁水盆地柿庄地区构造煤定量分析及其物性特征[J].煤炭学报,2017,42(03):732-737.

14、陈粤强 张晓宏 浦静怡等.利用测井参数定量识别韩城矿区北区煤体结构[J].煤炭科学技术,2017,45(09):42-46+91.

作者单位:贵州天然气能源投资股份有限公司