Question

从测井资料获得的储层特性

Answer 1

测井资料的价值取决于井孔作业者的目的，而测井信息与其他来源的信息（如煤心、试井）相结合，可使技术人员逐步获得某一矿区所有钻井全部潜在目标煤层的关键储层特性，以达到最佳的产量决策，这比单独考虑测井、煤心或试井获得的储层特性更为可靠。再者，利用经过选择的煤心和试井数据来标定测井数据，可以建立起矿区特有的测井曲线解释模型。然后再利用测井曲线模型获取以测井记录为基础的储层特性。这一方法显得尤为重要，因为我们可以根据每个钻井的测井记录和少数选定的“标准”井的煤心和试井数据，得出关键储层特性的综合估计。可以看出，随着开发深度的增加，测井记录和其他数据来源之间的关系更多地依赖于测井资料。

1.含气量

含气量是指煤中实际储存的气体含量，通常以m³/t来表示，它与实验室测得的吸附等温线确定的含气量不同在于煤的实际含气量通常包括3个分离的部分：逸散气、解吸气和残余气。目前，实际含气量往往通过现场容器解吸试验测得，精确确定含气量需要采用保压岩心。

间接计算含气量可使用Kim方程的修正形式，这种方法是由Kim提出的计算烟煤含气量的经验方法，即

现代煤炭地质勘查技术

式中：G_daf为干燥无灰基气体储集能力，cm³/g；α为灰分，％；ω_c为水分，％，d为样品深度，m；x_fc为固定碳，％；x_vm为挥发分，％。

另一种间接计算含气量的方法是体积密度测井校正法。该方法是根据由岩心实测含气量和灰分的关系进行计算的，因为气体只吸附于煤体上，所以岩心中气体含量和灰分存在反比关系。从数学角度看，岩心灰分产率与高分辨体积密度测井数据有关，因为灰分产率严重影响煤储层的密度。因此，若有了代表性原地含气量收集数据，就可由体积密度测井数据计算含气量。

由于煤心灰分与含气量有关，亦与密度测井数据有关，因此有可能根据高分辨整体密度测井资料精确估算含气量（图8－4），并推断灰分产率为多少时预测的含气量可忽略不计。

用测井数据合理估计煤中含气量需要满足以下3个条件：由测井数据导出的等温线是正确的（包括水分、灰分和温度校正），煤被气体饱和，温度和压力可以准确估计。

2.吸附等温线

如前所述，煤中气体主要储存于煤基质的微孔隙中，这与常规油气储层中观察到的孔隙截然不同。煤中孔隙更小，要使气体产出，气体必须从基质中扩散出来，进入割理到达井筒。气体从孔隙中迁出的过程称之为解吸，按照气体解吸特性描述的煤的响应性曲线称之为吸附等温线。目前，吸附等温线是根据单位质量的煤样在储层温度下，储层压力变化与吸附或解吸气体体积关系的实验数据而绘制的曲线，压力逐渐增加的程序称为吸附等温线，压力逐渐降低的程序称为解吸等温线，在没有实验误差的条件下，这两种等温线是相同的。

等温线用于储层模拟的输入量，采用两个常数组，即兰氏体积和压力。由于缺乏工业标准，许多已有的等温线数据出现不一致现象，而且在许多情况下不适合用于储层模拟。不同水分和温度条件会导致煤心测定的等温线有大的波动，煤层吸附气体的能力随水分含量的增加而降低，直至达到临界水分含量为止；温度对煤吸附气体能力的影响在许多文献中已有报道，温度增加会降低煤对气体的吸附能力。因此，强调用煤心测定等温线时，必须将温度严格限定于储层温度下，避免因温度波动引起的数据误差。温度和水分的综合影响，连同其他煤心取样或测试的不一致，往往产生与图8－5所示相似的数据组。

图8－4 由测井获得的含气量与实测含气量之对比

图8－5 圣胡安盆地某矿区水果地组煤的吸附等温线

测井数据能帮助解释用煤心确定的吸附等温线精度。现在已导出了用测井数据估计干燥基煤的吸附等温线的一般关系式，它采用兰氏方程，在该方程中由固定碳与挥发分的比率导出兰氏常数，并按温度和水分加以校正。图8－4提供了由测井数据确定的等温线实例，它与新采集的煤心数据在标准程序下测定的等温线相一致。

实践证明，以测井数据为基础的煤的等温线估计，对确认煤心等温线测试结果和解决因取样或实验不一致而造成的煤心等温线数据中的误差极为有用。但是，由于研究程度有限，加上水分和温度估计中的误差，对以测井数据为基准的等温线计算有很大影响，所以，目前尚不能确信测井数据能够独立应用于等温线确定，确认这项技术的准确性，还需要有更多的数据组做进一步研究。

3.渗透率

试井是确定渗透率的最准确方法，但试井费用很高（一次7000～15000美元），若为多煤层则其成本更高。这一方法在处理多煤层、两相流和气体解吸时还易受推断的影响。现已证明，自然电位、微电阻率和电阻率曲线的测井数据可用于估算煤层渗透率。

一种用测井数据确定裂隙渗透率变化的方法是由Sibbit等人提出的，它更适用于常规储层裂隙。煤层渗透率取决于煤的裂隙系统，它占煤体孔隙度的绝大部分。裂隙孔隙度是裂隙频率、裂隙分布和孔径大小的组合。因此，裂隙孔隙度直接与煤的绝对渗透率有关，它是渗透率量级的决定性因素，也是控制煤层气产率、采收率、生产年限以及设计煤层气采收计划的主要因素。双侧向测井（DLL）对裂隙系统的响应，为渗透率的确定提供了依据。

Sibbit等人提出的技术是用来确定裂隙宽度的，它假定纵向裂隙和岩层电阻率比泥浆电阻率大得多，并可用下式表示

现代煤炭地质勘查技术

式中：Δc为浅侧向测井与深侧向测井的电导率差值（Δc＝CLIS－CLLD），mS/m；c_m为侵入流体（泥浆）的电导率，S/m；ε为开启裂隙宽度，μm。

模拟显示了Δc对于裂隙宽度为ε的单一裂隙与裂隙宽度为ε的多重裂隙组合是相同的。因此，式中ε也可用于表示多重裂隙的组合宽度。

模拟还揭示出这样一种现象，即它能应用于几乎垂直的裂隙（75°～90°），而这种裂隙在钻穿煤层的井孔中常见。Hoyer将Sibbit的DLL模拟数据应用于煤层裂隙评价，并用交绘图技术证实了用DLL确定煤层裂隙孔隙度指数的可行性，得出如下方程

现代煤炭地质勘查技术

式中：CLLD为深侧向测井电导率，ms/m；VFRAC为裂隙宽度，μm；c_m为泥浆电导率，S/m；C_b为基质块电导率，mS/m。

该方法排除了在裂隙未扩展、无严重侵入或电阻性泥浆侵入情况下的判读误差，图8－6为这一技术的具体应用实例。

受人关注的微电阻率装置（MGRD、MLL、MSFL或PROX，取决于电极排列）常使用DLL来记录，并用于映射煤层的裂隙孔隙度。微电阻率装置具有极好的薄层解译能力，与VFRAC亦存在线性关系（图8－7），但应注意，微电阻率装置可能受井孔粗糙度影响。

确定煤层渗透率变化的另一种方法是依靠微电极测井，微电极测井历来用于识别常规储层中的渗透性岩层。微电极测井仪是一种要求与井壁接触的极板式电阻率仪，微电极仪记录微电位电阻率（探测深度10.2cm）和微梯度电阻率（探测深度3.8cm），微电极测井的多种探测深度使这种设备可用于渗透率指示仪。随钻井泥浆侵入渗透性岩层，在入口前方形成泥饼，泥饼对浅探测微梯度电阻率影响比深探测微电位电阻率影响要大，这种泥饼效应引起两种电阻率测值的差异，进而表明渗透性岩层的存在。尽管微电极测井也常常作为煤层渗透率指标，但由于在不同钻井中泥浆特性有变化和泥浆侵入程度有变化，所以微电极测井的定量解释是困难的，目前煤中裂隙定量评价的唯一方法仍是使用DLL测井技术来实现。

图8－6 由测井显示的低、中、高裂隙孔隙度

图8－7 井中裂隙宽度与微电阻率关系