煤成气砂岩储层的测井探测技术.doc

煤成气砂岩储层的测井探测技术在煤矿开采过程中，瓦斯（煤层气）灾害是需要耗费大量的人力、物力进行预防的地质灾害，而且其无效的排放也污染了环境，增加了大气的温室效应。从另一方面来讲，煤层气则是一种洁净能源，其开发利用可以弥补常规能源的不足1。因而煤层气作为一种自然资源的开发利用越来越备受各国政府和企业的重视，现阶段我国对煤层本身所含煤层气较为重视，而对储存在砂岩里的煤成气的研究稍显不足，有事实证明一些地区煤成气砂岩储层亦具有很好的开发价值，因而，其探测方法的研究亦具有重要的现实意义。1煤成气砂岩储层11生气岩泥岩：砂岩附近的泥岩中，如果富含分散有机质，如动、植物化石等，在还原强还原环境湖相沼泽的沉积环境中，可以形成煤成气而成为砂岩储层的气体来源5。煤层：煤层本身是良好的生、储气层，尽管煤基质中微孔隙发育，具有较强的储气能力，但煤层所生成的气体仅有一部分保留在煤层中，相当一部分运移出去。同时，煤层中煤层气有三中赋存状态：溶解态、吸附态和游离态1，在外界条件发生变化时（比如压力、温度等），也可能从煤层中溢出而成为砂岩储层的煤成气来源。12储集层具有孔隙性和渗透性的砂岩，砂岩附近煤层、泥岩形成的煤成气可以通过裂隙、孔隙等通道运移到砂岩中，但要形成良好的储气层，必须有良好盖层。致密的泥岩、粉砂岩是气层的良好盖层。2测井探测煤成气砂岩储层的基本原理煤田测井经过几十年的发展形成了以核、声、电三种测井系列为主的诸多测井方法，解决了煤田勘探中煤、岩层的定性、定厚问题，同时在孔隙度的解释与利用等方面也取得了较好的成果。对于煤成气砂岩储层来说，含煤成气的条件之一就是砂岩地层本身具有空隙，所以识别煤成气砂岩储层的测井方法主要是与地层孔隙度有关的密度、中子中子、声波测井。密度测井：密度测井是利用中等能量的伽马射线通过地层时与介质发生康普顿效应，射线被介质吸收，其康普顿吸收系数可式中e为每个电子的康普顿散射截面，对中等能量的伽马射线，e可视为常数；Z为介质的原子序数，A为介质的原子量，对于沉积地层而言，Z/A之值约为0.5左右；NA为阿佛加德罗常数（6.0221023/mol）；b为介质体积密度。从（1）式可以看出体积密度b与康普顿吸收系数成正比，密度测井仪器通过刻度可以直接计算出地层的体积密度b。式中b为体积密度，、S、V分别代表总孔隙度、饱和度、和相对体积；下标ma、sh、w、g分别代表骨架、泥质、地层水、和煤成气。由于水、煤成气的密度远小于砂岩骨架与泥质的密度，由（2）式可知，与致密砂岩相比，具孔隙的砂岩在密度测井曲线上表现为曲线幅度降低，利用这一特点可以定性判断砂岩地层孔隙度的大小。中子中子测井：中子中子测井的核物理基础是高能中子与地层介质连续发生弹性散射，使高能中子不断减速直至变成热中子，并最终被原子核俘获。理论和核实验均证明氢是最强的减速剂，因而，中子中子测井主要反映的是地层含氢量。地层的含氢量用含氢指数表示，规定淡水的含氢量为1个单位，1cm3的任何岩石和矿物的含氢量与同体积淡水含氢量的比值，称为该岩石或矿物的含氢指数，6用公式表示为（3）式中H为含氢指数；M、nh分别为介质化合物的克分子量和每个分子中的氢原子数。由（3）式可以看出地层的含氢指数不仅与地层中每个分子所含氢原子的数量有关，亦与地层密度有关，所以中子中子测井应该看作是对地层氢浓度的测量。尽管煤成气每个分子（主要成分为CH4）中的氢原子数较多，但其密度远小于水，所以砂岩中煤成气的含量降低了地层的含氢指数。当砂岩孔隙中含有水和煤成气时，根据体积模型，中子中子测井孔隙度的响应方程可表示为（4）式中N为中子孔隙度，H、S、V分别代表含氢指数、总孔隙度、饱和度、和相对体积；下标ma、sh、w、g分别代表骨架、泥质、地层水、和煤成气。由（4）式可知：砂岩的中子孔隙度N与含气饱和度Sg成反比，当孔隙地层具有较高含气饱和度时，由于孔隙空间的含氢密度低，高孔隙度的气层表现为较低中子孔隙度，因而，4中子中子测井仪也称为“气探测器”。砂岩的中子孔隙度N与地层的泥质含量Vsh有正比关系，因而影响了中子中子测井对含有泥质的煤成气砂岩储层的探测灵敏度。长、短源距声波时差测井：短源距（近探测器8ft与远探测器10ft）声波测井径向探测深度浅，受冲洗带含气饱和度影响程度小；长源距（近探测器10ft与远探测器12ft）声波测井径向探测深度深，受冲洗带含气饱和度影响程度大。当长源距纵波时差大于短源距纵波时差时，指示为气层。反之，当长源距纵波时差等于短源距纵波时差时，指示为非气层2。3实例分析如图所示为我国某煤田测井探测煤成气砂岩储层的实例，对于煤田测井来说，利用视电阻率、自然电位、自然伽马和密度等测井方法划分钻孔岩性剖面是比较成熟的方法，而本文重点讨论测井探测煤成气砂岩储层的方法，所以图中仅显示了声波时差（tc，单位s/ft）、中子中子孔隙度（N，单位%）、密度（b，单位g/cm3）三种方法的测井曲线，以便于进行讨论和分析。4结论与讨论由上述分析可知：煤田中在煤层附近有煤成气砂岩储层、泥质砂岩储层的存在，声波、密度、中子中子三种孔隙度测井是进行煤成气砂岩储层探测的有效方法。但是，当煤成气砂岩储层、泥质砂岩储层含气饱和度较小时，其分辨能力较低，这时可以通过统计计算区内煤成气储层下限值的方法，或者利用孔隙度挖补法，提高识别能力。第 4 页 共 4 页