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1、煤和油页岩属于有机成因的沉积岩，是固态可燃有机岩，是一种能快速燃烧的岩石，由占重量50%以上，占体积70%以上的含碳物质及结晶水组成。 不同的显微组分（类型）、不同的变质作用（煤阶）和不同的杂质含量（煤级）是各种煤分类的标准。,第六章 测井资料解释 煤田测井,煤的变质过程：随着温度和压力的继续增大褐煤逐渐向烟煤直至无烟煤转变的过程。,煤的煤层气含量、镜质体反射率、水分、灰分、挥发分等参数是研究煤层组分，作为评价煤层气勘探、工业分析、经济效果的依据。,煤层的重要参数,煤的煤层气含量、镜质体反射率、水分、灰分、挥发分等参数是研究煤层组分，作为评价煤层气勘探、工业分析、经济效果的依据。,1.煤层含气
2、量 解吸：在未开采之前，煤层气以分子状态吸附在煤颗粒表面。随着储层压力的降低(如抽水)，地层能量的衰减，压力降到解吸压力以下，以分子状态存在的解吸气变为游离气。 扩散：煤层甲烷解吸之后，在煤基质与割理之间的浓度不一致。由浓度差异引起甲烷气体扩散，气体从基质进入割理。 流动：由于气体的解吸、扩散，割理与井眼之间的压力梯度发生了变化，引起气体由割理向井眼流动。 直接法测定含气量包括三部分，即散失气量、解吸气量和残余气量，煤层含气量为三者之和。煤层含气量的单位为m3/t。 散失气量指煤心快速取出，现场直接装入解吸罐之前释放出的气量。根据散失时间的长短及实测解吸气量的变化速率进行理论计算。 解吸气量指
3、煤心装入解吸罐之后解吸出的气体总量。实验过程中求出气量随时间的变化规律，结合一些基础数据计算解吸气量。解吸过程一般延续两周至四个月，根据解吸气量大小而定，一般在一周内每克煤样的解吸量小于0.05cm3/d时可终止解吸。 残余气量指终止解吸后仍留在煤中的那部分气体。需将煤样加热真空脱气，再粉碎、加热真空脱气，测定其解吸总量。,2. 煤层镜质体反射率 镜质体反射率（R0）是煤（镜质组）光片表面的反射光强与入射光强的百分比值，是确定煤级的最佳标准。煤级是影响煤岩生气率、含气量和煤层物性的一个重要因素。 镜质体反射率是煤层变质程度的一个重要指示，煤层的镜质体反射率在很大程度上决定煤层的电性、物性、煤层
4、含气量等。 （1）电性特征反映煤层的变质程度。 从测井响应值对比分析中看出，煤层的镜质体反射率越大，好的煤层电阻率越高，中子孔隙度变小，体积密度增大，纵、横波的声波时差减小。 （2）变质程度越高孔隙度相应减小。 （3）变质程度不同煤层机械力学性质也有所不同。煤层的力学参数，有随变质程度增加破裂压力减小，坍塌压力也减小的趋势。 （4）变质程度越高煤层气含量增加的趋势。煤层的气含量，有随变质程度增加，煤层气含量增加的趋势。,3. 煤层的水分 煤层水分是指空气干燥状态下吸附或凝聚在煤层颗粒间毛细管中的水分，测定值称为空气干燥基水分（Mad），简称水分，即 Mad=m1/m100% 式中 m1煤干燥后
5、失去的质量；m 煤样的质量。,4. 煤层的灰分 灰分（Aad），是指煤中所有可燃物全部燃烧，煤中的矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应剩下的残渣。煤的灰分来自煤中的矿物质，但其组分和重量与煤中的矿物质不完全相同。 Aad= m1/m100% 式中 m1残留物的质量；m煤样的质量。,5. 挥发分 挥发分是表征煤中有机质性质的重要指标，它与煤的成因、煤层显微组分及煤化程度等因素有关。煤样质量减少的百分含量减去该煤样水分含量即为挥发分产率，简称挥发分。 Vdaf= m1/m100%Mad 式中 m1煤样加热后减少的质量； m 煤样的质量。,煤层的地球物理特征,通过工业分析方法，用煤的水分
6、、灰分、挥发分和固定碳四大组分来描述煤的组成。水分、灰分是无机组成，有机质主要由碳、氢、氧等元素组成，构成煤有机大分子骨架和侧链、官能图。 随着煤化程度增高，碳元素含量增大，呈对数曲线特征； 随着煤化程度增高，氢含量缓慢降低； 随着煤化程度增高，氧含量降低；挥发分也随着煤化程度增高含量降低。,1. 具有很高的含氢指数 煤分子式中相应x的数值为358849,2. 煤的真密度值小 烟煤的电子密度指数在1.2721.59g/cm3 无烟煤的电子密度在1.4421.852g/cm3之间 对构成地层的大多数元素和化合物来说，地层视密度近似等于电子密度指数，因此煤层的密度是很低的。,4. 煤层的声波时差大
7、 地层的声波传播速度决定于骨架、孔隙度、孔隙中的流体性质，碳和甲烷的声波时差都大，分别约为328s/m和2370s/m，因此，煤层的时差值也很大。,5. 煤层的电阻率变化大 以甲烷为代表的烃类气体的电阻率为104109m，煤层的电阻率变化范围很大，从几十欧姆米到几百万欧姆米。,3. 煤的光电吸收截面小 岩石的光电吸收截面指数（Pe）按定义： Pe=(Z/10)3.6 单位为巴/电子（b/e），式中Z是原子序数，碳的原子序数为6，计算得到碳的Pe值为0.1589，煤以碳为主，因此煤层的Pe应很小。,煤层的物性特征,煤层具有三高三低的物性特征，并因煤的变质程度不同，测井响应值也有所差别。,物性特征
8、三高为： (1) 电阻率值为中高值，变化范围大。 双侧向的数值在几十欧姆米至几千欧姆米；好的煤层，深侧向和浅侧向之间有明显的正差异。 (2) 补偿中子值大。数值一般在50%左右，高者可达70%以上。 (3) 声波时差值大，煤层纵波时差值在350450s/m之间，横波时差在500700s/m之间。,物性特征三低为： (1) 自然伽马值低：一般在2080API之间，煤质不纯的最大值可达200API。钍，铀和铀的含量也低，个别煤层铀含量高。 (2) 体积密度值低：煤层的体积密度值低，煤层体积密度值在1.22.0g/cm3。 (3) 光电有效截面值低：煤层光电有效截面值在0.51.2b/e范围内。,煤
9、层的井径曲线受钻井工艺和钻井液性能影响，煤层会发生垮塌，使井径扩大。 煤层的声反射系数比其它地层都小，声波井周成像是记录声波在井壁处反射波的能量，由于煤层反射系数小，声波透过地层的能量多，而反射的能量少，因此图像颜色深。,煤储层孔渗特征,1. 煤储层孔隙结构 属裂缝孔隙型结构，煤基质被天然裂缝（割理）网分隔成许多方块，每个方块由煤粒和微孔隙组成。基质是储气空间，甲烷被吸附在微孔的表面，渗透率很低，一般为（10-210-6）10-3m2。在浓度差的作用下，甲烷透过基质扩散到裂缝中，裂缝在煤的总孔隙体积中占次要地位，储气功能很低，可有少量游离气储存其中，但裂缝的渗透率高，是甲烷渗流的主要通道。 煤
10、中的天然裂缝(割理)是煤化作用和构造应力影响的结果。成大致相互垂直的两组，主要的、延伸较大的一组叫面割理，次要的、与面割理大致垂直的一组叫端割理。割理是煤中流体运移的主要通道，并且有方向性，因而它是控制煤层气方向渗透的主要因素，割理间距是煤储层模拟中的一个重要参数。 2. 煤的表面积 煤是一种多孔介质，其中含有大量的表面积（也称内表面）。微孔和微微孔体积还不到总孔隙体积的55%，而其孔隙表面积却占整个表面积的97%以上。通常用比表面积（即单位重量煤样中所含有的孔隙内表面积）度量煤表面积的大小，煤的比表面积与煤的变质程度有关，用CO2做吸附测量煤的表面积，低变质煤（长焰煤气煤）的比表面积为509
11、0m2/g，中等变质煤（肥煤瘦煤）为20130m2/g，高变质煤（贫煤-无烟煤）为90190m2/g。,3. 煤的孔隙 测定煤的孔隙度目前有两种方法，一种是用水测定，一种是用氦测定。这两种方法所测量的孔隙度有较大的差别，前者一般小于后者1%2%，这是由于氦分子的直径小于水分子，因而能进入微小孔隙之中造成的。 煤的孔隙均以微细孔隙为主，较大孔隙发育较差。霍多斯提出煤的孔隙的分级标准： 超微孔和微孔：孔径10nm，为煤的吸附容积； 小孔（或过渡孔）：孔径为10100nm，为毛细管凝结和瓦斯扩张空间； 中孔：孔径为1001000nm，为煤缓慢的层流渗透空间； 大孔：孔径1000nm，为强烈的渗透空间
12、。,煤的体积模型及解释公式,煤的组成成分比较复杂。如果忽略那些相对体积含量小于1%的成分（如二氧化硅、硝酸盐、菱铁矿、硫和一些稀散元素），认为煤层由三个主要部分组成，即： 纯煤（主要指煤中可燃烧的碳、挥发分等成分，有时简称为碳）； 灰分（包括泥质及其它矿物杂质）； 水分，水分则仅指充满颗粒空隙中的水。 为使煤层模型更接近于原生状态，模型中的灰分还包含有泥质及其它矿物成分在原生状态下所含有的水及其在燃烧过程中的挥发物。为与化验室中的灰分相区别，这部分成分称湿灰分； 对比泥质砂岩体积模型和煤的体积模型： 泥质砂岩的岩石骨架相当于碳分， 泥质相当于灰分， 而孔隙水则相当于水分。,碳,灰分,水分,纯煤
13、,湿灰分,水分,煤的声波测井、密度测井及中子测井解释公式与泥质砂岩的测井解释公式具有相同的形式：,上式中Va=V0/V为灰分的相对体积含量;tc、ta、tf分别为碳、灰、水的声波时差；c、a、f分别为碳、灰、水的体积密度；c、a、f分别为碳、灰、水的含氢指数；为水分的相对体积含量。,对于电阻率测井，可以近似地认为煤的电阻Rt是由碳分电阻RC、灰分电阻Ra及水分电阻Rf三者并联而成，即有,由此可导出煤的电阻率测井解释公式为：,响应方程,(1) 电阻率测井,在高阻烟煤的情况下，纯煤具有极高的电阻率，可与泥质岩石中的骨架相类比。灰分因其主要成分与泥质相近，可与泥质岩石中的泥质成分类比。因此，煤层的电
14、阻率测井也可写出阿尔奇公式,为煤层的地层因素；,为灰分与水分的混合导体的等效电阻率。,为煤层中灰分和水分的总体积含量,(2) 声波测井 与泥质岩石模型类似，可以建立声波测井的响应方程,(3) 密度测井,为煤层中灰分和水分的总体积含量,(4) 中子测井,为煤层中灰分和水分的总体积含量,电阻率测井、声波测井、密度测井及中子测井的交会图响应关系,t,声波-中子交会图版,密度-声波交会图版,岩性-孔隙度交会图版（M-N图）,这是一种在二维坐标系统中表现三种孔隙度测井特征的一种交会图版。,1.纯岩石 岩性-孔隙度交会图的纵、横坐标分别是参数M和N。它们分别由两种孔隙测井来定义。M的定义为,实际上是密度-
15、声波交会图中岩性线的斜率,参数N的定义为密度-中子交会图上岩性直线的斜率,煤层模型的孔隙度交会图版不是一条直线，而是一簇直线。每一条直线具有一个斜率，因而在M-N图上对应一个点，且煤层的直线簇在M-N图上表现为许多的点。直线的两个端点分别为纯煤点C和灰分点A。,2. 煤层,岩性分析,对于砂岩骨架（石英）、纯泥岩（泥质）和孔隙水的密度、中子响应值，可以在中子-密度交会图上建立三个点：骨架点、泥岩点及水点。,同样对煤层建立碳点、灰点和水点，采用的测井方法为中子-密度测井组合。,水,煤层气测井,煤层气，又称煤层吸附气、煤层甲烷或煤矿瓦斯。煤层气是一种自生自储吸附于煤分子表面的一种非常规天然气，是一种
16、蕴藏量巨大的新兴潜在能源，它储存于煤层复杂的裂缝孔隙系统中。,煤层气是煤变质作用的产物。煤在变质作用下产生的甲烷分子被吸附在煤体表面，吸附量的多少决定于压力、温度和煤质，即在一定的温度、压力条件下，甲烷分子主要以单分子状态吸附于煤体的细微孔隙表面，并和微孔隙中的游离甲烷分子处于不断交换的动态平稳状态，即煤颗粒表面分子通过范德华力吸附周围的气体分子，当气体分子碰到煤表面时，其中的一部分在范德华力的作用下暂时“停留”在煤表面上，并释放出吸附热，称为吸附过程；被吸附的气体分子中当其热运动的能量足以克服吸附引力场的作用时可重新回到游离气相，并吸收解吸热，称为解吸过程。吸附和解吸互为逆过程。,煤层中天然
17、气以三种状态储存于煤层中： 游离状态、吸附状态和溶解状态。 煤层气大部分（70%90%）呈吸附状态保存在煤的基岩孔隙内表面上，与常规砂岩中天然气的储集有本质的区别。,我国划分煤阶的标准,按镜质组反射率的大小顺序划分煤阶类型。,煤层气测井评价标准,煤的吸附性能 煤的吸附性能与它的变质程度、煤岩组分有关，还与温度、压力和水分含量有关。压力对吸附作用有明显的影响，可用朗格谬尔方程描述,温度升高会使煤的吸附能力下降； 由于水分子占据孔隙一部分体积，随着煤中水分的增加，其吸附甲烷量就减少。,1.煤层气储层测井评价系列,2、煤层的划分、岩性识别 煤层气井的测井资料解释，首先是识别煤层气层，然后才是煤层气层
18、上储层参数的计算，因此，同样在煤田测井资料的解释中，需标定煤层（气层），划分岩性。煤层相对于围岩，物理性质差异明显，它具有密度低（密度孔隙度高）、声波时差大（声波孔隙度高）、含氢量高（中子孔隙度高）、自然伽马低、自然电位有异常（由氧化还原作用产生的自然电位）、电阻率高（注：烟煤、褐煤电阻率高；无烟煤的电阻率低）等特点。 通常可以采用人工解释的方法划分煤层、岩性识别、或采用模式识别方法自动划分煤层、识别岩性。利用上述特点，以及相应的测井曲线组合用于划分煤层以及确定煤层厚度、位置，岩性识别等，一般都能得到较为满意的结果。,3、煤质参数计算,煤层煤质参数通常可由煤样实验室分析、测井体积模型法以及数学
19、处理方法如概率模型法来确定。测井体积模型法利用孔隙度测井(如密度、声波等)建立响应方程组，采用最优化等方法来求解方程组，所求煤质参数为煤层开采提供依据。 测井体积模型法确定的煤质参数与煤样实验室分析得出的工业分析指标不能直接相对照。就灰分而言，测井法中所指的是煤在原生状态下一些不可燃烧的部分，而在煤样实验室分析法中所指的是煤样经过燃烧后得到的残渣，二者在成分、数值上均不一样。但二者之间往往具有区域性的规律。 煤样实验室分析要花费大量的人力、资金和时间。如果以测井体积模型法为基础，结合概率模型法，配合一定量的煤样实验室分析资料来建立确定煤质参数的解释模型，则这3种确定煤质参数的方法之间可以优势互
20、补。,近似地把煤看成由纯煤(包含有固定碳和挥发分)、湿灰分(包含不可燃烧的固体矿物和这些矿物在燃烧过程中释放出来的挥发分)和水分3部分组成。测井体积模型法据此建立等效体积模型和相应的测井响应方程组，求解得到纯煤、灰分和水分的相对体积含量。 为了便于两者之间的直接对照，也可以设煤的组成成分由固定碳、灰分、挥发分和水分4部分组成，据该模型写出密度、声波、自然伽马响应方程和物质平衡方程式。,1) 孔隙差异法,在煤层气层测得的声波时差测井值偏高，密度测井值偏低，补偿中子测井值（与含氢指数成正比）偏低，使计算得到的声波孔隙度 S偏高，密度孔隙度 D偏高，中子孔隙度N偏低，因此有： S N0 ， D N0
21、 即声波与中子孔隙度是正差异，密度与中子孔隙度是正差异指示为煤层气层，而非含煤层气地层上这两种孔隙度差异为负或很小的正差异，或无差异。,2) 声波差值法,声波差值测井定义为测量纵波时差t与合成纵波时差tsys之差值,Dtttsys,Dt0指示为煤层气，Dt0指示为非煤层气。,3) 空间模量差比,空间模量差比M为,M1是目的层为非煤层气储层岩石的空间模量， M2是目的层为煤层气储层岩石的空间模量。,纵波在岩石中的传播速度与岩石的空间模量之间的关系为,利用密度测井值、声波纵波时差确定空间模量差比M的计算公式,4) 电阻率比值法,地层电阻率比值I等于测量的原状地层电阻率T与计算的水层电阻率o之比,地
22、层临界电阻率比值Ic等于计算的煤层气储层临界电阻率TC与计算的水层电阻率0之比,煤层气储层上的电阻率一般表现为高阻特征，因此可利用I和IC直观指示煤层气储层， 当IIC时，指示目的层为煤层气储层； 当IIC时，指示目的层为非煤层气储层。,煤层的物理结构是一个双重孔隙，即煤层中含有由基质孔隙和裂缝孔隙的孔隙系统，其裂缝孔隙又由主裂理(面割理)和次级割理(端割理)组成。其裂缝孔隙度可采用深、浅侧向测井曲线值计算,裂缝孔隙度及裂缝渗透率,总孔隙度是基质孔隙度b与裂缝孔隙度f之和 =b+f 基质孔隙度b可以采用孔隙度测井方法求得 裂缝孔隙度指数mf 是与岩石结构有关的常数，通常在11.2的范围取值,煤
23、层孔隙体积和孔隙度是煤储层的重要参数之一。由于煤层的各向异性，用声波时差、体积密度、补偿中子计算煤层孔隙度比较困难。研究煤层裂缝的测井方法主要有微侧向、双侧向和成像测井等方法。,微侧向测井曲线上，在裂缝不发育处的值为煤基质电阻率相对高值；在裂缝发育层段显示为相对低值，或锯齿形变化。 微侧向的数值还决定钻井液的导电性能，在高矿化度钻井液条件下，裂缝发育处电阻率降低非常明显。 微侧向的探测深度约10cm左右，反映井壁附近裂缝，但受井径不规则的影响。 煤层电阻率比较高，对于高电阻率地层，如果发育垂直裂缝，在双侧向曲线上，会出现正差异，即深侧向电阻率大于浅侧向电阻率。差异大小决定于钻井液滤液电阻率与地
24、层水电阻率的大小，以及裂缝发育程度。,煤层气含量,煤层甲烷在煤储层中的储集及渗流与常规天然气大不相同，其影响因素多样而复杂。影响煤层含气量的主要因素是煤阶、压力（埋深）、煤层厚度、矿物质含量、煤层渗透率等因素有关。煤层含气量随着煤阶的增加而增加，在同样温度和压力（深度）条件下，高煤阶吸附甲烷能力明显高于低煤阶的吸附能力。煤层含气量随着随矿物质含量的增加而减小，如随灰分含量的增加而减小。煤层含气量随着煤层水分含量的增加而减小。煤层含气量随孔隙度和微孔隙的增加而增加。,煤层气含量在一定程度上取决于煤层的埋深。另外既然煤层甲烷吸附在基质孔隙的表面，那么微孔隙的数量与甲烷的总量密切相关，而微孔隙的数量
25、与固定碳Qc和灰分校正量(1-Qa)又密切相关。可利用煤质分析和解吸测定等资料，建立方程式来评估煤层含气量。,煤对甲烷的吸附能力与温度和压力有关：当温度一定时，随压力升高吸附量增大，当达到一定高的压力时，煤的吸附能力达到饱和，再增加压力，吸附量也不再增加。,QVLPp/(Pp+PL),Q表示一定压力下，煤吸附气体的量，m3/t；Pp表示压力，MPa；VL表示Langmui体积，m3/t；PL表示Langmuir压力，MPa。,利用测井资料预测煤层气含气量的主要方法可以大致归纳为： 1）利用含气量与Vc、Va等的关系建立模型； 2）利用Langmuir(朗格谬尔)实验定律； 3）利用非线性理论，
26、预测煤层气含气量。,含煤岩系中其它有益矿产分析,一、硫的分析,硫与一般造岩矿物（如方解石、石英等）相比，密度小（2.03g/cm3），声波时差显著大（400s/m）。硫的存在通常会造成以石灰岩作为骨架计算的密度孔隙度和声波孔隙度明显增大。这种特征便于识别硫的存在。研究表明，硫对中子测井的影响不大。一般认为用井壁中子法测井，硫对测井结果的影响可以忽略不计。因此，若将视石灰岩的密度孔隙度与中子孔隙度N重叠绘出，将会发现在不含硫的石灰岩段D与N基本重合；而在含硫段D与N曲线则分开，且DN,二、蒸发岩分析,某些蒸发岩矿物的测井特征,三、沥青砂岩与油页岩的评价,沥青与普通石油的不同之处是它的密度在15时
27、为1g/cm3，且粘度很高，不能在岩石中流动。因此，沥青的密度孔隙度为1，而中子孔隙度为0.9。通常，选用自然、密度、中子和电阻率（双侧向或双感应）测井来识别与定量评价。 油页岩是一些富含干酪根的泥灰炭。干酪根是一种在温度加热到425时能降解为油和气的固体物质，密度为1，从重量含量来看其中有80%的碳和10%的氢。油页岩的定量参数往往用产率（单位体积中生成的油气体积，常用升/吨）表示。油页岩层段一般很厚，但岩性很不均匀，常夹有薄层。用自然曲线或感应测井曲线可定性确定页岩的位置。密度或声波可建立它们与产率之间的线性关系。,四、含水层评价,含水层的鉴别，一般是根据自然电位、电阻率及自然等测井方法。
28、用常规测井资料可对含水层中水的矿化度、含水层孔隙度等作定量评价,煤层作为煤层气的储层，储层评价主要需要以下参数： 煤层的深度、厚度及其结构、工业分析、含气量、渗透率、岩石力学性质、储层温度等。 作为煤层气开发阶段的重要一环固井质量的好坏，直接关系到井筒是否可以正常抽出煤层气。 煤层气测井的任务，就是用测井资料计算这些储层参数及检测固井质量。进行煤层的判别和深度、厚度及结构的确定， 主要是用密度、自然伽马和电阻率等测井参数，辅以声波、自然电位、井径等参数。利用补偿密度曲线及补偿声波测井所测的时差曲线可以直接计算出岩石的力学性质，而储层温度可用井温仪直接测量。,目前利用测井方法可以确定的煤层气储层
29、参数包括： (1)煤层气储层的含气量(饱和度)、孔隙度(基质孔隙度和裂缝孔隙度)和渗透率(基质渗透率和裂缝渗透率)； (2)煤岩工业分析参数指煤的挥发分、固定碳、灰分、水分和煤阶； (3)煤层气的吸附/解吸特性参数； (4)煤层厚度、深度、储层压力、温度和产能等。 煤层气地质储量是指在原始地层条件下，具有产气能力的煤层中天然气的总量。煤层的孔隙结构为基质微孔和割理(裂缝)双重介质。煤层气有两种状态：吸附在煤层基质体颗粒表面的吸附气；悬浮在微孔隙中的游离气。而在割理(裂缝)中则认为100%含水。这两种气体由于贮存条件不同，物理状态不同，储量计算公式也不同。 煤层气类似于常规天然气储层的测井响应模
30、式(如，高阻、声波时差增大、低密度和小中子孔隙度等)，可通过对大量已知煤层气储层的测井曲线及其信息变化规律的分析总结其定性识别准则。,煤及煤层气测井方法的响应,(1)电阻率测井：在煤田地球物理测井中，电阻率是划分地层岩性剖面必不可少的测井参数。 地层受沉积环境影响，形成的泥岩、砂岩、灰岩、煤等各种岩性，其电性反映差异比较大，且具有一定的反映规律，配合其他测井参数作为区分不同岩性地层的主要依据。 电阻率方法根据煤层及围岩的电阻率值而定，高值时选用侧向测井，低值时选用感应测井； 纯煤的电阻率一般较高，煤中粘土（灰成分）常常引起电阻率读数低，因为粘土经常伴生的结合水增加了导电性。,(2)自然伽马测井
31、：煤田及煤层气测井常用的方法之一。 受沉积环境影响，各种岩性地层在沉积过程中所吸附的放射性元素数量不尽相同，规律性比较强，是划分岩性地层剖面及地层单位的重要测井参数。 纯煤的自然伽马值很低。粘土矿物的存在引起较高的读数，因为粘土矿物吸附天然放射性元素。其它灰成分如细砂，通常对煤的自然伽马读数无影响。,(3)密度测井：划分煤层、评价煤质及计算煤层气含量的最佳测井方法。体积密度测井曲线可确定煤层的埋深及厚度，评价煤质及确定煤层中的夹矸。煤的体积密度一般为1.251.75g/cm3。当煤层中有煤矸石存在时，煤的体积密度将会增高，煤质变差。 煤的体积密度和围岩的体积密度(2.3g/cm3)具有明显差别
32、。由于密度测井仪是带推靠臂的，当井眼扩径时，体积密度曲线的数值受井眼泥浆的影响而减小，因此，用密度曲线判断煤层时要结合井径、自然伽马等曲线。 由于煤基质密度低，所以显示低密度值（高的视孔隙度）。灰成分如细粒石英能引起密度值增高。与密度测井相关联的光电效应（Pe）曲线在纯煤中为0.170.20，灰成分会导致极度增高（灰成分矿物的光电效应至少是煤的10倍）。 在用密度测井计算煤岩成分及煤层气含量时，其回归公式都是区域性的。地区、煤阶及地质构造作用不同，其煤质和煤层中气体的含量也不相同。因此，应分地区回归公式，以减少计算误差,(4)中子孔隙度测井。煤层的中子孔隙度一般为40% 50%，和围岩的孔隙度
33、具有明显的区别。 可以用中子孔隙度测井曲线确定煤层的埋深及厚度，定性地判断煤质。用中子孔隙度曲线划分煤层时，也要考虑井径的影响。井径扩径时，中子孔隙度值会相应地增加。也要结合井径及自然伽马等曲线。 在煤中常常显示高的视孔隙度，因为它常把煤中氢作为孔隙度的指示。粘土矿物对煤的视孔隙度无大影响，其它灰成分如细粒石英可能降低煤的视孔隙度。,(5)声波测井：测量煤层孔隙度，在煤中显示高孔隙度（高传播时间）。粘土矿物对煤的这些测井值无大影响，因为纯粘土与煤的视孔隙度范围相同。其它灰成分如细粒石英可能降低煤的视孔隙度。 可用于煤层气井的固井质量检测。煤层气井对固井质量要求比较高，但由于煤层气井是在质地较硬
34、的老地层中成井，固井过程中，井壁受固井压力变化不易变形，水泥环与井壁结合较好，所以煤层气井固井质量检测主要以声波测量中的声幅为主。 (6)其他测井。在煤层气测井中，同时还需要一些必要的测井技术方法，如三侧向、自然电位、井温及井斜、方位等。中子伽马能谱：可以识别煤层中碳和氢。也可以指示多种元素如硅、钙、铁、钾等。自然伽马能谱测井：纯煤中显示低值。粘土中钾、钍、铀的含量会影响测量值。其它灰成分如细粒的砂一般对应低计数率。,目前关于煤层气储层测井评价主要包括如下几个方面的内容： 煤层识别和确定煤层厚度 煤岩的工业分析和确定煤阶 煤储层裂缝孔隙度和渗透率的计算 煤层气含量的评价,吸附气组份有甲烷、轻烃
35、、二氧化碳和氮气,其中以甲烷为主,煤层的孔隙结构 裂缝孔隙 基质孔隙,煤储层煤质特征 发育变质程度很低的褐煤、长焰煤和气煤是东部凹陷煤层变质程度的一大特点,其煤阶主要由埋深控制,煤层气的产出机理 煤层的压力降低到临界解吸压力时,煤层吸附的气体就与微孔隙内表面分离，气体通过基质和微孔隙扩散进入裂缝网络流向井筒,煤层气的测井特征 煤层含气后体积密度值相对减小,补偿中子值相对减小,声波时差值相对增大,煤层物性变化的控制因素 变质程度对煤层物性的影响 埋藏深度对煤层物性的影响 显微组份对煤层物性的影响 厚度对煤层物性的影响,常见煤和岩石的地球物理性质,某井东部凹陷煤层测井密度与中子交会图,某井东部凹陷
36、煤层测井密度与声波交会图,某井东部凹陷煤层测井密度和自然伽玛交会图,某井东部凹陷煤层测井密度与深侧向交会图,目前评价煤质广泛使用两种解释模型 体积模型 概率统计模型,体积模型法 对于煤层来说，其组成成分是复杂的，如果忽略相对体积小于1%的成分,那麽可以把煤层粗略地看成是由碳、灰和水三部分所组成,煤层体积模型,由测井资料可得 时差： 中子： 密度： 电阻率： 其中：,例如用声波、密度两种测井曲线可得到三个方程组成的线性方程组。解这个方程组，可得：,基于测井资料的煤质成份和煤阶确定方法,概率统计分析法 概率统计分析法就是把岩性、物性和测井参数都当作是随机变量，从概率论的角度出发，对这些变量进行统计
37、分析，从大量有代表性的实际资料（样本）的统计中得到相应的数学表达式,基于测井资料的煤质成份和煤阶确定方法,固定碳含量与灰份含量相关关系图,挥发份含量与灰份含量相关关系图,水分含量与灰份含量相关关系图,基于测井资料的煤质成份和煤阶确定方法,经过数学统计分析，分别建立固定碳与灰份、挥发份与灰份、水分与灰份的关系式，如下：,根据物质平衡方程 水分可采用如下公式计算,基于测井资料的煤质成份和煤阶确定方法,通过上述分析可看出：在四种煤层工业组分中，灰份起着主导作用 上面所用的密度值是实验室测得的密度值，而实际测井中，所测的密度值与实验室测得的密度值并不一致，而是存在着一定的线性关系,基于测井资料的煤质成
38、份和煤阶确定方法,基于测井资料的煤质成份和煤阶确定方法,镜煤反射率与深度相关关系图,基于测井资料的煤质成份和煤阶确定方法,灰份含量与测井密度相关关系图,基于测井资料的煤质成份和煤阶确定方法,岩心测试密度与测井密度相关关系图,煤阶的确定方法 衡量煤岩变质程度最常用的参数是镜煤反射率，煤层的煤阶主要由埋深控制，我们把从实验室获得的煤芯的镜煤反射率Ro与深度DEP进行回归,基于测井资料的煤质成份和煤阶确定方法,煤层含气量的测井估算方法及其储量预测,利用兰氏方程求含气量 兰氏吸附等温线方程简称兰氏方程，它是将煤质分析结果（含灰量和含水量）和含气量联系起来的最常用的方程，其具体形式如下：,如果假设煤岩芯
39、初始压力和纯煤储层是均匀的，根据上述兰氏吸附等温线方程，可得如下方程：,含气量与非煤含量相关关系图,得线性关系式 求出纯煤含气量 ，这与美国在几个煤田所作的 和 ( + ) 之间的交会图获得的 是非常接近的,煤层含气量的测井估算方法及其储量预测,利用吸附等温线求含气量 吸附等温线是指一定温度下，煤对甲烷的吸附量和压力的关系曲线图。它一般通过实验室作吸附实验获得。一般认为煤层的吸附等温线符合兰氏吸附等温式，其数学表达式为,煤层含气量的测井估算方法及其储量预测,与 相关关系图,与可燃质 相关关系图,得关系式如下,利用煤层气层背景值求含气量 煤层气层背景值指煤层气层不含天然气时的测井读数，以常用的测
40、井曲线密度、中子、声波为例，计算煤层气层密度、中子、声波背景值的响应方程为：,煤层含气量的测井估算方法及其储量预测,煤层气层测量值是指从测井中实际测得的煤层气层的数值，以密度、中子、声波为例，其响应方程是：,由此可以建立求解煤层气含量的计算公式,煤层气储量预测,煤层孔隙度的计算方法 煤层的孔隙按其结构可分为裂缝和基质孔隙。其中，基质孔隙中一般不含可动水（除可作为流体流动通道的相互连通的大孔外），割理中则在原始状态下含100%的可动水，因此，在研究煤层孔隙度时，主要研究裂缝孔隙度。,煤的体积模型可近似看作由碳、灰和孔隙三部分组成，其中孔隙又分为基质孔隙和裂缝孔隙,煤层的双孔隙体积模型,对于电阻率
41、测井，可以把所测的电阻率看成是由碳、灰、基质孔隙和裂缝孔隙四部分电阻率并联的结果，可写为,若采用双侧向测井资料，可以得到以下两个式子,假设煤在原生状态下，含水饱和度约为100%，又由于深侧向探测的主要是地层的电阻率，浅侧向探测的主要是侵入带的电阻率，又根据阿尔奇公式，上面两式又可写为,前面两式相减得 整理得,当地层水电阻率与泥浆滤液电阻率相比较大时，上式可简化为： 当地层水电阻率与泥浆滤液电阻率相比较小时，上式又可简化为：,煤层渗透率的计算方法 煤层渗透率的计算我们主要采用两种方法 利用Faivre 和Sibbit 两位学者的研究方法（ 简称F-S计算方法） 利用达西定律推导得出的渗透率公式,
42、F-S计算方法 平行井眼的垂直裂缝由下式计算 估算裂缝空间由下式计算,裂缝渗透率由下式计算：,荣37井测井曲线图,荣37井利用体积模型法计算煤质及含气量,荣37井利用体积模型计算三孔隙度,荣37井利用回归分析法计算煤质及含气量,荣37井利用回归分析法计算三孔隙度,荣37井裂缝孔隙度、渗透率、镜煤反射率曲线图,煤层的测井响应 测井系列选择合理与否，对整个煤层气勘探开发至关重要。为识别煤层气(储层)和确定煤层厚度，在裸眼井中一般采用： 1、密度测井系列； 2、感应或侧向测井系列； 3、声波测井系列； 4、井径、自然电位及自然伽马等辅助测井。 在特殊复杂情况下或为了计算岩石力学参数等特殊需要，可增加
43、使用 1)微电阻率测井；2)中子系列测井；3)阵列声波或声波全波列测井；4)地球化学测井；5)碳氧比(C/O)能谱测井。,煤层识别和确定煤层厚度,煤和岩石的地球物理性质,根据DEN、GR、AC、Rt、RS、CNL测井曲线，划分井的煤层层段。 具体的定厚方法： 方法1 曲线异常较好，界面清楚时，取视电阻率异常与密度曲线异常的解释深度的算术平均值做煤层的确定深度。 方法2 当曲线有异常，但界面不清，特别是顶、底板为高阻层时，视电阻率曲线就没有明显的界面，遇有这种情况需要增加分析参数(如声波测井曲线等)。 方法3 界面不清时，可以对参数曲线进行微分处理，得出两个方向相反的尖峰，靠近目的层的尖峰为解释
44、点。,划分渗透层、并确定渗透层厚度,煤质分析,目前利用测井资料可以确定的煤层气储层参数内容主要包括如下几个方面： (1)煤层厚度和深度等； (2)煤质成分参数指煤的固定碳、挥发分、灰分、水分； (3)煤层气储层的含气量、孔隙度和渗透率以及岩石力学参数； (4)煤层气的吸附/解吸特性参数； (5)煤阶的计算；,利用煤储层体积模型计算煤质,Vc+Va+=1,在中子密度交会图上，根据已知的碳点(c、c)、灰点(a、a)及水点(a、 a )的坐标，可以建立一个煤质交会三角形，将煤层的CNL与DEN的测井值包含在三角形内。,煤层气的识别方法,三孔隙度曲线分析法,煤阶的评价方法,评价煤岩变质程度最常用的参
45、数是镜煤反射率(R0)。按照我国煤阶划分标准，各煤阶对应的镜煤反射率分别为 褐煤：小于0.5；长焰煤：0.50.65(0.70%)； 气煤：0.65(0.70)0.9%。,镜煤反射率R0与深度及深度的对数都呈比较好的线性相关关系,七、煤层气含量计算,利用兰式方程求含气量： Vg=Gcp*1-(Wa+Ww),对煤层顶底板的深度、厚度及结构的确定以物性特征为研究点，任何一种物性参数，只要具备异常特征，就可以用来确定煤层的顶底板深度；一般情况下使用2种物性参数对煤层进行定厚。 对煤层的解释，就是对从不同钻井中取得的不同性质的物性参数数据及曲线异常特征，进行综合分析对比，结合地质、钻探等资料，做出符合
46、实际且正确反映地质变化规律的结论，划定煤层，区分围岩。 测井资料解释人员，必须孰知当地当地煤系地层里不同含煤层位分布及地质构造特征概况。,(张忠平 煤田测井中煤层的定性及定厚解释方法应用 ),物性标志层特征判定法 物性标志层，就是在一个煤田（或一定范围）的某一岩层，一种或几种物性参数曲线的形态特征在不同钻孔中的对应位置普遍出现，且形态具有相似性，它与地质标志层有可能一致，也有可能不时同一岩层，但共同的特点时具有明显的可识别标志，广泛分布，比较稳定。 标志层可能是煤层本身，也可能是煤层的直接顶底板或距煤层一定距离的其他岩层。 标志层的确定较困难，需要做大量的实际曲线对比、选择参数、统一参数比例、
47、曲线异常典型特征研究工作。能做标志层的岩层较多，煤系中的灰岩、黏土岩、泥岩、砂岩及个别煤层都有可能成为标志层。 在一个煤田内，标志层有可能时多层，也有可能时一层，也有可能没有。利用标志层对煤层层位进行判定，一般需要具备厚度较稳定，至少有一种物性参数的曲线形态具有相似性，且异常明显。 (张忠平 煤田测井中煤层的定性及定厚解释方法应用 ),对煤层的解释原则 (1)多物性参数原则。煤田测井中,一般至少应选择使用3种(含3种)以上的,能解释岩层和目的层的有效物性参数,如视电阻率、自然伽马、-(密度)。其他物性参数,如声波时差、自然电位等,可视当地的地质地球物理条件,作出相应的选择测量。对必测的3种物性
48、参数一定要同时使用,否则,单一的或其中任意2种物性参数组合在一起,极有可能会得出错误的结论。因为单一的物性参数存在多解性,它们的似煤特征不易识别,有的可能为煤层引起,有的则可能由其他岩层(性)引起,如煤系地层里的灰岩具有高电阻率、低自然伽马值的物性特征,充水裂隙或扩径较大的井段,碳酸盐岩层区漏斗内的充填物等,就存在低自然伽马值、低密度的物理性质等。 (2)综合研究原则。在实际工作中,除采用多个物性参数外,经常还需要对地质界线、标志层、层间距、煤层厚度及结构、异常曲线形态特征等进行对比,这样得出的结果更趋合理。 (3)其他原则。以多种物性参数曲线异常特征为主,以测区地质资料、已取得的化验资料、钻
49、孔地质编录等参考资料为辅的原则解释异常层。,（张应文 等）,煤系中的灰岩、黏土岩、泥岩、砂岩及个别煤层都有可能成为标志层。在一个井田内,标志层有可能是多层,也可能只是一层,也可能没有。 （张应文 等）,煤层中的灰分越高，放射性含量就越高。当煤层发生风化、氧化、自燃、烘烤等变质作用后，煤层中的灰分剧烈增加，自然伽马值也会相应增大。 风化煤和氧化煤是由于煤层长时间的暴露在空气中，与空气中的氧气发生氧化作用，使其内部碳元素的有机物变成无机物。矿物质同时也被氧化，从而使煤层中的灰分增加，结构松散，水分及腐植酸的含量显著增加，密度略有增加，电阻率明显降低，自然伽马由于灰分增加而呈现明显的高异常。,风氧化煤的测井曲线响应特征 （仵梅，马瑞平 ）,自燃煤和烘烤煤是由于煤层长期暴露在空气中，与空气中的氧气发生反应而产生的燃烧现象。发生燃烧后的煤层叫自燃煤。当煤层发生自燃时，对其邻近岩煤层产生烘烤，烘烤后的煤叫烘烤煤。自燃煤和烘烤煤统称烧变煤。,（仵梅，马瑞平）,测井技术发展趋势表现在如下几个方面： （1）测井采集向阵列化和集成化发展。变单点测量为阵