测井资料解释煤田测井解释.ppt

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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，由占重量机岩，是一种能快速燃烧的岩石，由占重量50%以上，以上，占体积占体积70%以上的含碳物质及结晶水组成。以上的含碳物质及结晶水组成。不同的不同的显微组分（类型显微组分（类型）、不同的）、不同的变质作用（煤阶）变质作用（煤阶）和不同的和不同的杂质含量（煤级）杂质含量（煤级）是各种煤分类的标准。是各种煤分类的标准。第六章第六章 测井资料解释测井资料解释 煤田测井煤田测井煤的变质过程：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随着温度和压力的继续增大褐煤逐渐向

2、烟煤直至无烟煤转变的过程。烟煤转变的过程。煤的煤层气含量、镜质体反射率、水分、灰煤的煤层气含量、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。煤层气勘探、工业分析、经济效果的依据。煤层的重要参数煤层的重要参数 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。1.1.煤层含气量煤层含气量解吸：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降低(如抽水

3、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，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。吸气变为游离气。扩散：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。起甲烷气体扩散，气体从基质进入割理。流动：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。气体由割理向井眼流动。直接法测定含气量包括三部分，即直接法测定含气量包括三部分

4、即散失气量、解吸气量和残余气量散失气量、解吸气量和残余气量，煤层含气，煤层含气量为三者之和。煤层含气量的单位为量为三者之和。煤层含气量的单位为m m3 3/t/t。散失气量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。时间的长短及实测解吸气量的变化速率进行理论计算。解吸气量解吸气量指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指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

5、四个间的变化规律，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0.05cm0.05cm3 3/d/d时可时可终止解吸。终止解吸。残余气量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。粉碎、加热真空脱气，测定其解吸总量。2.2.煤层镜质体反射率煤层镜质体反射率镜质体反射率（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，）是煤（

6、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。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、煤层含气量等。上决定煤层的电性、物性、煤层含气量等。（1）电性特征反映煤层的变质程度。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，从测井响应值对比分析中看出，煤层的镜质体反射率越大

7、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。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。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。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。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。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，煤层的气含量，有随变质程度增加，煤层气含量增加的趋势。煤层气含量增加的趋势。3.

8、煤层的水分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，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（测定值称为空气干燥基水分（Mad），简称水分，即），简称水分，即 Mad=m1/m100%式中式中 m1煤干燥后失去的质量；煤干燥后失去的质量；m 煤样的质量。煤样的质量。4.煤层的灰分煤层的灰分灰分（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），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下产生一系列分解、化合等复杂反应剩下的残

9、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。物质，但其组分和重量与煤中的矿物质不完全相同。Aad=m1/m100%式中式中 m1残留物的质量；残留物的质量；m煤样的质量。煤样的质量。5.挥发分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。即为挥发分产率，简称挥发分。Vdaf=m1/m100%Mad式中式中 m1煤样加热后减少的质量；

10、煤样加热后减少的质量；m 煤样的质量。煤样的质量。煤层的地球物理特征煤层的地球物理特征 通过工业分析方法，用通过工业分析方法，用煤的水分、灰分、挥发分和固定碳煤的水分、灰分、挥发分和固定碳四大组分来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。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，随着煤化程度增高，碳元素含量增大碳元素含量增大，呈对数曲线特征；，呈对数曲线特征；随着煤化程度增高，随着煤化程度增高，氢含量缓慢降低氢含量缓慢降低；随着煤化程度增

11、高，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具有很高的含氢指数煤分子式中相煤分子式中相应应x的数的数值为值为358849 名称名称分子式分子式 电电阻率阻率m密度密度g/cm3Peb/e补偿补偿中子中子%时时差差s/m无烟煤无烟煤CH358N009O002 11031.510.1638345烟烟 煤煤CH297N015O078 101061.270.1760400褐褐 煤煤CH849N015O0211 101021.230.2525752.煤的真密度值小煤的真密度值小烟煤的电子密度指数在烟煤的电子密度指数

12、在1.2721.59g/cm3无烟煤的电子密度在无烟煤的电子密度在1.4421.852g/cm3之间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。此煤层的密度是很低的。4.煤层的声波时差大煤层的声波时差大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，分别约为时差都大，分别约为328s/m和和2370s/m，因此，煤层的时差值也很大。，因此，煤层的时差值也很大。5.煤层的电阻

13、率变化大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，煤层的电阻率变化范围很大，从几十欧姆大，从几十欧姆米到几百万欧姆米到几百万欧姆米。米。3.煤的光电吸收截面小煤的光电吸收截面小岩石的光电吸收截面指数（岩石的光电吸收截面指数（Pe）按定义：）按定义：Pe=(Z/10)3.6 单位为巴单位为巴/电子（电子（b/e），式中），式中Z是原子序数，碳的原子序数为是原子序数，碳的原子序数为6，计算得到碳的，计算得到碳的Pe值为值为0.1589，煤以碳为主，因此煤层的，煤以碳为主，因此煤层的Pe应很小。应很小。煤层的物性特征煤层

14、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。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。物性特征三高为：物性特征三高为：(1)电阻率值为中高值，变化范围大。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。显的正差异。(2)补偿中子值大。补偿中子值大。数值一般在数值一般在50%左右，高者可达左右，高者可达70%以上。以上。(3)声波时差值大，声波时差值大，煤层纵波时差值在煤层纵波时差值在35045

15、0s/m之间，横波时差在之间，横波时差在500700s/m之间。之间。物性特征三低为：物性特征三低为：(1)自然伽马值低：自然伽马值低：一般在一般在2080API之间，煤质不纯的最大值可达之间，煤质不纯的最大值可达200API。钍，。钍，铀和铀的含量也低，个别煤层铀含量高。铀和铀的含量也低，个别煤层铀含量高。(2)体积密度值低：体积密度值低：煤层的体积密度值低，煤层体积密度值在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：光电有效截面值低：煤层光电有效截面值在煤层光电有效截面值在0.51.2b/e范围内。范围内。煤层的井径曲线煤层的井径曲线受钻井工艺和钻井

16、液性能影响，煤层会发生垮塌，使井径扩大。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。颜色深。煤储层孔渗特征煤储层孔渗特征 1.煤储层孔隙结构煤储层孔隙结构属裂缝属裂缝孔隙型结构，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

17、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（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。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。缝的渗透率高，是甲烷渗流的主要通道。煤中的天然裂缝煤中的天然裂缝(割理割理)是煤化作用和构造应力影响的结果是煤化作用和构造应力影响的结果

18、成大致相互垂直的两组，。成大致相互垂直的两组，主要的、延伸较大的一组叫主要的、延伸较大的一组叫面割理面割理，次要的、与面割理大致垂直的一组叫，次要的、与面割理大致垂直的一组叫端割理端割理。割。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。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

19、到总孔隙体积的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，而其孔隙表面积却占整个表面积的97%以上。通常用以上。通常用比表比表面积面积（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，（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，煤的比表面煤的比表面积与煤的变质程度有关积与煤的变质程度有关，用，用CO2做吸附测量煤的表面积，低变质煤（长焰煤做吸附测量煤的表面积，低变质煤（长焰煤气煤）气煤）的比表面积为的比表面积为5090m2/g，中等变质煤（肥煤，中等变质煤（肥煤瘦煤）为瘦煤）为20130m2/g，高变质煤，高变质煤（贫煤（贫煤-无烟煤）为无烟煤）为901

20、90m2/g。3.煤的孔隙煤的孔隙 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。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。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：隙的分级标准：超微孔和微孔：超微孔和微孔：孔径孔径10nm，为煤

21、的吸附容积；，为煤的吸附容积；小孔（或过渡孔）：小孔（或过渡孔）：孔径为孔径为10100nm，为毛细管凝结和瓦斯扩张空间；，为毛细管凝结和瓦斯扩张空间；中孔：中孔：孔径为孔径为1001000nm，为煤缓慢的层流渗透空间；，为煤缓慢的层流渗透空间；大孔：大孔：孔径孔径1000nm，为强烈的渗透空间。，为强烈的渗透空间。煤的体积模型及解释公式煤的体积模型及解释公式 煤的煤的组组成成分比成成分比较较复复杂杂。如果忽略那些相。如果忽略那些相对对体体积积含量小于含量小于1%的成分（如二氧化硅、硝的成分（如二氧化硅、硝酸酸盐盐、菱、菱铁矿铁矿、硫和一些稀散元素），、硫和一些稀散元素），认为认为煤煤层层由三

22、个主要部分由三个主要部分组组成，即：成，即：纯纯煤煤（主要指煤中可燃（主要指煤中可燃烧烧的碳、的碳、挥发挥发分等成分，有分等成分，有时简时简称称为为碳）；碳）；灰分灰分（包括泥（包括泥质质及其它及其它矿矿物物杂质杂质）；）；水分水分，水分，水分则仅则仅指充指充满颗满颗粒空隙中的水。粒空隙中的水。为为使煤使煤层层模型更接近于原生状模型更接近于原生状态态，模型中的，模型中的灰分灰分还还包含有泥包含有泥质质及其它及其它矿矿物成分在原生物成分在原生状状态态下所含有的水及其在燃下所含有的水及其在燃烧过烧过程中的程中的挥发挥发物物。为为与化与化验验室中的灰分相区室中的灰分相区别别，这这部分部分成分称成分称

23、湿灰分湿灰分；对比泥质砂岩体积模型和煤的体积模型：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，泥质砂岩的岩石骨架相当于碳分，泥质相当于灰分，泥质相当于灰分，而孔隙水则相当于水分。而孔隙水则相当于水分。碳 灰分水分纯煤 湿灰分水分煤的煤的声波测井、密度测井及中子测井解释声波测井、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公式与泥质砂岩的测井解释公式具有相同的形式：的形式：上式中上式中Va=V0/V为为灰分的相灰分的相对对体体积积含量含量;tc、ta、tf分分别为别为碳、灰、水的声波碳、灰、水的声波时时差；差；c、a、f分分别为别为碳、灰、水的体碳、灰、水的体

24、积积密度；密度；c、a、f分分别为别为碳、灰、水的含碳、灰、水的含氢氢指指数；数；为为水分的相水分的相对对体体积积含量。含量。对对于于电电阻率阻率测测井井，可以近似地，可以近似地认为认为煤的煤的电电阻阻Rt是由碳分是由碳分电电阻阻RC、灰分、灰分电电阻阻Ra及水及水分分电电阻阻Rf三者并三者并联联而成，即有而成，即有由此可导出煤的电阻率测井解释公式为：由此可导出煤的电阻率测井解释公式为：响应方程响应方程(1)电阻率测井电阻率测井 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。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

25、可与泥质岩石中的泥质成分类比。因此，煤层的电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，煤层的电阻率测井也可写出阿尔奇公式阻率测井也可写出阿尔奇公式 为为煤煤层层的地的地层层因素；因素；为为灰分与水分的混合灰分与水分的混合导导体的等效体的等效电电阻率。阻率。为煤层中灰分和水分的总体积含量(2)声波声波测测井井与泥与泥质质岩石模型岩石模型类类似，可以建立声波似，可以建立声波测测井的响井的响应应方程方程(3)密度测井密度测井 为煤层中灰分和水分的总体积含量(4)中子测井中子测井 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电阻率测井、

26、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 岩性岩性-孔隙度交会图版（孔隙度交会图版（M-NM-N图）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。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.纯岩石纯岩石岩性岩性-孔隙度交会图的纵、横坐标分别是参数孔隙度交会图的纵、横坐标分别是参数M和和N。它们分别由两种孔隙测井来。它们分别由两种孔隙测井来定义。定义。M的定义为的定义为 实际上是密度实际上是密度-声波交会图中岩性线的斜率声波交会图中岩性线的斜率 参数参数N的定义为密度的定义为密度-中子交会图上岩性直线的斜率中

27、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，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，因而在因而在M-N图上对应一个点，且煤层的直线簇在图上对应一个点，且煤层的直线簇在M-N图上表现为许多的点。直线的两图上表现为许多的点。直线的两个端点分别为个端点分别为纯煤点纯煤点C和灰分点和灰分点A。2.煤层煤层岩性分析岩性分析 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，可以在中子子-密度交会图上建立三个点：骨架点、泥岩点及

28、水点。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。密度测井组合。水水煤层气测井煤层气测井 煤层气，又称煤层吸附气、煤层甲烷或煤矿瓦斯煤层气，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，是一种蕴藏量巨大的新兴潜在能源，它储存于煤分子表面的一种非常规天然气，是一种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

29、吸附在煤体表面，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，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分子，当气体分子碰到煤表面时

30、其中的一部分在范德华力的作用下暂时“停留停留”在煤表面上，并释放出吸附热，称为在煤表面上，并释放出吸附热，称为吸附过程吸附过程；被吸附的气体分子中当其热运动；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，称为解吸过程解吸过程。吸附和解吸互为逆过程。吸附和解吸互为逆过程。煤层中天然气以三种状态储存于煤层中：煤层中天然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游离状态、吸附状态和溶解状态。煤层气大部分（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，

31、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。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我国划分煤阶的标准 煤煤阶阶挥发挥发分分含碳量含碳量镜质镜质反射率反射率R0/孔隙度孔隙度pu褐煤褐煤0.58.05烟烟煤煤长长焰煤焰煤气煤气煤肥煤肥煤焦煤焦煤瘦煤瘦煤贫贫煤煤45760.50.72.1110.464540820.70.93.65.414035840.91.20.78.683530861.21.71.336.873020901.71.92.2612.182010911.92.51.158.18无无烟烟煤煤无烟煤无烟煤无烟煤无烟煤无烟煤无烟煤102

32、544663.364.172.927.696.747.18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层气测井评价标准 富含气煤富含气煤层层含气煤含气煤层层厚度厚度10含气量（含气量（m3/t）10610割理密度（条割理密度（条/m）40渗透率（渗透率（md）0.50.10.5盖盖层层厚度（厚度（m）5 泥岩、灰岩泥岩、灰岩25 砂岩、灰岩砂岩、灰岩盖盖层层渗透率（渗透率（md）0.010.10.01煤的吸附性能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。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

33、用有明显的影响，可用朗格谬尔方程描述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煤层气储层测井评价系列 评评价内容价内容测测井方法井方法划分煤划分煤层层、夹层夹层、岩性、岩性自然伽自然伽马马、自然、自然电电位、密度（伽位、密度（伽马马伽伽马马）、）、侧侧向向测测井、声波井、声波时时差等差等煤煤质质参数参数计计算算声波声波时时差、密度、中子等差、密度、中子等计计算孔隙度、渗透率、算孔隙度、渗透率、饱饱和度、含水性和度、含水性等参数等参数声波声波时时差、密度、中子、差

34、密度、中子、侧侧向、微向、微电电极等极等机械机械强强度指数、地度指数、地层压层压力、井眼状况等力、井眼状况等声波声波时时差及全波列、密度、井径、微差及全波列、密度、井径、微电电极等极等计计算煤算煤层层含气量含气量声波、密度、中子、声波、密度、中子、侧侧向等向等煤煤层对层对比、沉比、沉积环积环境分析境分析侧侧向（感向（感应应）、自然伽）、自然伽马马、自然、自然电电位等位等煤煤层层裂裂缝发缝发育分析育分析声成象、声成象、电电成象，成象，侧侧向、微向、微电电极等极等2、煤层的划分、岩性识别、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，然后才是煤层煤层气井的测井资料解释，首先是

35、识别煤层气层，然后才是煤层气层上储层参数的计算，因此，同样在煤田测井资料的解释中，需气层上储层参数的计算，因此，同样在煤田测井资料的解释中，需标标定煤层（气层），划分岩性定煤层（气层），划分岩性。煤层相对于围岩，物理性质差异明显，。煤层相对于围岩，物理性质差异明显，它具有它具有密度低密度低（密度孔隙度高）、（密度孔隙度高）、声波时差大声波时差大（声波孔隙度高）、（声波孔隙度高）、含含氢量高氢量高（中子孔隙度高）、（中子孔隙度高）、自然伽马低自然伽马低、自然电位有异常自然电位有异常（由氧化还（由氧化还原作用产生的自然电位）、原作用产生的自然电位）、电阻率高电阻率高（注：烟煤、褐煤电阻率高；无（注

36、烟煤、褐煤电阻率高；无烟煤的电阻率低）等特点。烟煤的电阻率低）等特点。通常可以采用通常可以采用人工解释的方法人工解释的方法划分煤层、岩性识别、或采用划分煤层、岩性识别、或采用模式识模式识别方法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。能得到较为满意的结果。3、煤质参数计算、煤质参数计算 煤层煤质参数通常可由煤层煤质参数通常可由煤样实验室分析、测井体积模型法煤样实验室分析、测井体积模

37、型法以及数学处理方法如以及数学处理方法如概率模型法概率模型法来确定。测井体积模型法利用孔隙度测井来确定。测井体积模型法利用孔隙度测井(如密度、声波等如密度、声波等)建立响应方建立响应方程组，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。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，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，

38、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。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，则这释模型，则这3种确定煤质参数的方法之间可以优势互补。种确定煤质参数的方法之间

39、可以优势互补。近似地把煤看成由近似地把煤看成由纯煤纯煤(包含有固定碳和挥发分包含有固定碳和挥发分)、湿灰分湿灰分(包含不可燃烧的固体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矿物和这些矿物在燃烧过程中释放出来的挥发分)和和水分水分3部分组成。测井体积模型部分组成。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。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、挥发分和固定碳、灰分

40、挥发分和水分水分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。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，密度孔隙度偏高，密度孔隙度 D偏高，中偏高，中子孔隙度子孔隙度 N偏低，因此有：偏低，因此有：S N0，D N0 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

41、而非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。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法 声波差值测井定义为测量纵波时差声波差值测井定义为测量纵波时差t与合成纵波时差与合成纵波时差tsys之差值之差值 Dtttsys Dt0指示为煤层气，指示为煤层气，Dt0指示为非煤层气。指示为非煤层气。3)空间模量差比空间模量差比 空间模量差比空间模量差比M为为 M1是目的层为非煤层气储层岩石的空间模量，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

42、模量。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的计算公式的计算公式 4)电阻率比值法电阻率比值法 地层电阻率比值地层电阻率比值I等于测量的原状地层电阻率等于测量的原状地层电阻率T与计算的水层电阻率与计算的水层电阻率o之比之比 地层临界电阻率比值地层临界电阻率比值Ic等于计算的煤层气储层临界电阻率等于计算的煤层气储层临界电阻率TC与计算的水层与计算的水层电阻率电阻率0之比之比 煤层气储层上的电阻率一般表现为高阻

43、特征，因此可利用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和和IC直观直观指示煤层气储层，指示煤层气储层，当当IIC时，指示目的层为煤层气储层；时，指示目的层为煤层气储层；当当I2.3g/cm3)具有明显差别。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

44、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

45、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

46、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：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层识别和确定煤层厚度 煤岩的工业分析和确定煤阶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储层裂缝孔隙度和渗透率的计算 煤层气含量的评价煤层气含量的评价 吸附气组份有甲烷、轻烃、二氧化碳和氮气,其中以甲烷为主煤层的孔隙结构煤层的孔隙结构裂缝孔隙基质孔隙煤储层煤质特征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气的产出机理 煤层的压力降低到临界解吸压力时

47、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体积模型法对于

48、煤层来说，其组成成分是对于煤层来说，其组成成分是复杂的，如果忽略相对体积小复杂的，如果忽略相对体积小于于1%的成分的成分,那麽可以把煤层那麽可以把煤层粗略地看成是由碳、灰和水三粗略地看成是由碳、灰和水三部分所组成部分所组成碳 灰份水分纯煤湿灰水分 煤层体积模型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 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分析

49、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

50、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基于测井资料的煤质成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