用测井资料评价煤储层顶底板封盖性的方法

高敏 蔡文渊 罗安银 刘百舟 张莉莉 袁文娟 雷卓

(1．中石油集团测井有限公司华北事业部，河北 062552;2．中石油集团测井有限公司国际事业部;北京 100000;3．中国地质大学，北京 100083)

用测井资料评价煤储层顶底板封盖性的方法

高敏1蔡文渊1罗安银1刘百舟1张莉莉2袁文娟3雷卓4

(1．中石油集团测井有限公司华北事业部，河北 062552;2．中石油集团测井有限公司国际事业部;北京 100000;3．中国地质大学，北京 100083)

本文介绍了用测井资料评价煤储层顶底板封盖性的四种方法。包括:用常规测井资料计算煤储层顶底板围岩的岩性比、厚度的方法;用核磁测井进行煤储层顶底板孔隙性、含水性和孔隙结构分析的方法;用微电阻率扫描成像测井进行煤储层顶底板裂缝发育程度与连通性评价的方法;用阵列声波测井资料提供的岩石力学参数进行煤储层及其顶底板地层含气性、天然裂缝及渗透性、地层各向异性等分析的方法。论述了煤储层顶底板封盖性的好与差在以上四种评价方法上的测井响应特征各不相同。

煤储层 顶底板 封盖性 岩性比 核磁共振 微电阻率扫描 阵列声波 测井响应

Abstract:This paper describes four methods for evaluating the capping property of roof and floor of coal seam．They are:(1)the method for computation of lithology ratio and thickness of roof and floor of coal reservoir by using the conventional logging data;(2)Nuclear magnetic logging method for analysis of porosity，water carrying property and pore structure of roof and floor of coal reservoir;(3)Method for evaluating fracture development and connectivity of the roof and floor using micro－resistivity scanning and imaging log;(4)Analysis of the gassiness，natural fracture，permeability and formation anisotropy of the coal reservoir and its roof and floor using rock mechanics parameters obtained from array sonic logging data．This paper discusses the different logging response of the seam roof and floor in the above evaluating methods．

Keywords:Coal reservoir;roof and floor rocks;capping property;lithology ratio;NMR;micro-resistivity scanning;array sonic log;log response

煤层气纵向逸散因受到顶底板层的封盖性能的 强弱而不同，利用测井资料并结合地质资料对QS盆地主力煤储层及顶底板进行分析研究，形成了煤层气顶底板封盖性检测评价技术。利用测井资料综合煤层含气特性，进行煤层气有利开发层段的优选，为煤层气的高效开发提供了指导和帮助。

1 煤储层顶底板层封盖性检测方法

利用测井资料，结合钻井、录井资料，以QS盆地ZZ区块为研究对象，以实际煤样及分析化验煤芯含气量为依据，开展区块煤层顶底板封盖性检测方法研究，形成了煤层顶底板层封盖性检测技术。

1.1 岩性比封盖性检测方法

岩性比(S)是指某一层段内泥岩厚度和砂岩(灰岩)厚度的比值。

区块煤系地层中，主力煤层3#煤顶底板封盖层岩性以砂岩、泥岩、砂泥交互、夹炭质泥岩为主，从图1看煤层和其它岩性地层在测井曲线响应特征上有明显的区别，煤层在测井曲线上具有“三高二低”的特征。即高声波时差、高补偿中子值、中高电阻率值，低自然伽马值、低体积密度值。

图1 煤层及顶底板测井响应特征图

表1 ZZ区块3#煤层顶、底板层岩性比数据统计表

定义顶底板的计算井段内自然伽马最低处(砂岩、灰岩)岩性比为0、最高处(泥岩)为1，以S为1时封盖能力最强。通过计算主力煤层上下30m的顶底板层的岩性比，从岩性上定量判断顶底板层封盖性的好坏。

表1是ZZ区块3#煤层顶底板层岩性比数据统计表，表中岩性比平均为0.57，说明顶底板层的岩性主要以含砂泥岩为主。

3#煤层顶、底板层封盖性最好的井是ZS59井，其顶板的岩性比为0.67，底板的岩性比为0.72，岩性主要是封盖性较好的泥岩及含砂泥岩地层。

3#煤层顶、底板层封盖性最差的井是ZS46井，其顶板的岩性比为0.40，底板的岩性比为0.45，岩性主要是封盖性相对较差的砂质泥岩地层。

由顶、底板岩性比等值线图(图2、图3)分析，在ZZ区块，中北部、南部、西部的井其顶底板封盖性比较好，明显要好于东部地区。在ZS59、ZS19、ZS28井区，3#煤顶底板层的封盖性品质较好。而在ZS50、ZS46井区顶底板层的封盖性品质较差。

图2 3#煤顶板层岩性比等值线图

图3 3#煤底板层岩性比等值线图

1.2 核磁测井封盖性检测方法

核磁测井可以直接提供煤储层及顶底板层的有效孔隙度、渗透率、束缚水饱和度等参数，还可以提供煤储层及顶底板层的T2分布谱，利用核磁测井可以进行煤层顶底板的孔隙性、含水性分析和孔隙结构分析，进而实现对煤层顶底板的封盖性进行评价。

1.2.1 孔隙度分析法

由核磁测井孔隙度得到的ZZ区块3#煤顶、底板层的孔隙度平均值在0.24～4.03%之间，个别含水层段孔隙度值达到8%，图4、图5为ZZ区块3#煤顶底板孔隙度分布等值线图，从整个区域来看:

图4 3#煤顶板层孔隙度等值线图

图5 3#煤底板层孔隙度等值线图

3#煤顶板层ZS25井区孔隙度最大，为1.69%～1.89%，封盖性相对最差，ZS44井区孔隙度为1.09%～1.29%，封盖性相对较差，ZS14、ZS15井区孔隙度为0.69%～0.89%，封盖性相对略差。而ZS27、ZS28、ZS30、ZS42井区孔隙度最小，为0.29%～0.49%，封盖性相对最好。

3#煤底板层ZS25井区、ZS44井区孔隙度最大，为2.84%～4.04%，封盖性相对最差，ZS44井区孔隙度2.44%～3.64%，封盖性相对较差，ZS39井区孔隙度1.84%～2.84%，封盖性相对略差。而ZS19、ZS28、ZS30、ZS54、ZS56、ZS59井区孔隙度最小，为0.24%～0.44%，封盖性相对最好。

通过以上分析认为:ZZ区块3#煤底板层孔隙度要稍高于顶板层孔隙度，说明ZZ区块3#煤底板层对煤层气的封盖性要稍比顶板层差。

1.2.2 孔隙结构分析法

ZS25井在3#煤之上的泥岩段T2谱为平直的微孔或小孔分布，砂岩层T2谱为小孔分布。3#煤之下的泥岩段T2谱以小到中孔分布，泥岩段之下的砂岩层T2谱为中、大孔分布，并且有较多的可动水指示。该井3#煤层顶板层孔隙结构相对简单，主要以微孔和小孔为主，底板层孔隙结构相对复杂，主要以小孔和中孔为主，说明该井3#煤层顶板层的封盖性比底板层的封盖性要好。

ZS44井在3#煤顶板上部泥岩段T2谱比较平直，无孔或以微孔分布，砂岩段T2谱以小到中孔分布。3#煤底板层板岩性为含砂泥岩、砂泥岩，底板层T2谱以小到中孔分布为主，有少量大孔径分布。分析认为该井3#煤层顶板层孔隙结构相对简单，主要以无孔、微孔和小孔为主，底板层孔隙结构相对复杂，主要以小孔、中孔为主，有少量大孔存在，说明该井3#煤层顶板层的封盖性比底板层的封盖性要好。

1.3 成像测井封盖性检测方法

利用微电阻率扫描成像测井资料，可以精确划分煤层有效厚度、夹矸层厚度，进行煤层内部结构特征分析，进行煤层割理、裂缝的发育状况、连通性评价，进行顶底板层裂缝发育情况与连通性评价等，为进行煤层及顶底板精细评价提供有利的帮助。

煤层顶底板中存在的裂缝对其机械性能和纵向渗透率影响很大，能造成顶板岩石强度降低、井眼失稳，以及煤层中甲烷气的逸散，使整体封盖能力减弱，不利于煤层气的保存，从而影响煤层气开发产量。综合分析电阻率成像测井资料，把区块上煤层顶、底板裂缝发育程度总结为5种情况(见表2)。

表2 ZZ区块煤层顶底板裂缝发育程度分类表

1.4 阵列声波测井封盖性检测方法

阵列声波测井资料所提供的杨氏模量、弹性模量、泊松比等岩石力学参数，可以进行煤储层及顶底板层的岩石强度、岩石破裂压力、井眼稳定性、地层含气性、天然裂缝及渗透性、地层各向异性等分析，进而对煤层顶底板的封盖性进行检测，为钻井工程、压裂施工及压裂效果检测、油气层开采等提供有用参数和指导。

煤储层顶底板的泊松比、体积模量、剪切模量、杨氏模量值的高低，直接影响着煤储层顶底板的封盖性。其数值低，煤储层顶底板的抗剪强度、破裂压力较低，说明煤储层顶底板的的机械强度弱，地层脆而软，井眼极易坍落，顶底板的封盖能力减弱，易造成煤层气的逸散。反之亦然。

2 实例分析

煤储层含气量是评价煤层气资源的重要参数，科学优选开发层段是减小地质风险，提高采气量的重要环节。

ZS54井3#煤(图6)，岩心分析的含气量为28.5m3/t，测井计算的含气量为24.45m3/t，开发选择整个3#煤，日产气2238m3，水0.3m3，三者反映一致。从图6上看煤层厚度大，煤质好，灰分含量低，割理发育，顶底板为20多米厚致密泥岩，成像显示无裂缝发育，核磁显示无可动流体，煤层顶底板封盖性非常好，对煤层气起到了很好的封盖作用。

图6 ZS54井好煤层封盖能力较强典型图例

ZS49井3#煤，岩心分析的含气量为5.64m3/t，测井计算的含气量为24.87m3/t，排采为层段3#煤层段，日产气1281m3，日产水14m3。岩心分析、测井计算与实际排采的含气量有一定的差别。电成像资料显示煤层存在构造缝，整体电阻率偏低、水动力活跃，且顶板裂缝发育，常规曲线显示顶部20#层有含气现象，表明盖层封盖能力减低，煤层气可能逸散至20#层，导致实际煤层含气量降低，综合分析认为在本煤层开采时应同顶部盖层同时压开以求的高产。

3 结论

利用常规测井、核磁测井、微电阻率扫描成像测井、阵列声波测井资料进行煤储层顶底板封盖性检测的四种评价方法，在山西沁水盆地工程示范区煤储层顶底板封盖性评价中应用效果显著，在优选实施的一些煤层气井中其产气量大幅提高，已经逐步形成了具有测井行业特色的煤层顶底板层封盖性检测技术。该技术为提高煤层气采收率、获得更高的经济效益发挥了重要的作用。

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Methods for Evaluating Capping Capacity of Roof and Floor of Coal Reservoir with Logging Data

Gao Min1，Cai Wenyuan1，Luo Anyin1，Liu Baizhou1，Zhang Lili2，Yuan Wenjuan3，Lei Zhou4
(1．North China Business Division，CNPC Logging Ltd．Co．，Hebei 062552;2．International Business Division，CNPC Logging Ltd．Co．Beijing 100000;3．China University of Geology，Beijing 100083)

国家科技重大专项《大型油气田及煤层气开发》项目36课题2之煤层气高效测井技术。

高敏，女，高级工程师，长期从事测井资料的解释评价与研究工作。

(责任编辑 刘 馨)