韩城矿区5#煤层含气性影响因素研究

任攀虹，王凤琴，王 娟,杜厚余，李勇军，白生宝 (西安石油大学地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)

韩城矿区5#煤层含气性影响因素研究

任攀虹，王凤琴，王 娟,杜厚余，李勇军，白生宝 (西安石油大学地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)

煤层的含气性是评价煤层气勘探开发前景的决定性因素之一。结合该区块地质资料、测井资料、录井资料、岩心分析资料等研究了韩城矿区5#煤层的含气性影响因素。首先建立自然伽马测井、电阻率测井和密度测井与含气性影响因素(灰分含量、镜质体反射率、煤层厚度)之间的关系模型，据此分析含气性影响因素与含气性的关系。研究表明，灰分含量与自然伽马和密度测井值均呈正相关；灰分含量越高，煤层含气性越差。镜质体反射率与自然伽马呈负相关，而与电阻率呈正相关；镜质体反射率越高，煤层含气性越好。煤层厚度与自然伽马呈负相关，与电阻率呈正相关；煤层厚度越大，含气性越好。

煤层气；非常规油气；含气性影响因素；测井方法

研究区位于陕西省韩城市境内。该区煤层气的勘探开发工作自2005年起，主要开采1500m以浅的煤层气。随着研究区煤层气开发实践的不断深入，对煤层气的勘探开发研究提出更高的要求，而煤层含气性对煤层气的产能及其开发潜力起着极为重要的作用，为此，笔者对韩城矿区5#煤储层含气性影响因素进行了研究，以便为该区煤层气的勘探开发提供参考。

1 煤层基本特征

韩城矿区5#煤层位于古生界石炭系上统太原组顶部[1]，煤层厚度的变化范围为2.50～17.61m，平均厚度6.94m。镜质体反射率最小值为1.83%，最大值为1.96%，平均值为1.90%。有机碳含量平均值为83.29%。灰分含量在8.08%～20.91%之间，平均含量为10.41%。顶板主要为泥岩，次为炭质泥岩。底板普遍为泥岩，与顶板岩性分布较相似。孔隙度为4.31%～6.86%，平均为5.64%。渗透率为(0.117～0.587)×10-3μm2，平均为0.285×10-3μm2。煤层含气量值介于11.30～18.29m3/t之间，平均含气量为12.85m3/t。另外，该煤层的主要电性特征表现为自然伽马低值，深、浅侧向电阻率高值，密度低值。

2 含气性影响因素

2.1灰分

图1 韩城矿区5#煤层灰分与密度测井值相关性图 图2 韩城矿区5#煤层灰分与自然伽马值相关性图

利用韩城矿区探井实测灰分含量分别与密度和自然伽马测井数据进行线性回归分析[2-4]，可以得到韩城矿区5#煤层灰分含量与密度测井值、自然伽马值的关系模型(见图1和图2)。

由图1和图2可以看出，灰分含量与密度测井值呈正相关关系(由于矿物杂质的密度一般都高于有机质的密度，所以煤层密度随灰分含量的增加而增大)，与自然伽马测井值也呈正相关关系，且相关性甚好(随着灰分含量的增加，矿物杂质微粒表面吸附的放射性元素含量也会随之增加)。

进一步利用SPSS软件来建立灰分含量与密度测井值、自然伽马测井值相关的多元回归方程式。

(1)韩城矿区5#煤层灰分含量：

Aad=0.138×GR+30.267×DEN-36.82

(1)

式中，Aad为灰分含量，%；GR为自然伽马，API；DEN为密度测井值，g/cm3。

(2)韩城矿区5#煤层挥发份含量：

Vad=0.038×Aad+11.93

(2)

式中，Vad为煤层挥发份含量，%。

煤层含气量与挥发份含量存在如下关系[2]：

(3)

式中，V为煤层含气量，m3/t。

综上所述，在不考虑其他影响因素的情况下，若煤层自然伽马和密度测井值越高，则灰分含量越高，而煤层含气性越差。

2.2镜质体反射率

镜质体反射率是划分煤阶的重要指标参数，而煤岩演化程度高低影响着煤储层孔隙性、渗透性及含气性[5]。对镜质体反射率(Ro)与自然伽马值、电阻率值进行线性回归分析，发现韩城矿区5#煤层Ro值与自然伽马值呈负相关性，而与电阻率值呈正相关性(见图3和图4)。

为了进一步了解Ro对煤层含气量的影响，首先分析Ro与干燥无灰基挥发份含量(Vdaf)的关系，发现两者呈负相关性(见图5)，且：

Ro=-0.511×Vadf+2.7299

(4)

图3 韩城矿区5#煤层自然伽马值与Ro相关性图 图4 韩城矿区5#煤层电阻率值与Ro相关性图 图5 韩城矿区5#煤层Ro与无灰基挥发份含量相关性图

而干燥无灰基挥发分含量与煤层挥发份和水分含量存在如下关系[6]：

(5)

式中，Mad为煤层水分含量，%。

通过拟合已有的水分含量与灰分含量，得到5#煤层水分含量与灰分含量关系式：

Mad=0.0056×Aad+0.4

(6)

综上所述，灰分含量或者挥发份的含量越高，镜质体反射率就越小，煤层含气量就越低；反之，煤层含气量就越高。

2.3厚度

韩城矿区5#煤层较发育，煤层厚度变化范围为2.50～17.61m，平均厚度6.94m。根据已有的测井资料，建立煤层厚度与自然伽马、电阻率测井值的关系模型，发现煤层厚度与自然伽马测井值呈负相关性(见图6)，而与电阻率测井值呈正相关性(见图7)。

图7 韩城矿区5#煤层自然伽马值与煤厚相关性图 图8 韩城矿区5#煤层电阻率值与煤厚相关性图

而煤层厚度与含气量存在如下关系[7]：

V=1.7037×H+18.5546

(7)

式中，H为煤层厚度，m。

由此可知，煤层厚度越大，煤层含气性越好；反之，煤层含气性越差。

3 结论与建议

(1)灰分含量与自然伽马和密度测井值均呈正相关。灰分含量越高，煤层含气性越差；反之，煤层含气性越好。

(2)镜质体反射率与自然伽马呈负相关，与电阻率呈正相关。镜质体反射率越高，煤层含气性越好；反之，煤层含气性越差。

(3)煤层厚度与自然伽马呈负相关，与电阻率呈正相关。煤层厚度越大，含气性越好；反之，含气性越差。

(4)影响煤层气含气量的因素是多方面的，不同地区以及同一地区不同地质背景的影响因素各不相同，要综合考虑各方面因素后再进行具体分析。

[1]王双明.韩城矿区煤层气地质条件及赋存规律[M].北京：地质出版社，2008.

[2]石华星，宋明水，徐春华，等.煤型气地质综合研究思路与方法[M].北京:地质出版社，2004.

[3]宋 岩.中国煤层气成藏地质[M].北京:科学出版社，2010.

[4]周正立，梁颐，周宇，等.水泥化验与质量控制实用操作技术手册[M].北京：建材工业出版社，2006.

[5]杨东根，范宜仁，邓少贵，等.利用测井资料评价煤层煤质及含气量的方法研究[J].勘探地球物理进展，2010，33(4)：262-265.

[6]李增学.煤成(型)气地质学[M].北京:地质出版社，2007.

[7]陈敬轶，田俊伟，张玉贵，等. 晋城成庄煤矿3煤层含气量控制因素分析[J].中国煤层气，2007，4(1)：23-26.

2013-06-18

任攀虹(1988-)，女，硕士生，现主要从事非常规油气地质方面的研究工作。

TE132.2

A

1673-1409(2013)26-0014-03

[编辑] 李启栋