华北地区煤层气基础研究和储层分析

李全厚，李航弛，王久旭

（1. 东北石油大学，黑龙江 大庆 163000； 2. 大庆油田第二采油厂，黑龙江 大庆 163000）

华北地区煤层气基础研究和储层分析

李全厚1，李航弛1，王久旭2

（1. 东北石油大学，黑龙江 大庆 163000； 2. 大庆油田第二采油厂，黑龙江 大庆 163000）

中国煤层气资源丰富，因此煤层气的勘探与开发具有很强的经济意义、环境意义以及社会效益。煤层气研究方法与准确评估是煤层气高效开发的关键。以华北地区煤层气资料为例，煤层气的选区、选井及选层主要依靠地震勘探技术结合基础地质技术，然后在选区内的井进行数据测量以及按设定所需要的数据进行煤层划分以及煤层识别，测井方法主要有自然伽马测井GR、深浅侧向测井LLD|LLS、中子测井CNL、密度测井DEN、声波时差测井AC及冲洗带电阻率测井RXO。

煤层气 ； 华北地区； 测井方法

煤层气概念：煤层气是指以CH4（甲烷)为主要成分于煤层中储存的烃类气体，且大部分吸附在煤颗粒表面、少部分存在于煤孔隙中或溶于煤层水当中，属于煤的伴生资源，常称为非常规天然气，是最近几十年除太阳能、风能等在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。其英文名称为 Coalbed methane (CBM)俗称“瓦斯”[1]。一般有两种方式可以对煤层气进行开采：一种是地面钻井开采；另一种是由井下气体抽放系统抽出。对于煤层气开采两者都是可以在实际工作中运用的，其优点是可以大大减少风排瓦斯的数量，降低煤矿对通风的要求，改善矿工的安全生产条件，但是井下抽放瓦斯成本较高，因此国外经常使用地面钻井开采方法[2]。

1 煤层气成藏条件及富集规律

在当前世界油气资源紧张甚至引起油价不断走高的环境背景下，非常规油气尤其是煤层气已经成为的一种替代资源，其开采力度和开采技术呈爆发式增长。

煤层气富集规律受多种因素影响。不同的沉积环境在一定程度上决定了煤岩煤质的不同特性。煤层气富集高产与煤层所处的构造部位及围岩有很大关系。根据现今地应力场分析，煤层埋藏越深，地应力越大，反之变小[4]。

2 研究方法

2.1 参数选择

一般将煤层气富集的主控制因素分为：煤的生气能力、储集能力、封盖能力、运移能力等 4 大类，也有研究者将影响煤层气富集的因素分为含气性因素、煤层因素、盖层因素和地质背景因素等 4 类[5]。影响煤层气富集成藏的主控地质因素包括:构造条件、煤层埋深、煤阶、煤层厚度、含气量、渗透率、煤层气压力、解吸压力和水文条件。然后进行数据测量以及按设定所需要的数据进行煤层划分以及煤层识别，测井方法可选自然伽马测井GR、深浅侧向测井LLD|LLS、中子测井CNL、密度测井DEN、声波时差测井AC及冲洗带电阻率测井RXO。运用测井资料定量计算煤层气含量的方法主要两种：一是密度测井计算方法，二是兰格谬尔公式计算法。常规情况下选择密度测井法计算煤层气含气量，有时还可利用煤层孔隙度和含气饱和度与密度测井曲线结合, 计算煤层含气量。计算公式：

式中：Q—煤层含气量单位,m3/t;

φ—煤层孔隙度单位,%;

Sg—煤层含气饱和度单位,%;

g—煤层密度单位,t/m3。

求出含气量后应与煤芯解吸含气量对比, 进一步分析其准确度。

从行政权的历史发展来看，通过政府等公共组织载体行使的行政权力都是基于公共需要和公共利益而产生，目的是避免私利对公共利益的侵蚀。现代公共行政理论更加强化政府管理的公共属性，将政府视为公共利益的代言人，并将政府行为的价值取向等同于社会公共利益的现实需求。网约车涉及的公共利益并不是网约车车主或网约车公司经营者的利益，也不是传统出租车经营者的利益，而是整个民众出行团体的整体利益，网约车的管理效果决定了政府在互联网+和互联网-之间如何选择的问题。

（1）求孔隙度。可以通过多种方法求孔隙度如：

A中子测井:

B 密度测井

C 声波测井

运用多种方法求得的孔隙度，进行相互比较，选取相对准确的作为最终的孔隙度，以便进行下一步计算。

（2）求含气饱和度。上覆压力对孔隙度的影响不大，大约为1%～3%。渗透率与粒级存在正相关性，即粒级越小，渗透率越低。含气饱和度与粒级、渗透率之间存在负相关性，即粒级越小、渗透率越低，含气饱和度越高。图1为岩样微孔隙空间束缚水所占比例与渗透率的关系。从图2可见，致密气藏储层束缚水饱和度随渗透率增加呈明显递减趋势，两者呈较好的对数关系。当渗透率小于0.03×10－3μ m2时束缚水饱和度随渗透率的增加急剧减小，但当渗透率大于0.03×10－3μm2时束缚水饱和度随渗透率的增加变化不明显。

图1 微孔隙束缚水比例与渗透率的关系Fig.1 Relationship between micropore bound water proportion and permeability

图2 束缚水饱和度与渗透率的关系Fig.2 Relationship between irreducible water saturation and permeability

（3）根据已知量孔隙度φ和含气饱和度Sg以及煤层密度g通过计算公式（1）可得出煤层气含量。

2.2 处理分析

参考井径测井CAL若CAL减小测定层位为储集层若CAL变大或不变则可能为泥质层、自然电位测井 SP高自然电位则可能为储集层而低自然电位为泥岩基线。最后根据测井信息作出相应的数据图像，其中数据曲线显示为数值较低的：自然伽马、密度；数值较高的：电阻率（低阻无烟煤除外）、中子孔隙度、声波时差的地层层位正是煤层气富集高产的有利地区。

进行煤层确定后，一般采用密度测井计算法，定量计算出煤层气含量Q。

华北地区的地质特征，即低的煤层气赋存呈现“三低一高 ”低饱和度、低渗透性、低储层压力和高变质程度。其中具有低孔低渗特征的煤层的孔隙度和渗透率是煤储层的重要参数之一，决定了煤层的产气能力。因此要重视煤层气资源、煤储层渗透率、储层压力及临界解吸压力等关键参数条件，它可以为煤层气生产潜能评价和煤层可开发性提供可靠的依据[6]。煤储层的裂缝孔隙度可由双侧向测井资料计算得到。煤储层的渗透率可通过 ML、SP、FMS 及AC 测井计算获得[7]。

3 研究成果

通过在现场收集的原始资料，首先根据地质资料对煤层气藏进行定性分析，然后针对煤层气分布不均匀、选区水文地质情况复杂的特点，以考虑煤层的地层结构和储层物性为前提，对测井数据资料进行优选，采用标准法对数据进行归一化处理方法。以测井数据为基础，应用多种计算机手段和对应的测井软件，明确煤层的空间展布情况，最后对煤层气层位进行判断。以下为华北地区X选区3口井在进行数据整合搭配后的煤层气识别处理解释综合成果输出如图3、4、5。

图3 华北煤层气井1气层识别处理解释综合成果图Fig.3 Comprehensive processing and interpretation of gas reservoir identification results of coalbed methane well 1 in North China

图4 华北煤层气井2气层识别处理解释综合成果图Fig.4 Comprehensive processing and interpretation of gas reservoir identification results of coalbed methane well 2 in North China

4 结 论

本文是在充分查阅相关资料，了解地层影响煤层气富集成藏的主控地质因素：构造条件、煤层埋深、煤阶、煤层厚度、含气量、渗透率、煤层气压力、解吸压力和水文条件、研究现状和发展前景的基础上，结合实际的测井资料以井径测井CAL和自然电位测井SP为参考，以自然伽马测井GR、深浅侧向测井LLD|LLS、中子测井CNL、密度测井DEN、声波时差测井AC及冲洗带电阻率测井RXO数据曲线为主要依据。总结起来其过程主要如下：

（1）首先利用煤层其储层特征显著。煤层气的探究与测量主要是在砂泥岩剖面上能够识别出煤层，即煤层气的储层，而后再实行储层的参数运算和储量评估。其中测井数据经常会使用经过选择的煤心与试井数据标定，从而使储层评价参数及单井评价变得可靠。其相应的测井方法主要包括自然伽马测井GR、深浅侧向测井LLD|LLS、中子测井CNL、密度测井DEN、声波时差测井AC。

（2）以华北煤层气X选区为例，在考虑煤储层中的煤层气藏封闭保存和煤层气藏由于诸多因素而具有的不均一性为前提，分析数据得出图像，可以判断井1中在地层900～1 000 m中有三处煤层或气层，其余多为水层和盖质层，其中可能存在低阻无烟煤层在电阻率上可能显示为水层。井2中在地层910 m处为气层、955 m处为气层，其余多为水层和盖质层其中可能存在低阻无烟煤层在电阻率上可能显示为水层。井3中在地层730米处存在小段气层、750 m处为气层、810 m处存在小段气层、840 m处为分段气层，其余多为水层和盖质层其中可能存在低阻无烟煤层在电阻率上可能显示为水层。

［1］叶建平, 秦勇, 林大扬.中国煤层气资源[M].江苏徐州:中国矿业大学出版社, 1999: 1- 229.

［2］Smith JW, Pallasser R. Microbial origin of Australia coal bed methane formation[J]. AAPG Bulletin, 1996; 80:891-897.

［3］宋岩, 张新民,等.煤层气成藏机制及经济开采理论基础[M].北京: 科学出版社, 2005.

［4］赵庆波.煤层气地质与勘探技术[M].北京: 石油工业出版社, 1999: 13- 44.

［5］张胜利，陈晓东.控制煤层气含量及可采性的主要地质因素[J].天然气工业，1997; 17(4): 15-19.

［6］秦勇.中国煤层气地质研究进展与述评[J].高校地质学报,2003; 9(3): 339- 358.

［7］杨起, 汤达祯.华北煤变质作用对煤层含气量和渗透率的影响[J].地球科学中国地质大学学报，2000; 25 (3):273- 27.

Basic Research and Reservoir Analysis of Coalbed Gas in North China

LI Quan-hou1, LI Hang-chi1, WANG Jiu-xu2
（1. Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163000，China; 2. Daqing Oilfield Company the Second Oil Production Plant, Heilongjiang Daqing163000，China）

Coalbed gas resource in China is rich, so exploration and development of the coalbed gas has the very strong economic significance, environmental significance and social benefit. Research methods and accurate assessment of the coalbed gas are the key to efficient development of the coalbed gas. In this paper, taking data of coalbed gas in North China area as an example, block selection, well selection and layer selection of the coalbed gas were carried out by the seismic exploration technology and the basic geological technology, then well data measurement in selected block was carried out to finish the coal bed division and the coal bed identification based on the data. Logging methods mainly include natural gamma logging GR, depth lateral logging neutron logging LLD|LLS, CNL, DEN, acoustic logging, density logging AC and flush zone resistivity logging RXO.

Coal gas; North China; Logging method

TE 122

A

1671-0460（2014）12-2710-03

2014-06-03

李全厚（1969-），男，黑龙江绥化人，东北石油大学教授，研究方向：从事测井解释等工作。E-mail：75483313@qq.com。