煤层气勘探开发中的测井技术分析与探索

摘 要：随着科技的不断发展，测井技术得到了快速发展，目前广泛地应用在多种自然资源的勘探开发中，尤其是煤层气勘探开发中，其作用非常突出，有效地提高了煤层气勘探开发的水平和效率，促进了煤层气的开发和利用。本文主要对煤层气勘探开发中的测井技术进行了分析与探索，对各种测井技术进行了比较系统的总结。

关键词：煤层气;测井;声波测井、电法测井、核测井;渗透率;孔隙度

我国在1978年的年末开始实行对内改革、对外开放的政策，经过40多年的发展，我国经济发展迅速，对各种自然资源的需求持续增加，如煤、天然气、石油等。随着长时间和大规模的勘探开发，常规的油气资源地质储量逐年减少，而非常规的油气资源地质储量较大，且探明率比较低，勘探开发潜力巨大。

煤层气的主要成为甲烷，它不但是一种清洁能源，也是一种非常规油气资源。我国的煤层气资源十分丰富，近些年以来，我国的煤层气产业不断发展。据有关资料表明，我国煤层气资源总量约为2.68×1014m3，位居全球第三，勘探开发潜力巨大。但是，由于多种因素的影响，使得我国的煤层气勘探开发难度较大，成本高。因此，必须采用相应的技术，提高煤层气勘探开发的水平和效率。目前，测井技术是煤层气勘探开发中的重要手段之一，得到了有关部门的重视，应用范围较广。

1 测井技术类型

测井技术是一门应用学科，是利用专门的仪器在井眼中激发/接收声、电、核、磁、重力、温度和光等地球物理的响应，并根据测量或记录的结果来进行分析和研究，从而对岩石和流体的特性进行定量判别的一种过程或技术[1，2]。测井技术是石油和天然气资源勘探开发中必不可少的手段之一。在煤层气勘探开发的过程中，研究人员通过参考和学习石油勘探开发中的各种测井技术，根据煤层气的物理化学特性以及煤层气储层和盖层的一些特点，经过数十年的研究和发展，最终形成了多种适用于煤层气勘探开发的测井技术类型，主要有3大类：声波测井、电法测井以及核测井。

1.1 声波测井

声波测井（Acoustic logging）是指声波在岩层的传播过程中，利用相关仪器测量和记录岩层的声学相应特征参数，如速度、幅度、频率、衰减规律等，根据这些特征参数的变化情况，对地层的性质及情况进行识别和评价一种测井方法[1，2]。声波测井技术的类型主要有：声速测井、补偿声波测井、长源距声波测井、阵列声波测井以及超声成像测井等。声波测井技术的应用范围主要有：地层岩性划分、地层对比、储层评价、识别裂缝、气层、确定孔隙度、确定地应力、评价地层的各向异性以及检查固井质量。

1.2 电法测井

电法测井（Electrical logging）是根据目标层位与围岩在电性特征上的差异，利用相关的仪器测量和记录相应的电性参数，如导电特性、介电特性以及电化学特性，然后根据这些电性参数的变化情况，对目标层位进行判识的一种测井方法[1，2]。电法测井的技术类型主要有：电阻率测井、自然电位测井、侧向测井、感应测井、电磁波传播测井、介电测井、地层倾角测井、微电极系及激发激化测井等。电法测井技术的应用范围主要有：划分储层、地层对比、储层评价、储层解释以及薄层分析等。

1.3 核测井

核测井（Nuclear logging）又称为放射性测井，是指将核技术应用于井中测量，以物质的原子核物理性质为基础的测井方法[1，2]。该技术的基本原理是根据岩石及其孔隙流体和井内介质（套管、泥浆等）的核物理性质来研究钻井地质剖面，进而发现煤、石油等有用矿藏。核测井的技术类型主要有：伽马测井、中子测井、密度测井以及核磁共振测井等。核测井技术的应用范围主要有：地层划分、识别岩性、确定孔隙度、识别气层以及确定渗透率等。

2 测井技术应用

相对于其他勘探开发技术而言，测井技术具有方法种类多、分辨率高、应用广泛等优点，在煤层气资源勘探开发中发挥了至关重要的作用。测井技术可以反映和描述实际地下地层的各种岩石物理特征，研究人员可以利用这些特征，可以对煤层气储层进行有效识别和储层参数的定量解释。

2.1 煤层气储层识别技术

基于测井曲线的相关原理以及大量实例，国内外学者提出了各种煤层气储层的识别技术和方法，主要可以分为以下2种：

2.1.1 直接识别法

对于煤层气储层而言，测井曲线具有比较独特的响应特征，与围岩有明显的区别，一般而言，具有“四高三低”的响应特征：高电阻率（RT）、高中子（CNL）、高声波时差（AC）、井眼扩径（CAL）、低自然电位（SP）、低自然伽马（GR）以及低密度（DEN）[1-3]。

2.1.2 孔隙度分析法

煤层气储层存在十分明显的各向异性，由于CNL和DEN测井不会受到地层各向异性的影响。因此，CNL-DEN孔隙度重叠法可以对煤层气储层进行预测，效果较好。另外，CNL-AC孔隙度重叠法与CNL-DEN孔隙度重叠法可以互相验证，减少预测的多解性。

2.2 煤层气储层参数定量解释技术

一般而言，利用测井技术可以确定煤层气储层的多种参数：①煤岩工业分析参数;②孔隙度、渗透率和饱和度;③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[1-3]。（注：由于篇幅有限，本文仅阐述前面2种参数的解释技术）

2.2.1 煤岩工业分析参数

煤岩主要有4种成分：①固定碳;②挥发分;③水分;④灰分，其中①、②、③与④呈线性相关关系，而①、②和④的线性相关性较好。煤的真密度与④具有比较好的线性相关性。因此，可以使用统计学中的相关分析法，利用DEN测井与④、④与②、④与①之间的相关关系表达式，然后结合DEN测井的相关数据，最终可以求出煤岩的各种工业分析参数。

2.2.2 孔隙度、渗透率和饱和度

煤层气储层的孔隙有2种：①裂缝孔隙;②基质孔隙。在实际分析与研究中，通常使用电阻率测井来求取裂缝孔隙度，具体计算公式如下：

（1）

在（1）式中，Rmf为泥浆滤液电阻率;Rw为地层水电阻率;mf为裂缝孔隙度指数;RLLS为浅侧向电阻率;RLLD为深侧向电阻率;?f为裂缝孔隙度。

基质孔隙度可以通过计算水分含量与裂缝孔隙度之差而获得。而煤层气储层的裂缝渗透率与煤层自身的裂縫发育程度关系密切，一般呈正相关，具体计算公式如下：

（2）

在（2）式中，RF为比例因子，一般可以通过相关的实验获得;?f为裂缝孔隙度;Kf为裂缝渗透率。

煤层气的主要成分为甲烷，通常以吸附态存在于煤层的裂隙之中。通过Langmuir实验定律可以看出，煤层吸附甲烷的能力比较好，这种能力主要与2种因素：温度和压力。在一定压力下，煤层吸附甲烷气体量Q的计算公式如下：

（3）

在（3）式中，Pp表示压力;PL表示Langmuir压力;VL表示Langmuir体积。

3 结语

①测井技术为煤层气勘探开发的各个阶段提供了有力的技术保障，提高了煤层气勘探开发的水平和质量，因此，必须加强测井技术的研究，加大测井技术在煤层气勘探开发中的应用，唯有如此，才可以促进煤层气行业的发展;②在实际应用过程中，应该根据实际地质情况、目的以及任务，优选合适的测井技术，进而获得合理的解释成果。另外，从业人员应该不断积累和总结各种经验教训，结合各种高新技术，积极探索测井新技术、新方法，才能提高测井技术的准确性。

参考文献：

[1]肖文杰，陈雄涛.煤层气储层的测井评价方法研究综述[J].云南化工，2019，46（07）：9-10.

[2]张瑞.煤层气储层的测井评价方法研究[D].长春：吉林大学，2016.

[3]原俊红，付玉通，宋昱.深部煤层气储层测井解释技术及应用[J].油气地质与采收率，2018，25（05）：24-31.

作者简介：

范晋军（1988- ），男，汉族，山西平遥人，助理工程师，本科，主要从事煤层气物探方面的工作。