测井方法计算煤层气含量在宁夏石嘴山矿区的应用研究

谭 浩 郭 庆 门 鹏 张乐望 乔月飞 吴国强

(宁夏回族自治区煤炭地质调查院，宁夏 750000)

1 引言

近年来，国内煤层气行业发展比较迅速，多个省份已开展了相应的煤层气勘探工作，获取的煤层气储量相当可观。煤层气作为一种新兴的洁净能源，其开发利用不仅有利于缓解当地能源供给矛盾，同时还能降低煤矿开采期间的瓦斯突出事故率。宁夏作为煤炭大省之一，煤层气资源量比较丰富，据以往资料显示，尤其在石嘴山矿区一带煤层瓦斯含量较高，有望成为区内煤层气开发利用的重点区块之一。2019年相关单位对石嘴山矿区内进行了煤层气调查工作，完成了两口参数井的施工。本文将通过已知自然解吸测试含气量数据和测井多参数数据进行分析研究，建立含气量预测模型，为今后本区煤层气勘探开发提供一定的技术经验和有效方法。

2 矿区概况

石嘴山矿区位于宁夏北部，石嘴山市惠农区境内，东依黄河，西靠贺兰山，南北长13km，东西宽4km，面积约41.16km2，属于华北陆块鄂尔多斯西缘坳陷成矿带，处于煤与瓦斯高突地带。主要地层有：第四系、古近系、孙家沟组、二叠系上、下石盒子组、二叠系山西组、石炭二叠系太原组。地质构造较为复杂，断层分布较为密集，多以逆断层为主。煤层赋存在山西-太原组地层，共含有9层煤，其中2号、3号、6号煤层为主采煤层，厚度分别到达了3.19m、7.02m和11.07m。本次主要研究对象主要为太原组6号煤层，该煤层镜质组最大反射率为1.04%，大部分以1/3焦煤为主，肥煤次之，属中等变质程度。煤岩类型以亮煤为主、暗煤次之，煤层割理较发育。煤层煤体结构较为破碎，多以碎块、粉状存在，宏观裂隙发育，各裂隙间连通性较好。该煤层顶、底板均为粉砂岩，孔隙度低、渗透率极低，表明顶底板渗透性差，含水性很弱，使其基本能够成为煤层气的良好盖层，为煤层气聚集成藏提供好的封隔条件。

3 数据收集

本次研究区内共有2个煤层气参数钻孔，收集太原组煤层测试含气量样品共12组，将各自然解吸测试含气量成果数据与测井多个参数数据(原始曲线读取)按埋藏深度相互对应进行比对分析，具体统计情况见表1。

表1 测井多参数与自然解吸测试含气量数据一览表

4 回归分析

利用线性回归分析法，将上述12组样品数据进行回归分析，并依次建立拟合曲线方程，具体拟合关系如图1～6。

图1 自然解吸含气量与自然伽马拟合关系图

图2 自然解吸含气量与埋藏深度拟合关系图

图3 自然解吸含气量与补偿声波拟合关系图

图4 自然解吸含气量与温度拟合关系图

图5 自然解吸含气量与补偿中子拟合关系图

图6 自然解吸含气量与密度拟合关系图

根据以上6条拟合曲线关系图结果发现，埋藏深度与温度之间分布规律基本一致，温度变化实为埋藏深度引起地温梯度变化而产生的，故本次只考虑埋藏深度作为参数选择之一。现将本次测井各参数与自然解吸含气量的相关系数 R2进行统计(由小到大排序)，具体顺序见表2。

表2 自然解吸含气量与测井各参数相关系数统计表

从表2中总结发现，本次研究区6号煤层自然解吸含气量依次与自然伽玛、补偿中子及密度之间的相关性比较好，而与温度、埋藏深度及补偿声波之间的相关性较差，为此不再考虑前三者。

利用IBM SPSS软件将已知自然伽玛、补偿中子、密度等参数数据与自然解吸测试含气量数据进行逐步线性回归分析，得出方程如下：

Q含气量=1.75-0.024×GR自然伽玛+

0.165×CNL补偿中子

经软件分析后得出相关系数R2=0.60,临界值F=6.746，查阅F检验临界值表(α=0.05)，自由度N-M-1=9(N为样本12个，M为GR、CNL 2个自变量数)，经查表检验后本次所得F=6.746>4.256(9,2)，故本次逐步线性回归方程有效，可作为6号煤层含气量计算模型。

利用模型，将12个样品的GR、CNL测井参数数据代入回归方程求取含气量Q，以便于和自然解吸测试含气量进行相互验证，具体统计如表3。

表3 自然解吸测试含气量与计算含气量对比表

由表3中结果看到，12组样品的计算含气量Q与自然解吸测试含气量绝对误差仅为0.82m3/t，相对误差仅为5%，说明模型建立正确，求取数据可靠。为此将计算含气量和自然解吸测试含气量数据进行交汇图制作，见图7。

图7 计算含气量Q和自然解吸测试含气量交汇图

从图7中可见，计算含气量和自然解吸测试含气量相关性较好，具有一定规律可寻，具体相关系数R2=0.599，说明本次研究工作取得成果较为可靠，建立模型可作为后期计算含气量的参考手段之一。

5 结语

(1)本次研究收集到的参数井数量较少，所建含气量计算模型仅适用于本地区，相比已成熟应用的KIM含气量测试方程还存在许多不足，为使模型更为可靠，还需进一步加大工作量进行研究分析。

(2)通过对两口参数井的测井参数与自然解吸测试含气量进行线性回归分析，发现测试含气量与自然伽玛、补偿中子及密度之间的相关性比较好，各参数之间存在着一定规律，通过建立模型计算出含气量，并与测试含气量进行交汇图分析，说明模型建立正确，成果相对可靠。

(3)根据测井资料各参数与自然解吸测试含气量之间相关性检验成果，后期对矿区内煤层气含量快速、有效、简单、可靠、低成本的进行预测，利用多参数回归分析方法将是优选方法之一。