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1、第25卷第2期物探与化探Vol.25,No.22001年4月GEOPHYSICAL&GEOCHEMICALEXPLORATIONApr.,2001煤层煤质和含气量的测井评价方法及其应用1122董红,侯俊胜,李能根,汪浩(1.中国地质大学物探系,北京100083;2.辽河油田测井公司,辽宁盘锦124011)摘要:根据辽河油田东部凹陷煤储层的地质特征以及实际煤岩芯分析资料和测井资料,利用回归分析方法得出了计算煤层各组分含量和煤阶的方法;通过分析煤层气特征,利用兰氏方程、吸附等温线和煤层气层中子背景值导出了煤层含气量的计算公式,并通过辽河油田东部凹陷实际煤储层测井资
2、料的处理解释验证了方法的有效性。关键词:煤层气;地球物理测井;工业分析;含气量;煤阶中图分类号:P631.8;TQ531文献标识码:A文章编号:1000O8918(2001)02O0138O06随着煤层气工业的发展,煤层气资源的勘探开发已经引起国内外的广泛重视,并且相继开展了这方面的研究工作。国内的地矿、煤炭和石油等部门在煤层气的勘探开发上已取得一定的成绩,在储层参数的计算方面也提出了一些有效的方法。但是,煤层与常规储层不同,它既有生气能力,又有储气能力。同时,煤层气的赋存状态、煤层含气量的计算方法也有别于常规天然气,煤层的含气量受煤质、煤阶、埋深等因素影响,
3、因此,煤层煤质及含气量等参数的计算有别于常规储层的参数计算。在辽河油田东部凹陷地区,柳孟文等(1999)利用体积模型法计算煤质,而在含气量的计算和煤阶的判别上还没有较有效的方法。笔者根据辽河油田东部凹陷煤储层的地质特征及实际煤岩芯分析资料,利用回归分析方法得出计算煤层各组分含量和煤阶,通过分析煤层气特征,利用兰氏方程、吸附等温线和煤层气层中子背景值导出了煤层含气量的计算公式,并通过辽河油田东部凹陷实际测井资料的处理解释验证了方法的有效性。1煤层气储层的基本特征1.1煤层的分布特征辽河油田东部凹陷是辽河盆地三大凹陷之一,也是辽河盆地勘探最早的地区,其中沙三上段是
4、该区的主要煤层分布区,该段煤层是凹陷经沙三早期深陷后回返上升的产物,其煤层埋藏比较深,大部分在2000～3000m,该区煤阶主要受埋深的控制、发育变质程度比较低,基本上形成以长焰煤为主体,气煤和褐煤为辅的低变质格局。1.2煤层气的赋存状态煤层气的赋存状态有3种基本形式:1.以游离态存在于煤的孔隙和裂缝内;2.以吸附态存在于煤孔隙和裂缝表面;3.以溶解态存在于煤层水中,但主要以吸附态存在为主,约占90%。1.3控制煤层含气量的主要因素1.煤变质程度(煤阶)是评价和预测煤层含气量的重要参数,随煤变质程度增加,煤的累计生气量增大,气源更加充足,同时,煤变质程度影响煤
5、吸附气的能力,在其它条件相同时,煤收稿日期:2000O11O30;修回日期:2000O12O112期董红等:煤层煤质和含气量的测井评价方法及其应用·139·层吸附能力随煤变质程度增高而增加,因此,一般认为,煤层含气量随煤变质程度增高而增加。2.煤的灰分是指煤中所有可燃物完全燃烧后残留的无机矿物质。实践证明,煤层气主要吸附在煤层中的有机质孔隙和割理中,而无机矿物质完全没有吸附煤层气的性能,因此,随煤层中灰分含量的增加,煤层吸附能力减小。3.在一定的深度范围内,当其它地质条件相同或相近时,煤层含气量随埋深和煤层厚度的增加呈增加趋势。2煤质的评价方法2.1煤组分计算
6、方法煤的组分是复杂的,工业上一般把煤分成水分、灰分、挥发分、固定碳4部分。目前利用测井资料计算煤组分主要有体积模型法和概率统计法。笔者除了采用体积模型方法外,还利用统计分析方法对已有的辽河油田东部凹陷煤岩芯的工业分析数据进行分析,发现挥发分、固定碳与灰分具有比较好的线性关系,又根据物质平衡方程,得如下公式Vf,c=-0.429862Va+44.0691,(1)Vm=-0.567813Va+50.7335,(2)Vf,c+Va+Vm+Vw=1,(3)式中,Vf,c,Va,Vm,Vw分别为固定碳、灰分、挥发分和水分的体积百分数。在研究煤岩测井信息与灰分的关系中,发
7、现灰分与密度有较好的相关关系,回归关系式为Va=86.4892ρg-106.175,(4)式中,ρg为密度。这样,利用上述公式即可计算煤组分。同时,将Vc=Vfc+Vm称为碳分。2.2煤阶的确定目前,评价煤层的煤阶最常用的参数是镜煤反射率Ro。按照煤炭系统制定的煤阶划分标准(张新民等,1991),各煤阶对应的镜煤反射率分别为:褐煤小于0.5%;长焰煤0.5%～0.65%;气煤0.65%～0.90%。前人研究表明,煤层的煤阶主要由埋深控制,这里利用辽河油田东部凹陷的实际分析资料,把从实验室获得的煤芯镜煤反射率与测井深度进行回归分析(图1)。从图1可以看出,Ro与
8、深度及深度的对数都呈比较好的线性相关关
