韓城礦區5#煤層含氣性影響因素研究

任攀虹，王鳳琴，王 娟,杜厚余，李勇軍，白生寶 (西安石油大學地球科學與工程學院，陜西 西安 710065)

韓城礦區5#煤層含氣性影響因素研究

任攀虹，王鳳琴，王 娟,杜厚余，李勇軍，白生寶 (西安石油大學地球科學與工程學院，陜西 西安 710065)

煤層的含氣性是評價煤層氣勘探開發前景的決定性因素之一。結合該區塊地質資料、測井資料、錄井資料、巖心分析資料等研究了韓城礦區5#煤層的含氣性影響因素。首先建立自然伽馬測井、電阻率測井和密度測井與含氣性影響因素(灰分含量、鏡質體反射率、煤層厚度)之間的關系模型，據此分析含氣性影響因素與含氣性的關系。研究表明，灰分含量與自然伽馬和密度測井值均呈正相關；灰分含量越高，煤層含氣性越差。鏡質體反射率與自然伽馬呈負相關，而與電阻率呈正相關；鏡質體反射率越高，煤層含氣性越好。煤層厚度與自然伽馬呈負相關，與電阻率呈正相關；煤層厚度越大，含氣性越好。

煤層氣；非常規油氣；含氣性影響因素；測井方法

研究區位于陜西省韓城市境內。該區煤層氣的勘探開發工作自2005年起，主要開采1500m以淺的煤層氣。隨著研究區煤層氣開發實踐的不斷深入，對煤層氣的勘探開發研究提出更高的要求，而煤層含氣性對煤層氣的產能及其開發潛力起著極為重要的作用，為此，筆者對韓城礦區5#煤儲層含氣性影響因素進行了研究，以便為該區煤層氣的勘探開發提供參考。

1 煤層基本特征

韓城礦區5#煤層位于古生界石炭系上統太原組頂部[1]，煤層厚度的變化范圍為2.50～17.61m，平均厚度6.94m。鏡質體反射率最小值為1.83%，最大值為1.96%，平均值為1.90%。有機碳含量平均值為83.29%。灰分含量在8.08%～20.91%之間，平均含量為10.41%。頂板主要為泥巖，次為炭質泥巖。底板普遍為泥巖，與頂板巖性分布較相似。孔隙度為4.31%～6.86%，平均為5.64%。滲透率為(0.117～0.587)×10-3μm2，平均為0.285×10-3μm2。煤層含氣量值介于11.30～18.29m3/t之間，平均含氣量為12.85m3/t。另外，該煤層的主要電性特征表現為自然伽馬低值，深、淺側向電阻率高值，密度低值。

2 含氣性影響因素

2.1灰分

圖1 韓城礦區5#煤層灰分與密度測井值相關性圖 圖2 韓城礦區5#煤層灰分與自然伽馬值相關性圖

利用韓城礦區探井實測灰分含量分別與密度和自然伽馬測井數據進行線性回歸分析[2-4]，可以得到韓城礦區5#煤層灰分含量與密度測井值、自然伽馬值的關系模型(見圖1和圖2)。

由圖1和圖2可以看出，灰分含量與密度測井值呈正相關關系(由于礦物雜質的密度一般都高于有機質的密度，所以煤層密度隨灰分含量的增加而增大)，與自然伽馬測井值也呈正相關關系，且相關性甚好(隨著灰分含量的增加，礦物雜質微粒表面吸附的放射性元素含量也會隨之增加)。

進一步利用SPSS軟件來建立灰分含量與密度測井值、自然伽馬測井值相關的多元回歸方程式。

(1)韓城礦區5#煤層灰分含量：

Aad=0.138×GR+30.267×DEN-36.82

(1)

式中，Aad為灰分含量，%；GR為自然伽馬，API；DEN為密度測井值，g/cm3。

(2)韓城礦區5#煤層揮發份含量：

Vad=0.038×Aad+11.93

(2)

式中，Vad為煤層揮發份含量，%。

煤層含氣量與揮發份含量存在如下關系[2]：

(3)

式中，V為煤層含氣量，m3/t。

綜上所述，在不考慮其他影響因素的情況下，若煤層自然伽馬和密度測井值越高，則灰分含量越高，而煤層含氣性越差。

2.2鏡質體反射率

鏡質體反射率是劃分煤階的重要指標參數，而煤巖演化程度高低影響著煤儲層孔隙性、滲透性及含氣性[5]。對鏡質體反射率(Ro)與自然伽馬值、電阻率值進行線性回歸分析，發現韓城礦區5#煤層Ro值與自然伽馬值呈負相關性，而與電阻率值呈正相關性(見圖3和圖4)。

為了進一步了解Ro對煤層含氣量的影響，首先分析Ro與干燥無灰基揮發份含量(Vdaf)的關系，發現兩者呈負相關性(見圖5)，且：

Ro=-0.511×Vadf+2.7299

(4)

圖3 韓城礦區5#煤層自然伽馬值與Ro相關性圖 圖4 韓城礦區5#煤層電阻率值與Ro相關性圖 圖5 韓城礦區5#煤層Ro與無灰基揮發份含量相關性圖

而干燥無灰基揮發分含量與煤層揮發份和水分含量存在如下關系[6]：

(5)

式中，Mad為煤層水分含量，%。

通過擬合已有的水分含量與灰分含量，得到5#煤層水分含量與灰分含量關系式：

Mad=0.0056×Aad+0.4

(6)

綜上所述，灰分含量或者揮發份的含量越高，鏡質體反射率就越小，煤層含氣量就越低；反之，煤層含氣量就越高。

2.3厚度

韓城礦區5#煤層較發育，煤層厚度變化范圍為2.50～17.61m，平均厚度6.94m。根據已有的測井資料，建立煤層厚度與自然伽馬、電阻率測井值的關系模型，發現煤層厚度與自然伽馬測井值呈負相關性(見圖6)，而與電阻率測井值呈正相關性(見圖7)。

圖7 韓城礦區5#煤層自然伽馬值與煤厚相關性圖 圖8 韓城礦區5#煤層電阻率值與煤厚相關性圖

而煤層厚度與含氣量存在如下關系[7]：

V=1.7037×H+18.5546

(7)

式中，H為煤層厚度，m。

由此可知，煤層厚度越大，煤層含氣性越好；反之，煤層含氣性越差。

3 結論與建議

(1)灰分含量與自然伽馬和密度測井值均呈正相關。灰分含量越高，煤層含氣性越差；反之，煤層含氣性越好。

(2)鏡質體反射率與自然伽馬呈負相關，與電阻率呈正相關。鏡質體反射率越高，煤層含氣性越好；反之，煤層含氣性越差。

(3)煤層厚度與自然伽馬呈負相關，與電阻率呈正相關。煤層厚度越大，含氣性越好；反之，含氣性越差。

(4)影響煤層氣含氣量的因素是多方面的，不同地區以及同一地區不同地質背景的影響因素各不相同，要綜合考慮各方面因素后再進行具體分析。

[1]王雙明.韓城礦區煤層氣地質條件及賦存規律[M].北京：地質出版社，2008.

[2]石華星，宋明水，徐春華，等.煤型氣地質綜合研究思路與方法[M].北京:地質出版社，2004.

[3]宋 巖.中國煤層氣成藏地質[M].北京:科學出版社，2010.

[4]周正立，梁頤，周宇，等.水泥化驗與質量控制實用操作技術手冊[M].北京：建材工業出版社，2006.

[5]楊東根，范宜仁，鄧少貴，等.利用測井資料評價煤層煤質及含氣量的方法研究[J].勘探地球物理進展，2010，33(4)：262-265.

[6]李增學.煤成(型)氣地質學[M].北京:地質出版社，2007.

[7]陳敬軼，田俊偉，張玉貴，等. 晉城成莊煤礦3煤層含氣量控制因素分析[J].中國煤層氣，2007，4(1)：23-26.

2013-06-18

任攀虹(1988-)，女，碩士生，現主要從事非常規油氣地質方面的研究工作。

TE132.2

A

1673-1409(2013)26-0014-03

[編輯] 李啟棟