華北地區煤層氣基礎研究和儲層分析

李全厚，李航弛，王久旭

（1. 東北石油大學，黑龍江 大慶 163000； 2. 大慶油田第二采油廠，黑龍江 大慶 163000）

華北地區煤層氣基礎研究和儲層分析

李全厚1，李航弛1，王久旭2

（1. 東北石油大學，黑龍江 大慶 163000； 2. 大慶油田第二采油廠，黑龍江 大慶 163000）

中國煤層氣資源豐富，因此煤層氣的勘探與開發具有很強的經濟意義、環境意義以及社會效益。煤層氣研究方法與準確評估是煤層氣高效開發的關鍵。以華北地區煤層氣資料為例，煤層氣的選區、選井及選層主要依靠地震勘探技術結合基礎地質技術，然后在選區內的井進行數據測量以及按設定所需要的數據進行煤層劃分以及煤層識別，測井方法主要有自然伽馬測井GR、深淺側向測井LLD|LLS、中子測井CNL、密度測井DEN、聲波時差測井AC及沖洗帶電阻率測井RXO。

煤層氣 ； 華北地區； 測井方法

煤層氣概念：煤層氣是指以CH4（甲烷)為主要成分于煤層中儲存的烴類氣體，且大部分吸附在煤顆粒表面、少部分存在于煤孔隙中或溶于煤層水當中，屬于煤的伴生資源，常稱為非常規天然氣，是最近幾十年除太陽能、風能等在國際上崛起的潔凈、優質能源和化工原料。其英文名稱為 Coalbed methane (CBM)俗稱“瓦斯”[1]。一般有兩種方式可以對煤層氣進行開采：一種是地面鉆井開采；另一種是由井下氣體抽放系統抽出。對于煤層氣開采兩者都是可以在實際工作中運用的，其優點是可以大大減少風排瓦斯的數量，降低煤礦對通風的要求，改善礦工的安全生產條件，但是井下抽放瓦斯成本較高，因此國外經常使用地面鉆井開采方法[2]。

1 煤層氣成藏條件及富集規律

在當前世界油氣資源緊張甚至引起油價不斷走高的環境背景下，非常規油氣尤其是煤層氣已經成為的一種替代資源，其開采力度和開采技術呈爆發式增長。

煤層氣富集規律受多種因素影響。不同的沉積環境在一定程度上決定了煤巖煤質的不同特性。煤層氣富集高產與煤層所處的構造部位及圍巖有很大關系。根據現今地應力場分析，煤層埋藏越深，地應力越大，反之變小[4]。

2 研究方法

2.1 參數選擇

一般將煤層氣富集的主控制因素分為：煤的生氣能力、儲集能力、封蓋能力、運移能力等 4 大類，也有研究者將影響煤層氣富集的因素分為含氣性因素、煤層因素、蓋層因素和地質背景因素等 4 類[5]。影響煤層氣富集成藏的主控地質因素包括:構造條件、煤層埋深、煤階、煤層厚度、含氣量、滲透率、煤層氣壓力、解吸壓力和水文條件。然后進行數據測量以及按設定所需要的數據進行煤層劃分以及煤層識別，測井方法可選自然伽馬測井GR、深淺側向測井LLD|LLS、中子測井CNL、密度測井DEN、聲波時差測井AC及沖洗帶電阻率測井RXO。運用測井資料定量計算煤層氣含量的方法主要兩種：一是密度測井計算方法，二是蘭格謬爾公式計算法。常規情況下選擇密度測井法計算煤層氣含氣量，有時還可利用煤層孔隙度和含氣飽和度與密度測井曲線結合, 計算煤層含氣量。計算公式：

式中：Q—煤層含氣量單位,m3/t;

φ—煤層孔隙度單位,%;

Sg—煤層含氣飽和度單位,%;

g—煤層密度單位,t/m3。

求出含氣量后應與煤芯解吸含氣量對比, 進一步分析其準確度。

從行政權的歷史發展來看，通過政府等公共組織載體行使的行政權力都是基于公共需要和公共利益而產生，目的是避免私利對公共利益的侵蝕。現代公共行政理論更加強化政府管理的公共屬性，將政府視為公共利益的代言人，并將政府行為的價值取向等同于社會公共利益的現實需求。網約車涉及的公共利益并不是網約車車主或網約車公司經營者的利益，也不是傳統出租車經營者的利益，而是整個民眾出行團體的整體利益，網約車的管理效果決定了政府在互聯網+和互聯網-之間如何選擇的問題。

（1）求孔隙度。可以通過多種方法求孔隙度如：

A中子測井:

B 密度測井

C 聲波測井

運用多種方法求得的孔隙度，進行相互比較，選取相對準確的作為最終的孔隙度，以便進行下一步計算。

（2）求含氣飽和度。上覆壓力對孔隙度的影響不大，大約為1%～3%。滲透率與粒級存在正相關性，即粒級越小，滲透率越低。含氣飽和度與粒級、滲透率之間存在負相關性，即粒級越小、滲透率越低，含氣飽和度越高。圖1為巖樣微孔隙空間束縛水所占比例與滲透率的關系。從圖2可見，致密氣藏儲層束縛水飽和度隨滲透率增加呈明顯遞減趨勢，兩者呈較好的對數關系。當滲透率小于0.03×10－3μ m2時束縛水飽和度隨滲透率的增加急劇減小，但當滲透率大于0.03×10－3μm2時束縛水飽和度隨滲透率的增加變化不明顯。

圖1 微孔隙束縛水比例與滲透率的關系Fig.1 Relationship between micropore bound water proportion and permeability

圖2 束縛水飽和度與滲透率的關系Fig.2 Relationship between irreducible water saturation and permeability

（3）根據已知量孔隙度φ和含氣飽和度Sg以及煤層密度g通過計算公式（1）可得出煤層氣含量。

2.2 處理分析

參考井徑測井CAL若CAL減小測定層位為儲集層若CAL變大或不變則可能為泥質層、自然電位測井 SP高自然電位則可能為儲集層而低自然電位為泥巖基線。最后根據測井信息作出相應的數據圖像，其中數據曲線顯示為數值較低的：自然伽馬、密度；數值較高的：電阻率（低阻無煙煤除外）、中子孔隙度、聲波時差的地層層位正是煤層氣富集高產的有利地區。

進行煤層確定后，一般采用密度測井計算法，定量計算出煤層氣含量Q。

華北地區的地質特征，即低的煤層氣賦存呈現“三低一高 ”低飽和度、低滲透性、低儲層壓力和高變質程度。其中具有低孔低滲特征的煤層的孔隙度和滲透率是煤儲層的重要參數之一，決定了煤層的產氣能力。因此要重視煤層氣資源、煤儲層滲透率、儲層壓力及臨界解吸壓力等關鍵參數條件，它可以為煤層氣生產潛能評價和煤層可開發性提供可靠的依據[6]。煤儲層的裂縫孔隙度可由雙側向測井資料計算得到。煤儲層的滲透率可通過 ML、SP、FMS 及AC 測井計算獲得[7]。

3 研究成果

通過在現場收集的原始資料，首先根據地質資料對煤層氣藏進行定性分析，然后針對煤層氣分布不均勻、選區水文地質情況復雜的特點，以考慮煤層的地層結構和儲層物性為前提，對測井數據資料進行優選，采用標準法對數據進行歸一化處理方法。以測井數據為基礎，應用多種計算機手段和對應的測井軟件，明確煤層的空間展布情況，最后對煤層氣層位進行判斷。以下為華北地區X選區3口井在進行數據整合搭配后的煤層氣識別處理解釋綜合成果輸出如圖3、4、5。

圖3 華北煤層氣井1氣層識別處理解釋綜合成果圖Fig.3 Comprehensive processing and interpretation of gas reservoir identification results of coalbed methane well 1 in North China

圖4 華北煤層氣井2氣層識別處理解釋綜合成果圖Fig.4 Comprehensive processing and interpretation of gas reservoir identification results of coalbed methane well 2 in North China

4 結 論

本文是在充分查閱相關資料，了解地層影響煤層氣富集成藏的主控地質因素：構造條件、煤層埋深、煤階、煤層厚度、含氣量、滲透率、煤層氣壓力、解吸壓力和水文條件、研究現狀和發展前景的基礎上，結合實際的測井資料以井徑測井CAL和自然電位測井SP為參考，以自然伽馬測井GR、深淺側向測井LLD|LLS、中子測井CNL、密度測井DEN、聲波時差測井AC及沖洗帶電阻率測井RXO數據曲線為主要依據。總結起來其過程主要如下：

（1）首先利用煤層其儲層特征顯著。煤層氣的探究與測量主要是在砂泥巖剖面上能夠識別出煤層，即煤層氣的儲層，而后再實行儲層的參數運算和儲量評估。其中測井數據經常會使用經過選擇的煤心與試井數據標定，從而使儲層評價參數及單井評價變得可靠。其相應的測井方法主要包括自然伽馬測井GR、深淺側向測井LLD|LLS、中子測井CNL、密度測井DEN、聲波時差測井AC。

（2）以華北煤層氣X選區為例，在考慮煤儲層中的煤層氣藏封閉保存和煤層氣藏由于諸多因素而具有的不均一性為前提，分析數據得出圖像，可以判斷井1中在地層900～1 000 m中有三處煤層或氣層，其余多為水層和蓋質層，其中可能存在低阻無煙煤層在電阻率上可能顯示為水層。井2中在地層910 m處為氣層、955 m處為氣層，其余多為水層和蓋質層其中可能存在低阻無煙煤層在電阻率上可能顯示為水層。井3中在地層730米處存在小段氣層、750 m處為氣層、810 m處存在小段氣層、840 m處為分段氣層，其余多為水層和蓋質層其中可能存在低阻無煙煤層在電阻率上可能顯示為水層。

［1］葉建平, 秦勇, 林大揚.中國煤層氣資源[M].江蘇徐州:中國礦業大學出版社, 1999: 1- 229.

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

［3］宋巖, 張新民,等.煤層氣成藏機制及經濟開采理論基礎[M].北京: 科學出版社, 2005.

［4］趙慶波.煤層氣地質與勘探技術[M].北京: 石油工業出版社, 1999: 13- 44.

［5］張勝利，陳曉東.控制煤層氣含量及可采性的主要地質因素[J].天然氣工業，1997; 17(4): 15-19.

［6］秦勇.中國煤層氣地質研究進展與述評[J].高校地質學報,2003; 9(3): 339- 358.

［7］楊起, 湯達禎.華北煤變質作用對煤層含氣量和滲透率的影響[J].地球科學中國地質大學學報，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，黑龍江綏化人，東北石油大學教授，研究方向：從事測井解釋等工作。E-mail：75483313@qq.com。