基于測井曲線的阜康西部礦區(qū)煤體結(jié)構(gòu)的分布規(guī)律

石永霞 陳 星

(新疆科林思德新能源有限責任公司，新疆 830046)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

礦區(qū)位于阜康市南部山區(qū)，構(gòu)造上在北天山褶皺帶博格達復背斜以北，準噶爾盆地南緣烏魯木齊山前拗陷中東段，受南部博格達復背斜的推覆，在區(qū)域范圍內(nèi)褶皺及斷裂構(gòu)造發(fā)育。目前，研究區(qū)范圍主要位于阜康向斜，向斜西部寬緩而東部緊閉，軸面南傾，軸脊由西往東逐漸仰起，兩翼不對稱，南翼地層陡起端，褶皺多呈緊閉型，兩翼派生出一系列高角度仰沖逆斷層及小型的平移斷層(圖1)。

圖1 阜康西部礦區(qū)構(gòu)造位置圖

區(qū)域含煤地層主要為侏羅系西山窯組(J2x)和八道灣組(J1b)，礦區(qū)西山窯組煤層受構(gòu)造抬升作用，大部分均已被剝蝕。八道灣組2號煤層全區(qū)可采，厚度5.33～23.61m，平均18.03m；3-4號煤層全區(qū)大部分可采，厚度1.1～11.5m，平均6.8m；5號煤層局部可采，厚度3.89～21.37m，平均15.75m。其中2號煤層是礦區(qū)的標志煤層，也是煤層氣開采主力煤層，埋深694.63～1535.70m，平均1029.82m。主力煤層平均最大鏡質(zhì)體反射率為0.59%～0.75%，煤質(zhì)以長焰煤和氣煤為主。

2 測井響應特征

2.1 不同煤體結(jié)構(gòu)測井響應特征

煤體結(jié)構(gòu)的差異是由于受到構(gòu)造應力的破壞作用，不同的煤體結(jié)構(gòu)因孔隙發(fā)育程度不同，因而其結(jié)構(gòu)和物性存在差異。測井曲線解釋煤體結(jié)構(gòu)即從儲層物性參數(shù)出發(fā)，根據(jù)不同煤體結(jié)構(gòu)測井曲線特征包括電阻率、自然伽馬、聲波時差、井徑等特征的不同識別煤體結(jié)構(gòu)。

(1)電阻率測井特征。不同煤體結(jié)構(gòu)煤體破碎程度不同，其物理化學性質(zhì)也不相同。隨著煤儲層破碎程度的增加，大量小分子與煤層孔隙中水分子作用，增加煤儲層導電性使電阻率減小，減小幅度越大反應煤體結(jié)構(gòu)越破碎。

(2)自然伽馬測井特征。自然伽馬測井通過探測儲層單位體積放射性物質(zhì)的含量劃分儲層及識別煤體結(jié)構(gòu)。孔隙和裂隙越發(fā)育，單位體積放射性物質(zhì)含量越低，即自然伽馬值隨煤儲層破碎程度的增加而減小。

(3)聲波時差測井特征。聲波時差測井原理是根據(jù)不同結(jié)構(gòu)和構(gòu)造儲層中聲波傳播速度的不同來識別不同巖性，劃分儲層。對于不同煤體結(jié)構(gòu)，由原生結(jié)構(gòu)到糜棱結(jié)構(gòu)的過程中，隨著小分子含量不斷增加及孔隙的變化，聲波傳播速度逐漸變小，即構(gòu)造煤聲波時差隨著煤體破碎程度增加而增大。

(4)井徑測井特征。鉆井過程中井壁經(jīng)常會發(fā)生垮塌現(xiàn)象，造成不同程度的擴徑，擴徑越大井徑測井值越大。煤體破壞程度越高表明煤體結(jié)構(gòu)越破碎，鉆井過程中更易出現(xiàn)井壁垮塌現(xiàn)象。一般地，隨煤體結(jié)構(gòu)破碎程度的增加井徑測井值增加。

2.2 礦區(qū)2號煤層煤體結(jié)構(gòu)劃分

礦區(qū)2號煤層全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育且厚度大、埋深適中(表1)，是區(qū)內(nèi)煤層氣開采的主力煤層，通過阜康向斜兩翼及向斜軸部7口參數(shù)井2號煤層的鉆井取芯樣品和測井曲線資料綜合對比分析，將2號煤層煤體結(jié)構(gòu)劃分為塊煤、粒煤和粉煤三類，并分別編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。

表1 礦區(qū)各井場八道灣組2號煤層厚度及發(fā)育特征統(tǒng)計表

Ⅰ類煤(塊煤)電阻率曲線特征呈箱型，最大值達3400Ω·m，曲線相對平滑，鋸齒或尖峰較少；井徑曲線顯示擴徑不明顯，井徑值平均約為20.8cm；除夾矸外，自然伽馬顯示低值，平均3.8API；聲波時差曲線平滑，平均值380.8us/m(圖2a)。Ⅱ類煤(粒煤)，包括含Ⅱ類煤的Ⅰ類煤，其電阻率曲線近箱型，呈小的鋸齒狀或波浪狀，電阻率值平均580Ω·m；井徑曲線顯示有擴徑現(xiàn)象，存在局部井壁垮塌；與Ⅰ類煤相比，自然伽馬值明顯變大，平均約6.9API；聲波時差曲線顯示值變大，平均447.4us/m(圖2b)。Ⅲ類煤電阻率曲線形狀與Ⅰ類煤相似，為曲線平滑的箱型，但電阻率值明顯變低，平均為360Ω·m；井眼擴徑明顯，井壁垮塌嚴重；自然伽馬測井值較高，平均可達18API；聲波時差值平均489.5us/m(圖2c)。

采用同樣的方法對礦區(qū)內(nèi)2號主力煤層各煤層氣參數(shù)井測井曲線響應進行統(tǒng)計分析(表2)。

圖2 不同煤體結(jié)構(gòu)測井曲線組合特征

井場井號井段/m聲波時差/(us/m)擴徑率/%煤體結(jié)構(gòu)識別劃分3#KL-5929-931.5451.256.95Ⅱ類煤為主2#KL-6933.8-937.3436.206.39Ⅱ類煤為主3#KL-9958.8-991.4394.225.09Ⅱ類煤為主(含Ⅰ類煤)1#KL-1750-769.8380.601.31Ⅰ類煤為主4#KL-13875.3-896.1435.493.32Ⅱ類煤為主4#KL-151332.4-1351.6461.7819.59Ⅲ類煤為主(含Ⅱ類煤)4#KL-161356.6-1383.8496.647.99Ⅲ類煤為主

圖3 礦區(qū)2號煤層煤體結(jié)構(gòu)平面展布規(guī)律

2.3 礦區(qū)2號煤層煤體結(jié)構(gòu)展布規(guī)律

礦區(qū)2號煤層在阜康向斜全區(qū)發(fā)育，煤層傾角較大，在45°～65°之間，向斜南翼傾角大于北翼。煤層往礦區(qū)西北方向逐漸變薄，往西南方向埋深逐步增大，礦區(qū)北部和東南部煤層存在火燒現(xiàn)象。2號煤層整體結(jié)構(gòu)比較簡單，含夾矸0～3層。整個礦區(qū)位于阜康向斜轉(zhuǎn)折端，根據(jù)2號煤層單井煤體結(jié)構(gòu)識別結(jié)果，分析了2號煤層煤體結(jié)構(gòu)在礦區(qū)內(nèi)的平面展布規(guī)律(圖3)，阜康向斜軸部偏西方向煤體結(jié)構(gòu)以Ⅰ類煤為主，在原生結(jié)構(gòu)和碎裂結(jié)構(gòu)之間，有利于煤層氣的生成和富集；往向斜南北兩翼方向，煤體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)由Ⅰ類煤向Ⅱ、Ⅲ類煤轉(zhuǎn)變的過程，主要受煤層傾角、應力、埋深增大的影響；向斜南翼比北翼傾角大、埋深大，其煤體結(jié)構(gòu)破碎程度強于北翼。

3 結(jié)論

(1)利用測井曲線特征并結(jié)合煤巖鉆井取芯資料識別了阜康西部礦區(qū)2號煤層煤體結(jié)構(gòu)，并將其劃分為塊煤(Ⅰ)、粒煤(Ⅱ)、粉煤(Ⅲ)三類：Ⅰ類煤至Ⅲ類煤隨著煤體破碎程度的增加，電阻率值由高變低，聲波時差值由低變高，由于井壁垮塌井徑值變大。

(2)分析了2號煤層煤體結(jié)構(gòu)平面展布規(guī)律，受構(gòu)造擠壓作用，由向斜轉(zhuǎn)折端往南北兩翼煤巖破碎程度逐漸增加；由于南翼地層陡于北翼，南翼煤巖破碎程度強于北翼。

(3)根據(jù)煤體結(jié)構(gòu)平面展布規(guī)律分析阜康西部礦區(qū)下一步勘探開發(fā)潛力，對井位部署工作具有一定指導意義。