煤巖儲層煤階類型的測井識別方法研究

屈樂，李新，章海寧

（1.西安石油大學，陜西 西安 710065；2.中國石油集團測井有限公司，陜西 西安 710077）

煤階是煤最基本的性質。煤階類型是煤巖儲層不同成巖作用和煤化程度的綜合反映，它直接影響煤層的生氣和儲氣能力及裂隙發育［1-4］。煤巖的煤階類型越高，煤的生氣潛力越大；同時，煤的煤化程度越高，煤的吸附能力也越強。因此，煤階類型的準確識別是地球物理測井技術評價煤層氣儲層的關鍵。

對于煤階類型的識別，目前國內外最常用的方法是實驗測量法，通過測量煤巖中鏡質體反射率（R0）的含量，利用我國煤階類型劃分標準確定相應煤階類型［5-7］。由于實驗測量對煤巖巖心的依賴度較高，時效性較差，難以在大范圍內推廣應用。實際上煤階類型的不同，在測井曲線上會有典型的曲線特征。本文利用大量的測試化驗分析實驗與測井資料結果，系統總結了褐煤、長焰煤、氣煤、肥煤等8種煤階類型儲層的測井響應特征，建立了不同擴徑尺度上識別煤階類型的測井解釋圖版，實現了煤階類型的測井快速定量識別。

1 不同煤階類型的煤巖儲層測井響應特征分析

在煤炭行業中，鏡質體反射率 （RO）用來衡量煤巖變質程度的高低 （見表1），煤階劃分可以通過建立測井資料和鏡質體反射率RO之間的統計關系［8］。但是由于地區限制，煤階類型單一或是只有幾種，很難建立一種經驗公式推廣應用到其它地區，這時考慮從不同煤階類型的煤巖儲層測井響應特征中，歸納出不同煤階類型的煤巖儲層測井響應特征。

表1 不同煤階的鏡質體反射率

1）褐煤。如圖1所示，褐煤在變質程度上是最低，屬于低階煤，埋深較淺，受壓實作用最小，因此孔隙度最大，生氣能力最差。從圖1可知，褐煤的測井響應特征為低自然伽馬，其值在30～50API，中等的聲波時差，其值在300～400μs／m；中等的中子測井值，其值在40%～52%；低密度值，其值在1.5～1.8g／cm3；極低的電阻率其值小于40Ω·m。

圖1 褐煤的測井響應特征圖

2）長焰煤。長焰煤在變質程度上高褐煤一級，屬于低階煤，埋深淺。如圖2所示，長焰煤的測井響應特征為低自然伽馬，其值在20～40API，中等的聲波時差，其值在420～470μs／m；中等的中子測井值，其值在40%～60%；低密度值，其值在1.4～1.7g／cm3；低電阻率，其值在20～100Ω·m。

3）氣煤。氣煤在變質程度上高煤長焰一級，屬于低階煤。從圖3可知，氣煤的測井響應特征為低自然伽馬，其值在小于30API，中等的聲波時差，其值在420～450μs／m；中等的中子測井值，其值在40%～60%；低密度值，其值在1.4～1.7g／cm3；中～低電阻率，其值在100～300Ω·m。

圖2 長焰煤的測井響應特征圖

圖3 氣煤的測井響應特征圖

4）肥煤。肥煤在變質程度上高氣煤一級，屬于中階煤。從圖4可知，長焰煤的測井響應特征為中-低自然伽馬，其值在35～80API，中-高的聲波時差，其值在400～550μs／m；高中子測井值，其值在大于60%；低密度值，其值小于1.4g／cm3；中～低電阻率，其值在100～500Ω·m。

5）焦煤。焦煤在變質程度上高肥煤一級，屬于中階煤。從圖5可知，焦煤的測井響應特征為中-低自然伽馬，其值在20～90API，中-高的聲波時差，其值在390～470μs／m；高中子測井值，其值在大于58%；低密度值，其值在1.3～1.5g／cm3；中～高電阻率，其值在300～4000Ω·m。

圖4 肥煤的測井響應特征圖

圖5 焦煤的測井響應特征圖

6）瘦煤。瘦煤在變質程度上高焦煤一級，屬于中階煤。從圖6可知，瘦煤的測井響應特征為中-低自然伽馬，其值在20～100API，中-高的聲波時差，其值在425～470μs／m；高中子測井值，其值在50%～60%；低密度值，其值在1.3～1.5g／cm3；中-高電阻率，其值在100～2000Ω·m。

圖6 瘦煤的測井響應特征圖

7）貧煤。貧煤在變質程度上高瘦煤一級，屬于中階煤。從圖7可知，貧煤的測井響應特征為中-低自然伽馬，其值在20～80API，中等的聲波時差，其值在400～425μs／m；中等的中子測井值，其值在39%～52%；低密度值，其值在1.3～1.6g／cm3；高電阻率，其值在1000～10000Ω·m。

圖7 貧煤的測井響應特征圖

8）無煙煤。無煙煤在變質程度上高貧煤一級，屬于高階煤。從圖8可知，貧煤的測井響應特征為中-低自然伽馬，其值在20～80API，中等的聲波時差，其值在350～425μs／m；中等的中子測井值，其值在30%～45%；低密度值，其值在1.2～1.5g／cm3；高電阻率，其值在300～10000Ω·m。

圖8 無煙煤的測井響應特征圖

2 不同煤階類型的煤巖儲層測井識別方法研究

通過上述對于不同煤階類型的煤巖儲層測井響應特征的分析可知，電阻率的差異和中子值能很好的區分煤階類型，而聲波時差可以起來輔助作用。由于煤巖的力學性質很差，在煤層段大部分都有擴徑現象，在這種井眼垮塌情況下，井眼條件對測井曲線的影響就很大，因此有必要建立一套在不同擴徑尺度上利用測井資料劃分煤階類型的識別圖版。

隨著變質程度的增加，最直接的反映是電阻率的變化，變質程度越高，電阻率越大，因而褐煤最有最低的電阻率；而中子值是通過測量地層中的含氫指數來表征的，煤巖儲層中氫的來源主要是骨架和儲層中煤層氣，理論上焦煤具有最高的吸附量，因此，焦煤的中子值很高。

圖9是擴徑從小于1.5in，1.5～2.5in、2.5～3.5in和大于4.5in這四種情況下的利用測井資料劃分煤階類型的識別圖版，當井眼條件很好的情況下（擴徑小于1.5in），長焰煤具有很低的電阻率，在20～100Ω·m，中子值在40%～60%；氣煤的電阻率在100～300Ω·m，中子值在40%～60%；焦煤的電阻率在1000～3000Ω·m，中子值在大于60%；貧煤的電阻率在1000～10000Ω·m，中子值在35%～45%；無煙煤的電阻率在1000～10000Ω·m，中子值在35%～55%。

如圖10，當井眼條件中等的情況下 （擴徑在1.5～2.5in），長焰煤具有很低的電阻率，在20～100Ω·m，中子值在45%～60%；氣煤的電阻率在100～300Ω·m，中子值在40%～60%；焦煤的電阻率在1000～4000Ω·m，中子值在大于60%；瘦煤的電阻率在200～3000Ω·m，中子值在50%～60%；無煙煤的電阻率在800～10000Ω·m，中子值在40%～55%。由統計幾種煤階類型的中子值來看，部分下限值受井眼的影響在增大。

如圖11，當井眼條件差的情況下 （擴徑在2.5～3.5in），褐煤具有最低的電阻率，電阻率小于40Ω·m，中子值在40%～50%；長焰煤的電阻率在30～100Ω·m，中子值在45%～65%；瘦煤的電阻率大于1000Ω·m，中子值在45%～55%；無煙煤的電阻率在600～10000Ω·m，中子值在35%～50%。由統計幾種煤階類型的中子值來看，部分下限值和上限值受井眼的影響在增大。

圖10 中子-深電阻率煤階類型劃分圖版 （擴徑在1.5～2.5in）

圖11 中子-深電阻率煤階類型劃分圖版 （擴徑在2.5～3.5in）

如圖12，當井眼條件很差的情況下 （擴徑大于4.5in），長焰煤的電阻率在60～100Ω·m，中子值在45%～55%；肥煤的電阻率200～500Ω·m，中子值在＞60%；焦煤的電阻率在1000～4000Ω·m，中子值在大于60%；瘦煤的電阻率700～2000Ω·m，中子值在50%～60%；無煙煤的電阻率在200～4000Ω·m，中子值在35%～55%。由統計幾種煤階類型的中子值來看，部分下限值和上限值受井眼的影響在增大，而電阻率受井眼的影響在減小。

圖12 中子-深電阻率煤階類型劃分圖版 （擴徑大于4.5in）

4 結論

1）利用大量的測試化驗分析實驗與測井資料結果，系統總結了褐煤、長焰煤、氣煤、肥煤等8種煤階類型儲層的測井響應特征，構建了不同煤階類型儲層測井響應圖版。

2）由于煤巖的力學性質較差，不同井眼條件的煤階類型識別圖版可以有效的識別各種煤階，降低了井眼條件對測井系列的影響。