碳酸盐岩储层裂缝测井识别与评价技术

第一篇：碳酸盐岩储层裂缝测井识别与评价技术

碳酸盐岩储层裂缝测井识别与评价技术

研究内容：

1、储层测井响应特征与四性关系研究

展开储层常规测井及特殊测井响应特征及关系研究，结合岩心、物性、测录井、测试及生产等资料，明确四性关系；

2、储层及储层类型测井识别方法及实用解释标准研究

建立储层划分及储层类型判别标准，提供一套实用的解释标准；

3、裂缝识别方法研究

4、流体判别技术研究

（1）常规测井识别法

（2）核磁、MDT等新方法识别

（3）结合录井、测井、地质、岩心等资料，确定各方法对流体性质响应灵敏的识别

指标体系

（4）结合分层测试结果，建立油、气、水、干层识别图版

5、储层有效性评价研究

（1）根据试油、生产数据，评价储层的有效性，确定有效储层特征

（2）评价T油田流体分布规律及控制因素

6、储层参数计算方法研究

分析研究岩心实验结果，建立孔、渗、饱解释模型，并提供油田的储层参数

7、储层快速评价方法及软件编制

提供一套适合本区的实用测井解释评价方法与处理软件

8、T油田碳酸盐岩储层测井资料处理与跟踪评价

实际处理资料150口，符合率达85%

9、储层分类及分类标准的建立

结合生产动态资料，建立储层分类标准

第二篇：煤层气储层测井评价_潘和平

煤层气储层测井评价

摘 要 煤层储集具有双重孔隙介质特征,由煤的基质微孔和割理(裂缝)系统组成,因而传统的评价常规天然气储层的方法不能适合于评价煤层气储层,如何研究煤层气测井评价技术有十分重要的意义。文章在大量文献调研的基础上,基于国内外煤层气测井技术的发展现状,综合评述了测井评价煤层气储层领域的新进展,包括测井系列选择、煤层划分和岩性,煤质参数计算、孔隙度、渗透率、饱和度、含气量等煤层气储层参数计算,煤层力学参数和地应力分析、煤层对比、沉积环境分析等等,重点论述了煤质参数、煤层孔隙度、含气量的计算方法理论,并分析了煤层气储层测井评价当前面临的技术问题、难题及今后努力的方向。

主题词 煤成气 煤分析 测井 参数 孔隙度 评价

煤层不仅是储存甲烷的储层,而且是生成甲烷的源岩。煤层的储集具有双重孔隙介质特征,即由煤的基质微孔和割理(裂缝)系统组成。煤层甲烷呈三种状态存在于煤中,即以分子状态吸附在基质微孔的内表面上;以游离气体状态存在于裂缝以及溶于煤层的地层水中。由于煤层储集特征和甲烷的存储状态,因而传统的评价常规天然气储层的方法不能适合于评价煤〔〕层气储层3。

煤层气测井技术被认为是最具前途的一种手段,一旦用煤心数据标定了测井记录数据,就可以使用测井数据估计煤层气储层的特性。测井解释快速直观、分辨率高、费用低廉等特点,可弥补取心、试井及煤心分析这些方面的不足,使测井技术不仅在勘探开发现场大有用武之地,因此,测井技术是煤层气勘探开发中的重要手段,煤层气测井评价技术的研究具有十分重

〔〕要的意义和非常广阔的应用前景4。

一、煤层气储层测井评价系列选择

煤层气储层(煤层)与围岩在岩性物性上的差别,是煤层气测井响应的物理基础,是选择测井系列的前提。合理选择测井系列对评价煤层气及其储层至关重要。目前评价煤层气的常规测井方法包括自然电位、双侧向(或感应)、微电极、补偿密度、自然伽马、声波时差、声波全波

〔〕列、中子孔隙度以及井径测井等。其应用方法如表14,5。

二、煤层的划分、岩性识别

煤层气井的测井资料解释,首先是识别煤层气层,然后才是煤层气层上储层参数的计算,因此,同样在煤田测井资料的解释中,需标定煤层(气层),划分岩性。煤层相对于围岩,物理性质差异明显,它具有密度低(密度孔隙度高)、声波时差大(声波孔隙度高)、含氢量高(中子孔隙度高)、自然伽马低、自然电位有异常(由氧化还原作用产生的自然电位)、电阻率高(注:烟煤、〔〕褐煤电阻率高;无烟煤的电阻率低)等特点6,7。

通常可以采用人工解释的方法划分煤层、岩性识别、或采用模式识别方法自动划分煤层、识别岩性。利用以上所述特点,以及相应的测井曲线组合用于划分煤层以及确定煤层厚度、〔〕位置,岩性识别等,一般都能得到较为满意的结果8,9。

三、煤质参数计算

〔〕〔〕煤层煤质参数通常可由煤样实验室分析、测井体积模型法10以及概率模型法11,12来确定。测井体积模型法利用孔隙度测井(如密度、声波等)建立响应方程组,采用最优化等方法〔〕来求解方程组13,14,所求煤质参数可为煤层开采提供依据。但是,测井体积模型法所确定的〔〕煤质参数不能直接与煤样实验室分析得出的工业分析指标相对照11。而煤样实验室分析要

〔〕花费大量的人力、资金和时间10。如果以测井体积模型法为基础,结合概率模型法,配合一定量的煤样实验室分析资料来建立确定煤质参数的解释模型,则这3种确定煤质参数的方法之间可以优势互补。

煤的组成成分比较复杂,但若忽略煤中相对体积含量小于1 %的成分,则可以近似地把煤看成由纯煤(主要包含有固定碳和挥发分)、湿灰分(主要包含不可燃烧的固体矿物和这些矿物在燃烧过程中释放出来的挥发分)和水分3部分组成。测井体积模型法正是依据这种煤的组成成分建立等效体积模型和相应的测井响应方程组,并通过求解方程组得到纯煤、灰分和水分的相对体积含量。显然,测井体积模型法得到的煤质参数与煤样实验室分析得到的煤质参数(包括固定碳、灰分、挥发分以及水分)不能简单等同。就灰分而言,测井体积模型法中所指的是煤在原生状态下一些不可燃烧的部分,而在煤样实验室分析法中所指的是煤样经过燃烧后得到的残渣,二者在成分、数值上均不一样。虽然测井体积模型法确定的煤质参数与煤样实验室分析得到的煤质参数之间不能直接对照,但二者之间往往具有区域性的规律。为了便于两者之间的直接对照,设煤的组成成分由固定碳、灰分、挥发分和水分4部分组成,依据该

〔〕模型可以容易地写出密度、声波、自然伽马响应方程式和物质平衡方程式15,利用该思路,建立华北地区评价煤质参数的解释模型,并对华北7口井煤层井段进行了解释,实例解释结果表明:模型估算的碳分含量与煤样实验室分析的碳分含量之间的误差非常小,其相对误差小于5%;估算的灰分含量与煤样实验室分析的灰分含量的一致性较好,尤其是当灰分含量小于30%时,两者之间的误差非常小,经过计算,其相对误差小于10%。

四、裂缝孔隙度及裂缝渗透率

煤岩中既有在沉积成煤过程中形成的原生孔隙,又有成煤后受构造破坏所形成的次生孔隙。其孔隙类型和连通程度变化很大,它们互相组合形成裂隙性多孔隙介质,为瓦斯的储存和渗流提供了空间和通道。煤岩孔隙发育特征主要受煤的变质程度、煤岩组分及成煤植物、后期构造破坏程度等因素控制,其中,后期构造破坏在煤层中形成大量割理和微裂隙,增大了煤

〔〕岩的孔隙性其孔隙发育以微裂隙为主16,17。

煤层的双重孔隙中，裂缝孔隙度可采用深、浅侧向测井曲线值计算，其计算方法如下〔3,18,19〕:

式中:RLLS、RLLD分别为浅侧向、深侧向电阻率;Rmf、Rw分别为泥浆滤液电阻率和地层水电阻率;mf为裂缝孔隙度指数;为总孔隙度,方法求得;为裂缝孔隙度。；

为基质孔隙度,可以采用孔隙度测井煤层裂缝由层面裂和层间裂缝组成,其公式为:

式中:

;CLLS、CLLD、Cm分别为浅侧向、深侧向、泥浆电导率,计算。所以裂缝渗透率(K)为

式中:A为比例因子。

五、煤层气含量

煤层甲烷在煤储层中的储集及渗流与常规储层中的天然气大不相同,其影响因素多样而复杂。影响煤层含气量的主要因素是煤阶、压力(埋深)、煤层厚度、矿物质含量、煤层渗透率等因素有关。煤层含气量随着煤阶的增加而增加,在同样温度和压力(深度)条件下,高煤阶吸附甲烷能力明显高于低煤阶的吸附能力。煤层含气量随着随矿物质含量的增加而减小,如随灰含量的增加而减小。煤层含气量随着煤层水分含量的增加而减小。煤层含气量随微孔地

〔〕质与勘探隙和裂隙的增加而增加。20,21

煤层甲烷呈3种状态存在于煤中,虽然煤层中的基质孔隙的作用于常规双重孔隙储集层中的基质孔隙的作用相同,但它们之间存在两点区别。第一点区别是:储贮在常规双重孔隙储集层基质孔隙中的气是自由气;而煤层中的气主要吸附在基质孔隙的内表面,是吸附气。在初始状态下,煤层孔隙中的自由气的含气饱和度小于10%。第二点区别是:由于煤层的基质微孔

〔〕直径很小(一般小于2 mm),所以煤层中的气体主要通过基质孔隙来扩散3。

在较多情况下,煤层埋藏的深度足够大时,煤在煤化过程中甲烷才不致于流失。因此煤层气含量在一定程度上取决于煤层的埋深。另外既然煤层甲烷吸附在基质孔隙的表面,那么微孔隙的数量与甲烷的总量密切相关,而微孔隙的数量与固定碳和灰分校正量又密切相关。据上所述,可利用煤质分析和解吸测定等资料,建立方程式来评估煤层含气量。

确定煤层含气量的重要方法之一是基于气体在固体表面吸附的特性,由Langmuir实验定律。煤对甲烷的吸附能力与温度和压力有关:当温度一定时,随压力升高吸附量增大,当达到一定高的压力时,煤的吸附能力达到饱和,再增加压力,吸附量也不再增加。煤的上述吸附特征一〔〕般用方程描述,即22

式中:Q为一定压力下,煤吸附气体的量,m3/t;pp表示压力,MPa;VL表示Langmuir体积,m3/t;pL表示Langmuir压力,MPa。

〔〕另外,有一些作者利用非线性理论,预测煤层气含气量23~25。

六、其 他

1.弹性特性及地应力分析

弹性形变通常用弹性模量、剪切模量、泊松比及岩石的抗压、抗张、抗剪强度等参数来描述,它们反映了岩石承受各种压力的特性。利用声波全波列测井得到的纵横波时差和地层

〔18,19〕。

估算裂缝空间由公式

: 体积密度可以估算弹性模量、剪切模量、泊松比等模量。根据地应力分布规律和对影响它的诸多因素的分析,利用测井等资料建立地应力计算的半经验公式模型,确定模式中的各参数,计算地层的应力数据,得到沿深度连续分布的地应力剖面,再用实测或其它方法确定的数据检〔〕验、校正应力计算结果26。

对煤层气储层评价来说,弹性参数计算和地应分析有广泛的应用〔26~28〕,如煤层气储层选区评价(煤层气储层的原地应力比较大,阻碍了裂隙的发育以及割理和裂隙之间的连通,降低了储层的渗透性,影响排水采气效果。我国鄂尔多斯盆地东缘河东地区原地应力比较低,储层渗透性比较好,而滇东黔西地区原地应力比较高,导致储层渗透性比较低。)、煤层顶、底板的稳定性分析;井壁稳定性分析;地应力与渗透率的关系分析;确定最大与最小应力方向,即确定地区应力场方向等。

〔〕2.地层对比7,29

煤田测井最早的应用是进行地层的划分和对比,即划分煤层(识别煤层、确定煤层的深度、厚度)、岩性划分、煤层及其他地层在横向的分布规律。当今测井在地层对比中仍占重要的地位。测井曲线进行井间地层对比是依据岩性标志层的测井响应特征和同层段曲线的相似性。测井曲线进行井间地层对比的优点在于它能提供各种标志层的准确深度和全井段连续的测井记录。通过测井曲线进行井间地层对比的分析和推断,可指导正确的地质的制图,可以了解煤层及其他地层的产状、构造、层加厚、变薄以及在横向的分布规律等,这对了解煤层及煤层气的空间分布规律,对煤层及煤层气的勘探和开发的规划提供具有重要的参考价值的资料。

〔〕3.沉积环境分析30

在鉴定沉积环境中,岩石的粒度、分选性、泥质含量、垂向沉积序列、砂体的形态及分布等,都是重要的成因标志。自然伽马、自然电位、电阻率等测井曲线可以反映岩石的粒度、分选性、泥质含量、垂向沉积序列,通过地层对比还能了解砂体的形态及分布等。例如,岩石的自然伽马强度低、自然电位幅值大时,岩石的粒度大、分选性好、泥质含量小,因此,利用测井等资料可以有效地查明上述成因标志在纵向和横向上的变化,从而为鉴定沉积环境提供有价值的资料。通过煤盆地沉积环境分析可以了解该盆地各种沉积相、亚相;了解地层和煤层的纵向和横向上的变化;预测成煤的有利部位等。

七、结束语

基于我国的研究现状和目前煤层气勘探开发对测井技术的新需求,煤层气储层测井评价仍存在如下技术问题、难点。

(1)利用测井方法直接计算煤储层含气量仍是难点,虽然国内外学者已研究出一些估算煤储层含气量的模型,但这些模型有的存在地区限制,有的不能直接计算储层含气量。

(2)煤层的储层具有双重孔隙介质特征,孔隙系统复杂,孔隙度计算难度大,虽然,目前可采用前人估算煤储层孔隙度的公式来计算,但存在较大误差。

(3)煤层煤质参数通常可由测井体积模型法以及概率模型法来确定。但前者误差大,且所确定的煤质参数不能直接与煤样实验室分析得出的工业分析指标相对照;后者存在地区限制。

(4)低压、低渗、裂缝型煤层气储层的渗透率计算难度大。

(5)需研制或引进新的、先进的测井方法,并针对性地加强其应用研究。(6)加强井中地球物理工作和理论研究(如井间电阻率、井间声波等)。

(7)利用煤层气储层测井评价最新研究成果,加强新的煤层气储层测井处理解释与评价软件系统的研制开发。参 考 文 献 赵贤正,李景明,李东旭等.中国天然气资源潜力及供需 趋势.天然气工业,2004;24(3):1~4 2 刘洪林,张建博,王红岩.中国煤层气形成的地质条件.天 然气工业,2004;24(2):5~7 3 潘和平等.测井资料确定煤层孔隙度.应用地球物理学进 展,1996 4 王敦则,蔚远江,覃世银.煤层气地球物理测井技术发展 综述.石油物探,2003;42(1):127~131 5 谭廷栋.测井解释煤层气藏.天然气工业,1999;19(4):30 ~33 6 周明磊,苏现卫,张景考等.梁山煤田戴庙井田3煤层测 井曲线特征分析.山东煤炭科技,2004;(1):38~39 7 丁宝国.利用测井曲线进行煤层对比.煤炭技术,2003;22(3)8 潘和平,黄智辉.利用模糊模式识别煤成气层.地球科 学)))中国地质大学学报,1993;18(1):84~94 9 潘和平,黄智辉.测井资料解释煤成气层方法研究.现代 地质,1994;8(1):119~125 10 黄智辉,陈曜岑.煤田地球物理测井.湖北武汉:中国地 质大学出版社,1986:62~174 11 刘家瑾,陆国纯.煤田测井资料数字处理.北京:煤炭工 业出版社,1991:40~51,122~126 12 潘和平,刘国强.应用BP神经网络预测煤质参数及含气 量.地球科学)))中国地质大学学报,1997;22(2)13 潘和平,黄智辉.最优化变尺度法分析岩性和煤质.物探 与化探,1991;(3):168~175 14 黄智辉,潘和平.最优化技术在测井数字处理中的应用.见:勘探地球物理勘查地球化学文集.北京:地质出版 社,1990:82~92 15 潘和平,黄智辉.煤层煤质参数测井解释模型.现代地 质,1998;12(3):447~451 16 张井,韩宝平,唐家祥等.煤及煤层顶底板的孔隙结构特 征.煤田地质与勘探,1998;26(2):28~31 17 周家尧,关德师.煤储集层特征.天然气工业,1995;15(5):6~10 18 李铭,楚泽涵,卢颖忠.煤层气测井评价.特种油气藏, 2000;7(1):4~10 19 柳孟文,李能根,赵文光等.煤层气综合评价技术初探.测井技术,1999;23(2):99~102 20 娄剑青.影响煤层气井产量的因素分析.天然气工业, 2004;24(4):62~64 21 全裕科.影响煤层含气量若干因素初探.天然气工业, 1995;15(5):1~5 22 Ahmed Uet al.An advanced and intergrated approach to coal formation evaluation.SPE 22736,1991 23 侯俊胜,王颖.神经网络方法在煤层气测井资料解释中 的应用.地质与勘探,1999;35(3):41~45 24 潘和平,黄智辉.煤层含气量测井解释方法探讨.煤田地 质与勘探,1998;26(2):58~60 25 吴东平,岳晓燕,吴春萍.神经网络技术在煤层气测井评 价中的应用.断块油气田,2000;7(5):47~50 26 张筠,林绍文,葛祥.测井在洛带气田地层弹性特征及应 力场分析中的应用.天然气工业,2002;22(5):42~45 27 刘贻军,娄建青.中国煤层气储层特征及开发技术探讨.天然气工业,2004;24(1):68~71 28 杨宽.用测井资料评价煤层顶底板稳定性.煤田地质与 勘探,1998;26(1):58~61 29 苏时才,王海清.利用测井曲线进行煤层对比及聚煤规 律研究.煤田地质与勘探,1995;23(6):55~58 30 黄智辉.地球物理测井资料在分析沉积环境中的应用.