煤田测井资料解释介绍.ppt
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1、煤田测井及资料解释介绍煤田测井及资料解释介绍电流测井电流测井接地电阻差值测井接地电阻差值测井煤层煤层(煤层气储层煤层气储层)测井评价系列测井评价系列煤层测井响应特征煤层测井响应特征煤质参数计算方法煤质参数计算方法裂缝孔隙度及裂缝渗透率裂缝孔隙度及裂缝渗透率煤层气含量煤层气含量地层弹性特征地层弹性特征煤田测井的基本知识煤田测井的基本知识煤田测井的基本知识煤田测井的基本知识煤的形成和类型煤的形成和类型煤的形成可分为泥炭化阶段和煤化阶段:煤的形成可分为泥炭化阶段和煤化阶段:1、泥炭化(或腐泥化)阶段:、泥炭化(或腐泥化)阶段:泥炭化作用是腐植煤形成的主要的第一阶段。泥炭化作用是腐植煤形成的主要的第一
2、阶段。如在水流畅通的活水沼泽,细菌就会快速繁殖,菌解作用很强烈,植物的主要如在水流畅通的活水沼泽,细菌就会快速繁殖,菌解作用很强烈,植物的主要组成部分木质素和纤维素就会差不多全部失掉,只有最稳定的角质层、孢子、组成部分木质素和纤维素就会差不多全部失掉,只有最稳定的角质层、孢子、花粉等保存下来,进一步形成另一类的煤花粉等保存下来,进一步形成另一类的煤残植煤。残植煤。煤的成因分类主要是根据煤的原始物质及其变化环境,一般分二类,一是煤的成因分类主要是根据煤的原始物质及其变化环境,一般分二类,一是由高等植物形成的腐植煤类,另一类是由低等植物形成的腐泥煤类。由高等植物形成的腐植煤类,另一类是由低等植物形
3、成的腐泥煤类。2、煤化阶段:、煤化阶段:在整个地质年代,泥炭(腐植煤和腐泥煤的统称)在上覆沉积在整个地质年代,泥炭(腐植煤和腐泥煤的统称)在上覆沉积物的压力下,所有水分被挤出,体积慢慢缩小,性质趋于致密,在化学成分上物的压力下,所有水分被挤出,体积慢慢缩小,性质趋于致密,在化学成分上腐植酸含量渐渐减少,碳含量渐渐增多,这时变成了褐煤,这一作用过程叫泥腐植酸含量渐渐减少,碳含量渐渐增多,这时变成了褐煤,这一作用过程叫泥碳的成岩作用;褐煤外表为褐色、棕褐色,条痕为褐色、浅褐色,一般无光泽,碳的成岩作用;褐煤外表为褐色、棕褐色,条痕为褐色、浅褐色,一般无光泽,密度小,在之间。密度小,在之间。随着盆地
4、继续下沉,上覆沉积物不断加厚,褐煤在较高温度和压力下结构随着盆地继续下沉,上覆沉积物不断加厚,褐煤在较高温度和压力下结构更加紧密,密度加大,产生了粘结性,出现了光泽,于是转化为烟煤。烟煤的更加紧密,密度加大,产生了粘结性,出现了光泽,于是转化为烟煤。烟煤的外表呈黑色、灰黑色,条痕为黑色,光泽较强,质地致密,硬度较高,性脆易外表呈黑色、灰黑色,条痕为黑色,光泽较强,质地致密,硬度较高,性脆易碎,具明显的层状结构。碎,具明显的层状结构。烟煤进一步变化就成为无烟煤。无烟煤色黑而具金属光泽,质地更加致密,烟煤进一步变化就成为无烟煤。无烟煤色黑而具金属光泽,质地更加致密,结构渐趋均一,硬度大密度高,密度
5、大于。结构渐趋均一,硬度大密度高,密度大于。3、煤的变质过程:、煤的变质过程:随着温度和压力的继续增大褐煤逐渐向烟煤直至无烟煤转随着温度和压力的继续增大褐煤逐渐向烟煤直至无烟煤转变的过程。变的过程。煤层的重要参数煤层的重要参数煤的煤层气含量、镜质体反射率、水分、灰分、挥发分等参数是研究煤煤的煤层气含量、镜质体反射率、水分、灰分、挥发分等参数是研究煤层组分,作为评价煤层气勘探、工业分析、经济效果的依据。层组分,作为评价煤层气勘探、工业分析、经济效果的依据。1.煤层含气量煤层含气量解吸:解吸:在未开采之前,煤层气以分子状态吸附在煤颗粒表面。随着储层压在未开采之前,煤层气以分子状态吸附在煤颗粒表面。
6、随着储层压力的降低力的降低(如抽水如抽水),地层能量的衰减,压力降到解吸压力以下,以分子状态,地层能量的衰减,压力降到解吸压力以下,以分子状态存在的解吸气变为游离气。存在的解吸气变为游离气。扩散:扩散:煤层甲烷解吸之后,在煤基质与割理之间的浓度不一致。由浓度差煤层甲烷解吸之后,在煤基质与割理之间的浓度不一致。由浓度差异引起甲烷气体扩散,气体从基质进入割理。异引起甲烷气体扩散,气体从基质进入割理。流动:流动:由于气体的解吸、扩散,割理与井眼之间的压力梯度发生了变化。由于气体的解吸、扩散,割理与井眼之间的压力梯度发生了变化。由于压力不同,引起气体由割理向井眼流动。由于压力不同,引起气体由割理向井眼
7、流动。直接法测定含气量包括三部分,即散失气量、解吸气量和残余气量,煤层含直接法测定含气量包括三部分,即散失气量、解吸气量和残余气量,煤层含气量为三者之和。煤层含气量的单位为气量为三者之和。煤层含气量的单位为m3/t。散失气量:散失气量:指煤心快速取出,现场直接装入解吸罐之前释放出的气量。指煤心快速取出,现场直接装入解吸罐之前释放出的气量。根据散失时间的长短及实测解吸气量的变化速率进行理论计算。根据散失时间的长短及实测解吸气量的变化速率进行理论计算。解吸气量指煤心装入解吸罐之后解吸出的气体总量。实验过程中求出气量解吸气量指煤心装入解吸罐之后解吸出的气体总量。实验过程中求出气量随时间的变化规律,结
8、合一些基础数据计算解吸气量。解吸过程一般延续两随时间的变化规律,结合一些基础数据计算解吸气量。解吸过程一般延续两周至四个月,根据解吸气量大小而定,一般在一周内每克煤样的解吸量小于周至四个月,根据解吸气量大小而定,一般在一周内每克煤样的解吸量小于时可终止解吸。时可终止解吸。残余气量:残余气量:指终止解吸后仍留在煤中的那部分气体。需将煤样加热真空脱指终止解吸后仍留在煤中的那部分气体。需将煤样加热真空脱气,再粉碎、加热真空脱气,测定其解吸总量。气,再粉碎、加热真空脱气,测定其解吸总量。2.煤层镜质体反射率煤层镜质体反射率镜质体反射率(镜质体反射率(R0)是煤(镜质组)光片表面的反射光)是煤(镜质组)
9、光片表面的反射光强与入射光强的百分比值,它是确定煤级的最佳标准。强与入射光强的百分比值,它是确定煤级的最佳标准。煤级是煤级是影响煤岩生气率、含气量和煤层物性的一个重要因素。影响煤岩生气率、含气量和煤层物性的一个重要因素。镜质体反射率是煤层变质程度的一个重要指示,镜质体反射率是煤层变质程度的一个重要指示,煤层的镜煤层的镜质体反射率在很大程度上决定煤层的电性、物性、煤层含气量质体反射率在很大程度上决定煤层的电性、物性、煤层含气量等。等。(1)电性特征)电性特征反映煤层的变质程度。反映煤层的变质程度。从测井响应值对比分析中看出,煤层的镜质体反射率越大,好从测井响应值对比分析中看出,煤层的镜质体反射率
10、越大,好的煤层电阻率越高,中子孔隙度变小,体积密度增大,纵、横的煤层电阻率越高,中子孔隙度变小,体积密度增大,纵、横波的声波时差减小。波的声波时差减小。(2)变质程度)变质程度越高孔隙度相应减小。越高孔隙度相应减小。(3)变质程度不同)变质程度不同煤层机械力学性质煤层机械力学性质也有所不同。煤层的力也有所不同。煤层的力学参数,有随变质程度增加破裂压力减小,坍塌压力也减小的学参数,有随变质程度增加破裂压力减小,坍塌压力也减小的趋势。趋势。(4)变质程度越高)变质程度越高煤层气含量煤层气含量增加的趋势。煤层的气含量,增加的趋势。煤层的气含量,有随变质程度增加,煤层气含量增加的趋势。有随变质程度增加
11、,煤层气含量增加的趋势。煤层水分:煤层水分:是指空气干燥状态下吸附或凝聚在煤层颗粒间毛是指空气干燥状态下吸附或凝聚在煤层颗粒间毛细管中的水分。细管中的水分。灰分:灰分是指在规定条件下,灼烧后剩下的不燃烧物质。灰分:灰分是指在规定条件下,灼烧后剩下的不燃烧物质。煤的灰分来自煤中的矿物质,但其组分和重量与煤中的矿物质煤的灰分来自煤中的矿物质,但其组分和重量与煤中的矿物质不完全相同。不完全相同。挥发分:挥发分:是表征煤中有机质性质的重要指标,它与煤的成因、是表征煤中有机质性质的重要指标,它与煤的成因、煤层显微组分及煤化程度等因素有关。煤层挥发分的测定是用煤层显微组分及煤化程度等因素有关。煤层挥发分的
12、测定是用万分之一天平称取空气干燥煤样放在带盖的磁坩埚中,在万分之一天平称取空气干燥煤样放在带盖的磁坩埚中,在90010条件下隔绝空气加热条件下隔绝空气加热7min,取出冷却称重。,取出冷却称重。煤样质量煤样质量减少的百分含量减去该煤样水分含量即为挥发分产率,简称挥减少的百分含量减去该煤样水分含量即为挥发分产率,简称挥发分。发分。固定碳:从测定煤的挥发分后的残渣中减去灰分后的残留物固定碳:从测定煤的挥发分后的残渣中减去灰分后的残留物称为固定碳称为固定碳.这里的固定碳即固定碳产率根据定义用下式计算干这里的固定碳即固定碳产率根据定义用下式计算干基固定碳和干燥无灰基固定碳基固定碳和干燥无灰基固定碳。3
13、、煤质参数、煤质参数其它测其它测井方法井方法注:注:A极接地电阻,取决于极接地电阻,取决于5倍电极半径以内的介质倍电极半径以内的介质?煤层煤层(煤层气储层煤层气储层)测井评价系测井评价系列列、电流、接地电阻等、电流、接地电阻等煤层的划分、岩性识别煤层的划分、岩性识别煤层气井的测井资料解释煤层气井的测井资料解释,首先是识别煤层气层首先是识别煤层气层,然后才是煤层气层上储然后才是煤层气层上储层参数的计算层参数的计算,因此,同样在煤田测井资料的解释中因此,同样在煤田测井资料的解释中,需标定煤层(气层)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:划分岩性。煤层相对于围岩,物
14、理性质差异明显,它具有:密度低(密度孔隙度高)、密度低(密度孔隙度高)、声波时差大(声波孔隙度高)、声波时差大(声波孔隙度高)、含氢量高(中子孔隙度高)、含氢量高(中子孔隙度高)、自然伽马低、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)、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。电阻率高(注:烟煤、褐煤电阻率高;无烟煤的电阻率低)等特点。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
15、井曲线组合法自动划分煤层、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岩性识别等,一般都能得到较为满意的结果。意的结果。煤层测井响应方程煤层测井响应方程(1)电阻率测井电阻率测井在高阻烟煤的情况下,纯煤具有极高的电阻率,可与泥质岩石中的骨架相在高阻烟煤的情况下,纯煤具有极高的电阻率,可与泥质岩石中的骨架相类比。灰分因其主要成分与泥质相近,可与泥质岩石中的泥质成分类比。因类比。灰分因其主要成分与泥质相近,可与泥质岩石中的泥质成分类比。因此,煤层的电阻率测井也可写出阿尔奇公式,即此,煤层的电阻
16、率测井也可写出阿尔奇公式,即式中式中Rt为煤层上的真电阻率;为煤层上的真电阻率;F为煤层的地层因素;为煤层的地层因素;R为灰分与水分的为灰分与水分的混合导体的等效电阻率。同样可以导出混合导体的等效电阻率。同样可以导出Va和和Vw与分别为煤层中灰分和水分的体积含量;与分别为煤层中灰分和水分的体积含量;Ra,Rw分别为灰分与分别为灰分与水分的电阻率。水分的电阻率。煤层的地层因素也有与泥质岩石地层因素相似的表达形式,即煤层的地层因素也有与泥质岩石地层因素相似的表达形式,即*=Va+Vw=1-Vc根据有关文献介绍,岩性系数根据有关文献介绍,岩性系数a通常等于通常等于1,而胶结指数,而胶结指数m在煤层模
17、型中不在煤层模型中不是常数,而是是常数,而是的函数,即的函数,即由由*式可以导出式可以导出岩石真电阻率岩石真电阻率Rt与地层水电阻率之比为地层因素与地层水电阻率之比为地层因素F,即,即对上式两端取对数,得对上式两端取对数,得F与与的关系的关系(曲线标码为曲线标码为Va/Vw的数值的数值)t与与的关系的关系(曲线标码为曲线标码为Va/Vw的数值的数值)(2)声波测井声波测井=Va+Vw=1-Vc(3)密度测井密度测井(4)中子测井中子测井与的关系 与的关系(曲线标码为Va/Vw的数值)(曲线标码为Va/Vw的数值)(5)自然测井 根据泥质岩石模型的自然测井响应方程,可以类推出煤层的自然测井响应方
18、程为式中Ic,Ia、Iw、分别为煤层中纯煤、灰分和水分的自然强度;、I分别为灰水混合物的等效密度和等效自然强度。煤层中的纯煤和水分中的放射性物质含量极低,因而它们的自然强度,I 和Ic也很小,通常可以认为近似为零(含铀煤除外)。于是上式可变成I与Va的关系 煤层上Rt与(-c)关系 煤质参数计算煤质参数计算煤层煤质参数通常可由煤层煤质参数通常可由:煤样实验室分析、煤样实验室分析、测井体积模型法测井体积模型法概率模型法概率模型法来确定。来确定。测井体积模型法利用孔隙度测井测井体积模型法利用孔隙度测井(如密度、声波等如密度、声波等)建立响应方程组建立响应方程组,可以可以采用一般解方程的方法,也可以
19、采用最采用一般解方程的方法,也可以采用最优化等方法来求解方程组优化等方法来求解方程组,所求煤质参数可为煤层开采提供依所求煤质参数可为煤层开采提供依据。据。但是但是,测井体积模型法所确定的煤质参数不能直接与煤样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。而煤样实验室分析要实验室分析得出的工业分析指标相对照。而煤样实验室分析要花费大量的人力、资金和时间。如果以测井体积模型法为基础花费大量的人力、资金和时间。如果以测井体积模型法为基础,结合概率模型法结合概率模型法,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定煤
20、质参数的解释模型,则这则这3种确定煤质参数的方法之间可以种确定煤质参数的方法之间可以优势互补。优势互补。=W11V+W12V+W13Vc=W21V+W22V+W23VcCNL=W31V+W32V+W33Vc1=Vw+Vb+Vc体积模型法:体积模型法:=1+2+3+4=1+2+3+4=1+2+3+4+=1式式中中,、分分别别为为密密度度、声声波波和和自自然然伽伽马马测测井井值值;、分分别别为为水水分分、灰灰分分、挥挥发发分分和和固固定定碳碳的的重重量量百百分分比比;1、2、3、4、1、2、4、4、1、2、3、4分分别别为为待待定定系系数数(地地区区系系数数),利利用用实实验验室室分分析析资资料料
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