【图文】8 煤储层的地球物理特征_百度文库
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8 煤储层的地球物理特征
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页岩气储层粘土矿物孔隙特征及其甲烷吸附作用
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页岩气储层粘土矿物孔隙特征及其甲烷吸附作用
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3秒自动关闭窗口氧测井经常结合使用，并在计算机处理图像上显示；煤在各种测井方法中的响应见表8-1，除以上所述测；表8-1煤在各种测井方法中的响应（Scholes；注：*灰成分指煤中能形成灰分的矿物成分；第二节测井响应解释煤层气含量；煤层含气量与成煤物质、沉积环境、煤岩组成、煤体结；141；关，可直接从密度（数字测井，下同）或伽玛伽玛（模；一、测井评价煤层物性的理论依据；煤层
氧测井经常结合使用，并在计算机处理图像上显示。
煤在各种测井方法中的响应见表8-1，除以上所述测井方法外，尚有为检查井孔特征而进行的井径仪测井；为获得地层温度而进行的温度测井；为确定煤层割理方向而研制的地层显微扫描器等等。
煤在各种测井方法中的响应（Scholes，1993）
注：*灰成分指煤中能形成灰分的矿物成分
测井响应解释煤层气含量
煤层含气量与成煤物质、沉积环境、煤岩组成、煤体结构、变质程度、埋深、煤厚及水文地质条件等关系密切。煤层含气量随镜质组、惰质组含量及煤厚的增加而增加，随煤体结构破碎程度的加大而增大，随变质程度和埋深的加深而增加。煤岩组成直接影响到煤层电阻率（数字测井，下同）或视电阻率（模拟测井，下同）的高低，煤层体积密度与煤体结构相
关，可直接从密度（数字测井，下同）或伽玛伽玛（模拟测井，下同）测井曲线上得到反映。在相邻矿区或井田内，由于成煤物质、沉积环境、变质程度、水分和矿物质含量相似，煤层含气量和煤体结构将在测井响应上得到反映。
一、测井评价煤层物性的理论依据
煤层气大部分以吸附态存在于煤中微孔隙的内表面，少部分以游离态存在于煤裂隙和大孔隙中，极小部分溶解于煤层内的水体中。煤中甲烷含量与煤中有机质（纯煤）、矿物杂质和水分之间存在着明显的物性差异（表8-2）。甲烷气体的电阻率为104~109Ω?m,密度为0.716Kg/cm3，考虑煤层甲烷的吸附性，它的密度是其与孔壁之间距离的函数，其密度亦不超过0.2 g/cm3，声波时差为2260μm/s；而烟煤纯煤的电阻率仅为100~500Ω?m，密度为1.25~1.35 g/cm3，声波时差为400~560μm/s。煤层的物性要受到煤中甲烷含量的影响。在成煤物质、沉积环境、煤变质程度、水分和矿物杂质含量相似的煤层中，煤体结构愈破碎，煤层体积密度愈低，孔隙率愈大，甲烷含量愈高，煤层电阻率愈大，自然伽玛减弱，而声波时差则相应增大。
近年来，施工的煤层气井大多采用清水钻进，并进行井径校正，数字测井与上述特征较为吻合，但以往煤田地质勘探多采用泥浆护壁，由于构造煤的塌落、泥饼的形成，模拟测井响应值与上述特征存在一定的差异。
表 8-2 纯煤、矿物质、水分和甲烷的物理性质
据BＬ. 劳森等，1987
二、测井响应拟合煤层气含量
测井响应拟合煤层气含量的工作步骤依次为数据采集、预处理、逐步回归分析、数学模型建立和质量检验。若效果显著，就可以利用该数学模型对有测井曲线而无煤层气含量的钻孔进行煤层含气性预测。
1、数据采集
数据采集是从钻探取芯、化验测试和测井解释成果中分别取得煤样的甲烷含量、钻探取样的深度、取芯的长度及对应的测井深度、测井响应值等原始数据。
1）采样深度
为了反应外界压力（地层压力）和环境温度（地温）对煤层甲烷含量的影响，掌握其规律，除采集煤层甲烷含量及煤工业分析等原始数据外，还同时采集测定甲烷含量的取样深度。取样深度采自钻探取芯深度的记录，但钻探深度与测井解释深度不一致时，要作深度校正，使实测甲烷含量深度与采集的测井响应值深度相对应。
2）测井参数
模拟测井资料采集视电阻率（R）、伽玛伽玛（rr）、和自然伽玛（r）三种参数（图8-2）。而数字测井资料则采集电阻率（R）、密度（ρ）、自然伽玛（r）和声波时差（Δt）四种参数（图8-3）。测井参数是采自与测定甲烷含量的取样深度、取样长度相对应层段的测井响应的平均值。
图8-2 煤层模拟测井曲线
预处理是指对钻探的取样深度与测井深度进行匹配、煤层甲烷含量基准换算和测井响应值的归一化。
1）钻探取样深度校正
钻探的取样深度、厚度与测井解释的结果往往不一致，甚至有时差别还较大，为此必须对钻探取样深度进行校正，才能使煤样的甲烷含量与测井响应一一对应。若煤层取芯率高，煤层结构的测井解释结果与钻探取芯相差不大，则取样深度校正方法如图8-4所示。校正后的取样深度d?为：
??(d2?d)?d??d2
式中，h、h?―钻探取芯和测井解释所得的煤层厚度； d1、d2、d― 钻探的煤层顶、底
?、d?― 测井解释所得的煤层顶、底界面深度和经校正后的界面深度和取样深度；d1?、d2
取样深度。
2）甲烷含量基准换算
我国早期集气法所测煤层气含量结果偏低，资料一般不能使用。测井响应拟合煤层气含量可采用解吸法所测成果。测井参数是煤层处于原始状态条件下记录的，煤层甲烷含量要用原煤的，对干燥无灰基甲烷含量、干燥基甲烷含量、空气干燥基甲烷含量都要经过换算成收到基甲烷含量。即：
)?4daf)?4d
)?(CH4ar)?4ad
100?M100?M
式中，（CH4）―甲烷含量；A、M―煤样灰分含量和水分含量；ar、ad、d、daf―分别为收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基。
图 8-3 煤层数字测井曲线
3）物性参数归一化处理
数据归一化处理的目的在于消除仪器性能差异和克服参与回归分析的数据因数量级不同带来的影响。在采集煤层物性参数的同时，采集标志层相对应的物性参数及各种参数剔除基岩风化层、氧化层后的最大值、最小值。
标志层为区内发育稳定，物性特征明显且全区可对比的岩层，一般选择铝质泥岩或纯石灰岩作为物性标志层。
基岩风氧化带内发生了一系列的物理和化学作用，岩石结构疏松、颗粒间的联结性较弱、裂隙发育、含水增多、强度降低、并产生次生矿物，表现在测井曲线上，其响应值亦发生了相应变化，视电
阻率、自然伽玛及密度降低，声波时差增大。在基
图8-4 取样深度校正示意图
岩风氧化带内，风氧化作用的强度不同，愈靠近地表，风氧化作用愈强，向下逐渐减弱，直至风氧化作用停止。正因为风氧化作用这一垂向变化的规律性表现在测井曲线上由浅入深、相应地呈现出渐变过程，直至恢复正常，其视电阻率由浅入深，曲线幅值逐渐升高，密度曲线反映的变化呈现由小到大的趋势，曲线形态缓波状较为明显，声波速度曲线跳跃明显。
利用上述校正的取样深度和煤样长度，在测井曲线上相应深度和长度内采集取样深度范围内的测井响应平均值。并对采集的物性参数，数字测井按下式进行归一化处理，即：
模拟测井按下式进行归一化处理，即：
式中，X－原始数据， Xb －标志层的原始数据；X?－预处理后的数据；Xmax、Xmin―剔除风氧化带后煤层或基岩物性参数的最大值和最小值。
3、逐步回归分析
逐步回归分析是众所周知的、常见的数理统计方法之一，实际上是一种最优化的多元回方程逐步选择的过程，其基本思路是将自变量一个一个地引入，每次引入自变量的条件是：该变量必须在上次引入中与因变量的偏回归平方和的F检验为最显著；同时在引入新变量时，对已引入的老变量作重复检验，并剔除已变为不显著的老变量，依次循环往复直到最后一个自变量为止，最终得到的即为最优化的多元回归方程。对多元回归方程必须进行质量检验（包括显著性检验和精度检验），以示其可靠性和精确程度。
测井响应评价煤体结构
煤体结构是煤层在构造应力作用下形变的产物，是煤层渗透率的间接反映。自然界的煤层在地质构造运动的影响下，不仅随围岩一起发生褶皱和断裂，而且煤层在弯曲变形时，还不同程度地发生顺层滑动，滑面可以出现在煤层和顶板之间，造成顶部煤层破碎为“构造煤”、“软煤”或“酥煤”，也可以发生在煤层中间，造成中部煤层破碎为“构造煤”， 也可以发生在煤层底部，造成底部煤层破碎为“构造煤”。有些地区受滑脱构造的影响，厚煤层绝大部分为构造煤。由于破碎程度不一，有碎裂状、角砾状、鳞片状，煤储层渗透性差异巨大；构造煤分布形式多种多样，有的顺层分布，有的局部出现在断层的两侧，有的出现在次级褶皱的轴部；构造煤原因复杂，可由构造或岩浆岩而引起，也可由顶、底板围岩所导致，还可因煤厚及其变化而产生。
包含各类专业文献、高等教育、中学教育、专业论文、文学作品欣赏、应用写作文书、第八章
煤储层的地球物理特征_图文87等内容。　
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煤层甲烷碳同位素与含气性关系
煤层气甲烷碳同位素值是反映煤层气成因及赋存条件的有效参数.通过对沁水盆地沁南东区块煤层甲烷碳同位素和煤储层含气性测试资料分析,剖析了3号煤层甲烷碳同位素分布特征,建立了煤层甲烷碳同位素与镜质组反射率、煤层埋藏深度和煤储层含气性之间的相关关系和模型,揭示了煤层甲烷碳同位素分布的控制机理.研究结果表明:本区3号煤层自然解吸气甲烷碳同位素为-28.89‰-53.27‰,平均-36.48‰.与全国其他地区同等演化程度的煤层气相比总体偏重,表现出煤层具有较好的保存条件;3号煤层甲烷碳同位素与镜质组反射率和煤层埋藏深度之间呈对数函数关系,且随着镜质组反射率和煤层埋藏深度增加而变重,与全国煤层甲烷碳同位素统计规律一致,主要受控于煤层气形成的热动力学机制之下的同位素分异效应和煤层气解吸—扩散—运移过程中甲烷碳同位素的分馏效应;煤层甲烷碳同位素与煤储层含气性之间存在相关性,且随着煤层气含量、煤储层压力和含气饱和度增加,3号煤层甲烷碳同位素也相应变重,且呈对数函数关系,反映控制煤储层含气性的因素与控制煤层甲烷碳同位素的因素存在一致性.
MENG Zhao-ping
ZHANG Ji-xing
LIU Shan-shan
作者单位：
中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室,湖北宜昌443002
中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083
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