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煤層氣勘探開發(fā)中的測井技術分析與探索

2020-04-29 16:44范晉軍
中國化工貿(mào)易·中旬刊 2020年1期
關鍵詞:測井煤層氣滲透率

摘 要:隨著科技的不斷發(fā)展,測井技術得到了快速發(fā)展,目前廣泛地應用在多種自然資源的勘探開發(fā)中,尤其是煤層氣勘探開發(fā)中,其作用非常突出,有效地提高了煤層氣勘探開發(fā)的水平和效率,促進了煤層氣的開發(fā)和利用。本文主要對煤層氣勘探開發(fā)中的測井技術進行了分析與探索,對各種測井技術進行了比較系統(tǒng)的總結(jié)。

關鍵詞:煤層氣;測井;聲波測井、電法測井、核測井;滲透率;孔隙度

我國在1978年的年末開始實行對內(nèi)改革、對外開放的政策,經(jīng)過40多年的發(fā)展,我國經(jīng)濟發(fā)展迅速,對各種自然資源的需求持續(xù)增加,如煤、天然氣、石油等。隨著長時間和大規(guī)模的勘探開發(fā),常規(guī)的油氣資源地質(zhì)儲量逐年減少,而非常規(guī)的油氣資源地質(zhì)儲量較大,且探明率比較低,勘探開發(fā)潛力巨大。

煤層氣的主要成為甲烷,它不但是一種清潔能源,也是一種非常規(guī)油氣資源。我國的煤層氣資源十分豐富,近些年以來,我國的煤層氣產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展。據(jù)有關資料表明,我國煤層氣資源總量約為2.68×1014m3,位居全球第三,勘探開發(fā)潛力巨大。但是,由于多種因素的影響,使得我國的煤層氣勘探開發(fā)難度較大,成本高。因此,必須采用相應的技術,提高煤層氣勘探開發(fā)的水平和效率。目前,測井技術是煤層氣勘探開發(fā)中的重要手段之一,得到了有關部門的重視,應用范圍較廣。

1 測井技術類型

測井技術是一門應用學科,是利用專門的儀器在井眼中激發(fā)/接收聲、電、核、磁、重力、溫度和光等地球物理的響應,并根據(jù)測量或記錄的結(jié)果來進行分析和研究,從而對巖石和流體的特性進行定量判別的一種過程或技術[1,2]。測井技術是石油和天然氣資源勘探開發(fā)中必不可少的手段之一。在煤層氣勘探開發(fā)的過程中,研究人員通過參考和學習石油勘探開發(fā)中的各種測井技術,根據(jù)煤層氣的物理化學特性以及煤層氣儲層和蓋層的一些特點,經(jīng)過數(shù)十年的研究和發(fā)展,最終形成了多種適用于煤層氣勘探開發(fā)的測井技術類型,主要有3大類:聲波測井、電法測井以及核測井。

1.1 聲波測井

聲波測井(Acoustic logging)是指聲波在巖層的傳播過程中,利用相關儀器測量和記錄巖層的聲學相應特征參數(shù),如速度、幅度、頻率、衰減規(guī)律等,根據(jù)這些特征參數(shù)的變化情況,對地層的性質(zhì)及情況進行識別和評價一種測井方法[1,2]。聲波測井技術的類型主要有:聲速測井、補償聲波測井、長源距聲波測井、陣列聲波測井以及超聲成像測井等。聲波測井技術的應用范圍主要有:地層巖性劃分、地層對比、儲層評價、識別裂縫、氣層、確定孔隙度、確定地應力、評價地層的各向異性以及檢查固井質(zhì)量。

1.2 電法測井

電法測井(Electrical logging)是根據(jù)目標層位與圍巖在電性特征上的差異,利用相關的儀器測量和記錄相應的電性參數(shù),如導電特性、介電特性以及電化學特性,然后根據(jù)這些電性參數(shù)的變化情況,對目標層位進行判識的一種測井方法[1,2]。電法測井的技術類型主要有:電阻率測井、自然電位測井、側(cè)向測井、感應測井、電磁波傳播測井、介電測井、地層傾角測井、微電極系及激發(fā)激化測井等。電法測井技術的應用范圍主要有:劃分儲層、地層對比、儲層評價、儲層解釋以及薄層分析等。

1.3 核測井

核測井(Nuclear logging)又稱為放射性測井,是指將核技術應用于井中測量,以物質(zhì)的原子核物理性質(zhì)為基礎的測井方法[1,2]。該技術的基本原理是根據(jù)巖石及其孔隙流體和井內(nèi)介質(zhì)(套管、泥漿等)的核物理性質(zhì)來研究鉆井地質(zhì)剖面,進而發(fā)現(xiàn)煤、石油等有用礦藏。核測井的技術類型主要有:伽馬測井、中子測井、密度測井以及核磁共振測井等。核測井技術的應用范圍主要有:地層劃分、識別巖性、確定孔隙度、識別氣層以及確定滲透率等。

2 測井技術應用

相對于其他勘探開發(fā)技術而言,測井技術具有方法種類多、分辨率高、應用廣泛等優(yōu)點,在煤層氣資源勘探開發(fā)中發(fā)揮了至關重要的作用。測井技術可以反映和描述實際地下地層的各種巖石物理特征,研究人員可以利用這些特征,可以對煤層氣儲層進行有效識別和儲層參數(shù)的定量解釋。

2.1 煤層氣儲層識別技術

基于測井曲線的相關原理以及大量實例,國內(nèi)外學者提出了各種煤層氣儲層的識別技術和方法,主要可以分為以下2種:

2.1.1 直接識別法

對于煤層氣儲層而言,測井曲線具有比較獨特的響應特征,與圍巖有明顯的區(qū)別,一般而言,具有“四高三低”的響應特征:高電阻率(RT)、高中子(CNL)、高聲波時差(AC)、井眼擴徑(CAL)、低自然電位(SP)、低自然伽馬(GR)以及低密度(DEN)[1-3]。

2.1.2 孔隙度分析法

煤層氣儲層存在十分明顯的各向異性,由于CNL和DEN測井不會受到地層各向異性的影響。因此,CNL-DEN孔隙度重疊法可以對煤層氣儲層進行預測,效果較好。另外,CNL-AC孔隙度重疊法與CNL-DEN孔隙度重疊法可以互相驗證,減少預測的多解性。

2.2 煤層氣儲層參數(shù)定量解釋技術

一般而言,利用測井技術可以確定煤層氣儲層的多種參數(shù):①煤巖工業(yè)分析參數(shù);②孔隙度、滲透率和飽和度;③吸附、解吸特性參數(shù);④煤層厚度、深度、儲層壓力、溫度和產(chǎn)能等[1-3]。(注:由于篇幅有限,本文僅闡述前面2種參數(shù)的解釋技術)

2.2.1 煤巖工業(yè)分析參數(shù)

煤巖主要有4種成分:①固定碳;②揮發(fā)分;③水分;④灰分,其中①、②、③與④呈線性相關關系,而①、②和④的線性相關性較好。煤的真密度與④具有比較好的線性相關性。因此,可以使用統(tǒng)計學中的相關分析法,利用DEN測井與④、④與②、④與①之間的相關關系表達式,然后結(jié)合DEN測井的相關數(shù)據(jù),最終可以求出煤巖的各種工業(yè)分析參數(shù)。

2.2.2 孔隙度、滲透率和飽和度

煤層氣儲層的孔隙有2種:①裂縫孔隙;②基質(zhì)孔隙。在實際分析與研究中,通常使用電阻率測井來求取裂縫孔隙度,具體計算公式如下:

(1)

在(1)式中,Rmf為泥漿濾液電阻率;Rw為地層水電阻率;mf為裂縫孔隙度指數(shù);RLLS為淺側(cè)向電阻率;RLLD為深側(cè)向電阻率;?f為裂縫孔隙度。

基質(zhì)孔隙度可以通過計算水分含量與裂縫孔隙度之差而獲得。而煤層氣儲層的裂縫滲透率與煤層自身的裂縫發(fā)育程度關系密切,一般呈正相關,具體計算公式如下:

(2)

在(2)式中,RF為比例因子,一般可以通過相關的實驗獲得;?f為裂縫孔隙度;Kf為裂縫滲透率。

煤層氣的主要成分為甲烷,通常以吸附態(tài)存在于煤層的裂隙之中。通過Langmuir實驗定律可以看出,煤層吸附甲烷的能力比較好,這種能力主要與2種因素:溫度和壓力。在一定壓力下,煤層吸附甲烷氣體量Q的計算公式如下:

(3)

在(3)式中,Pp表示壓力;PL表示Langmuir壓力;VL表示Langmuir體積。

3 結(jié)語

①測井技術為煤層氣勘探開發(fā)的各個階段提供了有力的技術保障,提高了煤層氣勘探開發(fā)的水平和質(zhì)量,因此,必須加強測井技術的研究,加大測井技術在煤層氣勘探開發(fā)中的應用,唯有如此,才可以促進煤層氣行業(yè)的發(fā)展;②在實際應用過程中,應該根據(jù)實際地質(zhì)情況、目的以及任務,優(yōu)選合適的測井技術,進而獲得合理的解釋成果。另外,從業(yè)人員應該不斷積累和總結(jié)各種經(jīng)驗教訓,結(jié)合各種高新技術,積極探索測井新技術、新方法,才能提高測井技術的準確性。

參考文獻:

[1]肖文杰,陳雄濤.煤層氣儲層的測井評價方法研究綜述[J].云南化工,2019,46(07):9-10.

[2]張瑞.煤層氣儲層的測井評價方法研究[D].長春:吉林大學,2016.

[3]原俊紅,付玉通,宋昱.深部煤層氣儲層測井解釋技術及應用[J].油氣地質(zhì)與采收率,2018,25(05):24-31.

作者簡介:

范晉軍(1988- ),男,漢族,山西平遙人,助理工程師,本科,主要從事煤層氣物探方面的工作。

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