1、煤成氣砂巖儲層的測井探測技術 0引言在煤礦開采過程中，瓦斯（煤層氣）災害是需要耗費大量的人力、物力進行預防的地質災害，而且其無效的排放也污染了環境，增加了大氣的溫室效應。從另一方面來講，煤層氣則是一種潔凈能源，其開發利用可以彌補常規能源的不足1。因而煤層氣作為一種自然資源的開發利用越來越備受各國政府和企業的重視，現階段我國對煤層本身所含煤層氣較為重視，而對儲存在砂巖里的煤成氣的研究稍顯不足，有事實證明一些地區煤成氣砂巖儲層亦具有很好的開發價值，因而，其探測方法的研究亦具有重要的現實意義。1煤成氣砂巖儲層11生氣巖泥巖：砂巖附近的泥巖中，如果富含分散有機質，如動、植物化石等，在還原強還原環境湖相

2、沼澤的沉積環境中，可以形成煤成氣而成為砂巖儲層的氣體來源5。煤層：煤層本身是良好的生、儲氣層，盡管煤基質中微孔隙發育，具有較強的儲氣能力，但煤層所生成的氣體僅有一部分保留在煤層中，相當一部分運移出去。同時，煤層中煤層氣有三中賦存狀態：溶解態、吸附態和游離態1，在外界條件發生變化時（比如壓力、溫度等），也可能從煤層中溢出而成為砂巖儲層的煤成氣來源。12儲集層具有孔隙性和滲透性的砂巖，砂巖附近煤層、泥巖形成的煤成氣可以通過裂隙、孔隙等通道運移到砂巖中，但要形成良好的儲氣層，必須有良好蓋層。致密的泥巖、粉砂巖是氣層的良好蓋層。2測井探測煤成氣砂巖儲層的基本原理煤田測井經過幾十年的發展形成了以核、聲、

3、電三種測井系列為主的諸多測井方法，解決了煤田勘探中煤、巖層的定性、定厚問題，同時在孔隙度的解釋與利用等方面也取得了較好的成果。對于煤成氣砂巖儲層來說，含煤成氣的條件之一就是砂巖地層本身具有空隙，所以識別煤成氣砂巖儲層的測井方法主要是與地層孔隙度有關的密度、中子中子、聲波測井。密度測井：密度測井是利用中等能量的伽馬射線通過地層時與介質發生康普頓效應，射線被介質吸收，其康普頓吸收系數可式中e為每個電子的康普頓散射截面，對中等能量的伽馬射線，e可視為常數；z為介質的原子序數，a為介質的原子量，對于沉積地層而言，z/a之值約為0.5左右；na為阿佛加德羅常數（6.022×1023/mol）；

4、b為介質體積密度。從（1）式可以看出體積密度b與康普頓吸收系數成正比，密度測井儀器通過刻度可以直接計算出地層的體積密度b。 當砂巖孔隙中含有水和煤成氣時，根據體積模型，密度測井的響應方程可表示為b=（1vsh）ma+sgg+（1sg）w+vshsh（2）式中b為體積密度，、s、v分別代表總孔隙度、飽和度、和相對體積；下標ma、sh、w、g分別代表骨架、泥質、地層水、和煤成氣。由于水、煤成氣的密度遠小于砂巖骨架與泥質的密度，由（2）式可知，與致密砂巖相比，具孔隙的砂巖在密度測井曲線上表現為曲線幅度降低，利用這一特點可以定性判斷砂巖地層孔隙度的大小。中子中子測井：中子中子測井的核物理基礎是高能中子

5、與地層介質連續發生彈性散射，使高能中子不斷減速直至變成熱中子，并最終被原子核俘獲。理論和核實驗均證明氫是最強的減速劑，因而，中子中子測井主要反映的是地層含氫量。地層的含氫量用含氫指數表示，規定淡水的含氫量為1個單位，1cm3的任何巖石和礦物的含氫量與同體積淡水含氫量的比值，稱為該巖石或礦物的含氫指數，6用公式表示為（3）式中h為含氫指數；m、nh分別為介質化合物的克分子量和每個分子中的氫原子數。由（3）式可以看出地層的含氫指數不僅與地層中每個分子所含氫原子的數量有關，亦與地層密度有關，所以中子中子測井應該看作是對地層氫濃度的測量。盡管煤成氣每個分子（主要成分為ch4）中的氫原子數較多，但其密度

6、遠小于水，所以砂巖中煤成氣的含量降低了地層的含氫指數。當砂巖孔隙中含有水和煤成氣時，根據體積模型，中子中子測井孔隙度的響應方程可表示為（4）式中n為中子孔隙度，h、s、v分別代表含氫指數、總孔隙度、飽和度、和相對體積；下標ma、sh、w、g分別代表骨架、泥質、地層水、和煤成氣。由（4）式可知：砂巖的中子孔隙度n與含氣飽和度sg成反比，當孔隙地層具有較高含氣飽和度時，由于孔隙空間的含氫密度低，高孔隙度的氣層表現為較低中子孔隙度，因而，4中子中子測井儀也稱為“氣探測器”。砂巖的中子孔隙度n與地層的泥質含量vsh有正比關系，因而影響了中子中子測井對含有泥質的煤成氣砂巖儲層的探測靈敏度。長、短源距聲波

7、時差測井：短源距（近探測器8ft與遠探測器10ft）聲波測井徑向探測深度淺，受沖洗帶含氣飽和度影響程度??；長源距（近探測器10ft與遠探測器12ft）聲波測井徑向探測深度深，受沖洗帶含氣飽和度影響程度大。當長源距縱波時差大于短源距縱波時差時，指示為氣層。反之，當長源距縱波時差等于短源距縱波時差時，指示為非氣層2。3實例分析如圖所示為我國某煤田測井探測煤成氣砂巖儲層的實例，對于煤田測井來說，利用視電阻率、自然電位、自然伽馬和密度等測井方法劃分鉆孔巖性剖面是比較成熟的方法，而本文重點討論測井探測煤成氣砂巖儲層的方法，所以圖中僅顯示了聲波時差（tc，單位s/ft）、中子中子孔隙度（n，單位%）、密度（b，單位g/cm3）三種方法的測井曲線，以便于進行討論和分析。4結論與討論由上述分析可知：煤田中在煤層附近有煤成氣砂巖儲層、泥質砂巖儲層的存在