1、第八章第八章 煤儲層的地球物理特征煤儲層的地球物理特征第一節第一節 煤層氣測井方法煤層氣測井方法 第二節第二節 測井響應解釋煤層氣含量測井響應解釋煤層氣含量 第三節第三節 測井響應評價煤體結構測井響應評價煤體結構 第四節第四節 煤儲層滲透率預測煤儲層滲透率預測 第一節第一節 煤層氣測井方法煤層氣測井方法一、測井屬性一、測井屬性表 8-1 煤在各種測井方法中的響應（Scholes，1993） 測井方法 煤層的響應 電阻率測井 純煤的電阻率一般較高 煤中粘土(灰成分*)常常引起電阻率讀數低，因為與粘土經常伴生的結合水增加了導 電性 自然伽瑪測井 純煤的自然伽瑪值很低 粘土礦物的存在引起較高的讀數，

2、因為粘土礦物吸附天然放射性元素 其它灰成分，如細砂，通常對煤的自然伽瑪讀數無影響 密度測井(伽瑪伽瑪測井) 由于煤基質密度低，所以密度測井顯示低密度值(高的視孔隙度) 灰成分，如細粒石英，能引起密度值增高 與密度測井相關聯的光電效應(Pe)曲線，在純煤中為 0.17%-0.20%，灰成分會使其極度增高(灰成分礦物的光電效應至少是煤的 10 倍) 煤傳導電流的能力，通常以電阻率表示。煤傳導電流的能力，通常以電阻率表示。 褐煤：電阻率褐煤：電阻率1010100m100m，導電性好，屬離子導電，導電性好，屬離子導電 低中煤級煙煤：電阻率低中煤級煙煤：電阻率4000-5000m4000-5000m，為

3、不良導體，為不良導體 高煤級煙煤：電阻率為高煤級煙煤：電阻率為1000100010m10m 無煙煤：電阻率為無煙煤：電阻率為10100.0001m0.0001m，導電性好，屬，導電性好，屬電電 子導電。子導電。 影響因素：煤級、水、礦物質、煤巖成分、層理方向、影響因素：煤級、水、礦物質、煤巖成分、層理方向、 風氧化程度風氧化程度 聲波測井 在煤中顯示高孔隙度(高傳播時間) 粘土礦物對煤的這些測井值無大影響，因為純粘土與煤的孔隙度范圍相同 其它灰成分，如細粒石英，可能降低煤的視孔隙度 中子測井 在煤中常常顯示高的視孔隙度，因為它常把煤中氫作為孔隙度的指示而顯示 粘土礦物對煤的視孔隙度無大影響，因

4、為粘土與煤的視孔隙度范圍相同 其它灰成分，如細粒石英，可能降低煤的視孔隙度 自然伽瑪 在純煤中顯示低值 能譜測井 根據粘土中鉀、釷、鈾的貢獻，粘土會增加儀器讀數 其它灰成分，如細粒的砂，一般對應于低計數率 中子伽瑪 對煤的元素組成以高精度響應，通常足以識別煤中的碳和氫 能譜測井 灰成分（包括粘土礦物）具有指示更多元素的效應，增加的典型元素有硅、鈣、鐵、鋁和鉀 注：*灰成分指煤中能形成灰分的礦物成分 二、地震屬性二、地震屬性地震反演煤體結構圖地震反演煤體結構圖地震屬性分析技術地震屬性分析技術 地震屬性包括振幅、相位、速度、時間、地震屬性包括振幅、相位、速度、時間、AVOAVO、波阻抗、衰減系數和

5、頻率等、波阻抗、衰減系數和頻率等. .測井地震多屬性定量分析識別煤層宏觀結構13-1煤層煤層A異異常常區區C異異常常區區B異異常常區區A異異常常區區C異異常常區區B異異常常區區AVOAVO技術是利用技術是利用CDPCDP道集上地震反射波振幅隨炮檢距的道集上地震反射波振幅隨炮檢距的變化特征預測目的層段巖性和所含流體性質的技術變化特征預測目的層段巖性和所含流體性質的技術 AVO AVO技術探測煤層吸附氣技術探測煤層吸附氣潘三礦東四下山采區潘三礦東四下山采區13煤層氣含量平面分布圖煤層氣含量平面分布圖 7800078500790007950080000300003050031000315003200

6、0 0.9 to 1.1 1.9 to 2.1 2.9 to 3.1 3.9 to 4.1 4.9 to 5.1 5.9 to 6.1 6.9 to 7.1 地震波形分類預測煤層裂隙地震波形分類預測煤層裂隙13-1煤層11-2煤層8煤層一、理論基礎一、理論基礎 煤層含氣量隨鏡質組、惰質組含量及煤煤層含氣量隨鏡質組、惰質組含量及煤厚的增加而增加，隨煤體結構破碎程度的加大厚的增加而增加，隨煤體結構破碎程度的加大而增大，隨變質程度和埋深的加深而增加。煤而增大，隨變質程度和埋深的加深而增加。煤巖組成直接影響到煤層視電阻率的高低，巖組成直接影響到煤層視電阻率的高低，煤層體積密度、力學性質與煤體結構相關，

7、可煤層體積密度、力學性質與煤體結構相關，可直接從密度伽瑪伽瑪和聲波時差測井曲線直接從密度伽瑪伽瑪和聲波時差測井曲線上得到反映上得到反映 。 在成煤物質、沉積環境、煤變質程度、在成煤物質、沉積環境、煤變質程度、水分和礦物雜質含量相似的煤層中，煤體結構水分和礦物雜質含量相似的煤層中，煤體結構愈破碎，煤層體積密度、楊氏模量愈低，孔隙愈破碎，煤層體積密度、楊氏模量愈低，孔隙率愈大，甲烷含量愈高，煤層電阻率愈大，自率愈大，甲烷含量愈高，煤層電阻率愈大，自然伽瑪減弱，而聲波時差則相應增大。然伽瑪減弱，而聲波時差則相應增大。第二節第二節 測井響應解釋煤層氣含量測井響應解釋煤層氣含量 物質名稱物理性質電阻率m

8、密度g/cm3聲波時差m/s自然伽瑪API有機質褐煤的純煤4040001.101.25 400560 0煙煤的純煤10050001.251.35無煙煤的純煤0.0011001.351.50無機質粘土礦物 n103 2.002.60 180250高嶺石：7.85蒙脫石：4.45伊利石：86.68綠泥石：94.86黃鐵礦10-810-45.05901000水份10-8 n1021.001.22620655純水為0甲烷氣體1041090.000716822600純煤、礦物質、水分和甲烷的物理性質純煤、礦物質、水分和甲烷的物理性質APIAPI4d/1d/2d2鉆探測井h/hd/dd1hhdddd)(2

9、2二、數據預處理二、數據預處理 1、深度校正、深度校正2、 煤層含氣量基準換算煤層含氣量基準換算 100)(100)()(44arardafarAMCHCH100100)()(44ardarMCHCHadaradarMMCHCH100100)()(44CH4煤層含氣量，煤層含氣量，cm3/g；A、M煤樣灰分含量（煤樣灰分含量（%）和水分含量（）和水分含量（%）；）；ar、ad、d、daf分別為原位基收到基）、空氣分別為原位基收到基）、空氣 干燥基、干燥基和干燥無灰基。干燥基、干燥基和干燥無灰基。3、參數歸一化處理、參數歸一化處理 minmaxminXXXXXminmaxXXXXXbX煤層原始數

10、據煤層原始數據Xmax、Xmin測井曲線剔除風化、氧化帶后測井曲線剔除風化、氧化帶后 物性響應的最大值、最小值物性響應的最大值、最小值 實測煤層含氣量最大值、最小值實測煤層含氣量最大值、最小值 相應煤層埋深最大值、最小值；相應煤層埋深最大值、最小值；Xb標志層原始物性響應平均值；預處理后的數據。標志層原始物性響應平均值；預處理后的數據。 表表 4 數字測井與模擬測井擬合的煤層含氣量回歸方程數字測井與模擬測井擬合的煤層含氣量回歸方程 地點 測井響應類型 回歸方程 采 樣 總 數 自 變 量 相 關 系 數 桃園CQ-4孔數字測井 219. 1119. 0574. 4921. 1943. 1tRd

11、Q 6 4 0.9999 蘆嶺CQ-5孔數字測井 610. 2630. 2068. 3050. 1193. 0tRdQ 8 4 0.9664 蘆嶺井田模擬測井 244. 0788. 2305. 0389. 0r rrdQ 16 3 0.6477 淮北 宿南向斜模擬測井 726. 4236. 8642. 57200. 0rrRdQ 36 3 0.6240 新集CQ-2孔數字測井 605. 1390. 2685. 1528. 0tRdQ 12 3 0.9426 顧橋CQ-3孔數字測井 087. 0224. 1108. 2203. 0336. 0tRdQ 8 4 0.9667 淮南 新集井田模擬測井

12、 220. 0056. 0643. 0RdQ 14 2 0.8649 注：Q預處理后的煤層含氣量， 是一個相對值， 由預處理方程反算得到煤層含氣量；、R、rr 、r、t分別為預處理后的煤層理深、 （視）電阻率、密度、伽瑪伽瑪、自然伽瑪和聲波時差。 4、逐步回歸分析、逐步回歸分析02468100246810Measured coalbed gas contents, cm3/gPredicted coalbed gas contents,cm3/g5、質量檢驗、質量檢驗 為了評價回歸方程的可靠性和精確程度，需對其進行顯為了評價回歸方程的可靠性和精確程度，需對其進行顯著性檢驗著性檢驗和精度檢驗。和

13、精度檢驗。 6、煤層氣含量、煤層氣含量 預測預測 宿南向斜模擬宿南向斜模擬測井響應預測測井響應預測的煤層含氣量的煤層含氣量與實測煤層含與實測煤層含氣量基本一致氣量基本一致 第三節第三節 測井響應評價煤體結構測井響應評價煤體結構表 8-3 煤體結構特征 類型 賦存狀態 和分層特點 光澤和層理 煤體破碎程度 裂隙、揉皺 發育程度 手試程度 原生結構煤 層狀、似層狀，與上下分層整合接觸 煤巖類型界線清晰，原生條帶狀結構明顯 呈現較大的保持棱角狀的塊體，塊體間無相對位移 內、外生裂隙均可辨認，未見揉皺鏡面 不動或成厘米級塊 碎 裂 煤 層狀、似層狀透鏡狀，與上下分層呈整合接觸 煤巖類型界線清晰，原生條

14、帶結構斷續可見 呈現棱角狀塊體，但塊間已有相對位移 煤體被多組互相交 切 的 裂 隙 切割，未見揉皺鏡面 可捻搓成厘米、毫米級或煤粉 碎 粉 煤 透鏡狀、 團塊狀，與上下分層呈構造不整合接觸 光澤暗淡，原生結構遭到破壞 煤被揉搓捻碎,主要粒級在 1mm 以上 構造鏡面發育 易捻搓成毫米級碎粒或煤粉 糜 棱 煤 透鏡狀、 團塊狀，與上下分層呈構造不整合接觸 光澤暗淡，原生結構遭到破壞 煤被揉搓捻碎得更小，主要粒級在1mm 以下 構造、揉皺鏡面發育 極易捻搓成粉末或粉塵 abcd10.0m7.5m5.0m2.5m0.01.01.71.31.81.80.51.20.40.60.71.01.00.90

15、.80.70.40.70.70.50.90.61.10.81.42.71.91.00.40.90.90.92.01.0132.82.11.4原生結構煤碎裂煤碎斑煤糜棱煤（碎粉煤）848848 1-848-28473號溜斜切眠掘進頭切眠掘進頭3號溜斜845-1機巷掘進頭821-1上提機巷825-2切眠掘進頭8112號回風石門8113號溜斜蘆嶺礦801溜斜煤厚(M)再生頂再生頂再生頂0.30.10.51.41.02.1碎粉煤糜棱煤一、井下觀察一、井下觀察 淮北桃園井田煤體結構井下觀察與測井解釋對照圖淮北桃園井田煤體結構井下觀察與測井解釋對照圖4.03.02.01.038103.7810煤厚原生結構

16、煤碎裂煤井下觀察測井解釋碎斑煤糜棱煤/m二、井下觀察與測井解釋對照二、井下觀察與測井解釋對照三、聚類分析三、聚類分析0.65相似系數11798202121315191831441252262411237162510-.6750.8666.9639.7933.2098.8488.9941-.5430.5984.9853.9551.8620.2754.9730-.9431.9954.9894.9623.9233.9992.9923.9989.9821.6926相關系數相關系數相似系數相似系數歐氏距離歐氏距離斜交距離斜交距離類平均值類平均值離差平方和增量離差平方和增量最長距離最長距離最短距離最短距離

17、重心法重心法 四、煤體結構類型檢驗四、煤體結構類型檢驗 1 1、參考井下觀察和鉆孔煤心、參考井下觀察和鉆孔煤心 2 2、將分析的層點測井曲線與同一、將分析的層點測井曲線與同一煤層的原生結構煤的測井曲線進行對比，比煤層的原生結構煤的測井曲線進行對比，比較同一種參數曲線之間的差異，以確定該點較同一種參數曲線之間的差異，以確定該點測井曲線有無變化及變化的部位和變化的明測井曲線有無變化及變化的部位和變化的明顯程度是否與劃分的煤體結構類型相符；顯程度是否與劃分的煤體結構類型相符； 3 3、將要分析的層點測井曲線與同、將要分析的層點測井曲線與同一鉆孔中其它煤層的測井響應值進行對比，一鉆孔中其它煤層的測井響

18、應值進行對比，分析該點測井曲線幅值和基本形態是否符合分析該點測井曲線幅值和基本形態是否符合層域之間的變化規律，對異常變化部位要分層域之間的變化規律，對異常變化部位要分析其影響因素，保證判識的淮確性；析其影響因素，保證判識的淮確性； 4 4、將要分析的層點測井曲線與鄰近、將要分析的層點測井曲線與鄰近鉆孔中同一煤層的測井響應值進行對比，分鉆孔中同一煤層的測井響應值進行對比，分析該點測井曲線幅值和基本形態是否符合區析該點測井曲線幅值和基本形態是否符合區域上的變化規律，對異常變化部位要分析其域上的變化規律，對異常變化部位要分析其影響因素，保證資料解釋的一致性。影響因素，保證資料解釋的一致性。 測井曲線

19、將煤體結構劃分為：測井曲線將煤體結構劃分為： 原生結構原生結構碎裂煤（碎裂煤（類）、類）、 碎斑煤（碎斑煤（類）類） 糜棱煤（糜棱煤（類）類）不同結構類型測井曲線特征不同結構類型測井曲線特征 曲線形態特征曲線形態特征 煤體結構類型煤體結構類型 視電阻率視電阻率 自然伽瑪自然伽瑪 伽瑪伽瑪伽瑪伽瑪 聲波時差聲波時差 原原生生結構結構碎碎裂裂結構結構（I I） 幅值高、界面陡值、幅值高、界面陡值、 峰項圓滑峰項圓滑 低幅值異常，低幅值異常， 多呈近似緩波狀多呈近似緩波狀 高幅值、峰頂一高幅值、峰頂一般般近似水平鋸齒狀近似水平鋸齒狀 高幅值、峰頂高幅值、峰頂 一般呈緩波狀一般呈緩波狀 碎碎粒粒結構結

20、構 （IIII） 與與 I I 類相比， 幅值略類相比， 幅值略有降低， 多呈微臺階狀有降低， 多呈微臺階狀或微波浪狀或微波浪狀 幅值變化不明顯幅值變化不明顯 與與 I I 類相比，類相比， 幅值略有增大幅值略有增大 與與 I I 類相比，類相比， 幅值略有增大幅值略有增大 糜糜棱棱結構結構（IIIIII） 幅值明顯降低，上、幅值明顯降低，上、下臺階狀、凸形或箱下臺階狀、凸形或箱形。形。 當全層都是當全層都是 IIIIII 類類時， 多數界面呈緩波狀時， 多數界面呈緩波狀 幅值變化不明顯幅值變化不明顯 大多數幅值大多數幅值 明顯增大明顯增大 幅值明顯增大。峰幅值明顯增大。峰頂多呈參差齒狀或頂多

21、呈參差齒狀或大的波浪起伏狀大的波浪起伏狀 表 6 淮南新集井田 CQ-2 煤層氣井 13-1 煤層數字測井煤體結構聚類結果 埋深 電阻率 密度 自然伽瑪 聲波時差 聚類結果 496.73 0.093 0.091 0.487 0.709 497.61 0.223 0.243 0.592 0.499 498.53 0.572 0.076 0.412 0.467 499.37 0.907 0.068 0.157 0.453 500.21 0.805 0.106 0.232 0.432 501.12 0.977 0.091 0.067 0.387 501.93 0.953 0.090 -0.037 0

22、.376 502.77 0.512 0.038 0.262 0.688 503.71 0.084 0.76 0.207 0.667 表表 612 淮淮北北宿宿東東向向斜斜蘆蘆嶺嶺井井田田 CQ5數數字字測測井井煤煤體體結結構構聚聚類類結結果果 煤層 甲烷含量 cm3g-1 取樣深度 m 視電阻率 m 密度 gcm-3 自然伽瑪 r 聲波時差 ums 聚類結果 8 3.73 606.640 80.89 1.710 161.74 224.32 8 8.59 609.005 418.33 1.390 36.69 436.49 8 9.44 611.660 494.70 1.360 29.19 419

23、.92 8 5.71 615.835 309.35 1.390 43.79 443.24 9 8.62 623.965 117.86 1.280 53.25 351.35 9 5.95 625.335 100.59 1.330 63.12 439.19 10 8.60 712.175 560.99 1.410 54.44 335.13 10 10.77 712.935 1244.08 1.220 25.64 407.43 最大值 10.77 712.935 3019.95 3.160 285.15 608.11 最小值 3.73 606.640 5.25 1.084 15.73 1.35 極差

24、 7.04 106.295 3014.70 2.076 269.42 606.76 注：自然伽瑪強度單位為1E（14）AKg 第第三三節節 煤煤儲儲層層滲滲透透率率預預測測 Coal structureType IIIType IType IType IIBuried depth, m-504-503-502-501-500-499-498-497-496Resistivity00.51R, mDensity00.51, g/cm3Gamma00.51, gAPIAcoustic time00.51t, s/m 第四節第四節 煤儲層滲透率預測煤儲層滲透率預測 影響煤儲層滲透率的因素十分復雜，主

25、要有地應影響煤儲層滲透率的因素十分復雜，主要有地應力、煤體結構、天然裂隙、地質構造、煤儲層埋深、力、煤體結構、天然裂隙、地質構造、煤儲層埋深、煤巖、煤質及水文地質條件等，有時是多因素綜合作煤巖、煤質及水文地質條件等，有時是多因素綜合作用，有時是某一因素起主導作用。用，有時是某一因素起主導作用。 煤體結構類型對煤儲層滲透率有重要影響，碎斑煤體結構類型對煤儲層滲透率有重要影響，碎斑煤（煤（）、糜棱煤（）、糜棱煤（）的發育與分布是造成煤儲層）的發育與分布是造成煤儲層滲透率降低及區域變化的主要原因，了解和預測滲透率降低及區域變化的主要原因，了解和預測、類煤的分布特征，將是預測煤層滲透率區域變化的類煤的

26、分布特征，將是預測煤層滲透率區域變化的一種有效途徑。一種有效途徑。一、煤體結構類型的厚度和百分比一、煤體結構類型的厚度和百分比 各種煤體結構類型煤分層厚度的確定應在反各種煤體結構類型煤分層厚度的確定應在反映變化相對明顯的主要測井參數曲線上進行，映變化相對明顯的主要測井參數曲線上進行，以發生變化的始、末點作為分層界線點，兩點以發生變化的始、末點作為分層界線點，兩點之間的煤厚即為該結構類型煤的分層厚度。之間的煤厚即為該結構類型煤的分層厚度。 、類煤不發育區類煤不發育區 、類煤厚度百分比小于類煤厚度百分比小于20的層的層點分布區；點分布區； 、類煤較發育區類煤較發育區 、類煤厚度比例界于類煤厚度比例

27、界于2050%的的層點分布區層點分布區 、類煤發育區類煤發育區 、類煤厚度比例大于類煤厚度比例大于50的層的層點分布區。點分布區。淮南主采煤層y = 7.6428e-0.0968xr= 0.790.0010.010.11100102030405060708090 100、類構造煤厚度百分比/滲透率10-3m20968. 06428. 7eK二、滲透率與二、滲透率與、類構造煤的關系類構造煤的關系 高滲區高滲區 、類煤厚度比例小于類煤厚度比例小于2020，滲透率大于，滲透率大于1 1 10-3m210-3m2；中滲區中滲區 、類煤厚度比例界于類煤厚度比例界于202050%50%， 滲透率界于滲透率

28、界于0.110.11 10-3m2 10-3m2；低滲區低滲區 、類煤厚度比例大于類煤厚度比例大于5050，滲透率小于，滲透率小于0.10.1 10-3m2 10-3m2 原生結構原生結構 碎裂煤碎裂煤(類煤類煤) )分布區，就是相對高滲區，分布區，就是相對高滲區，、類煤發育區，即為相對低滲區。類煤發育區，即為相對低滲區。三、滲透率分類三、滲透率分類 表表 614 淮北勘探范圍內（淮北勘探范圍內（1000m 以淺）、類煤厚度比與滲透率分布頻率表以淺）、類煤厚度比與滲透率分布頻率表 、類煤厚度比與滲透率分布頻率 0% 020% 2050% 50% 礦 區 井田 煤層 層點數 110-3m2 0.

29、1110-3m2 0.110-3m2 7 4 100 8 30 6.7 13.3 80.0 9 8 50.0 50.0 宿 東 向 斜 蘆 嶺 10 10 60.0 40.0 桃園 10 83 77.1 4.8 13.3 4.8 61 86 90 0 7.0 3.0 71 124 96.8 0 0.0 3.2 72 136 8.1 0 2.2 89.7 祁 南 10 74 82.4 1.4 8.1 8.1 61 87 84 0 5.7 10.3 71 105 79.1 0 9.5 11.4 宿 南 向 斜 祁 東 82 123 56.1 1.6 22.8 19.5 、類煤厚度百分比與滲透率分布

30、頻率 0 020 2050 50 地區 煤層 層點數 110-3m2 0.1110-3m2 0.110-3m2 潘 集 井 田 13-1 11-2 8 7-1 6-1 5-2 4-2 4-1 1+3 183 164 109 99 63 86 98 100 28 37.6 70.2 33.0 56.0 63.5 51.1 78.6 40.0 32.1 7.7 0.6 0.9 0.0 1.6 1.2 1.0 3.0 25.0 18.6 15.2 15.6 7.0 7.9 24.4 6.1 20.0 28.6 36.1 14.0 50.5 37.0 27.0 23.3 14.3 37.0 14.3 張 集 井 田 13-1 11-2 9-1 8 6-1 1 92 9 55 72 69 67 61.9 61.6 85.5 58.3 65.2 35.8 7.6 1.0 0.0 5.6 0.0 9.0 19.6 17.2 1.8 19.4 20.3 40.3 10.9 20.2 12.7 16.7 14.5 14.9 淮南 新 集 井 田 13-1 11-2 9-1 8 6-1 1 42 50 39 47 52 50 11.9 20.0 48.7 25.5 13.6 50.0 11.9 12.0 0.0 6.4 3.