地球物理测井方法在煤层气储层评价中的应用
摘 要：随着现在环保要求的提高，煤层气作为一种清洁的能源，其开发变得日益重要。我国已经把煤层气的勘探开发作为能源发展的战略重点之一，地球物理测井方法在煤层气储层评价中发挥了重要作用，本文主要总结了前人在煤层气储层测井评价方面取得的成果，首先介绍了煤层储层的常见测井响应特征及主要评价参数，然后详细介绍了测井方法计算煤岩组分、确定煤层气储层孔隙度、渗透率、含气量等方面的应用，最后探讨了煤层气储层测井评价中遇到的挑战，并提出了一些建议。
关键词：测井方法 煤层气评价 参数确定
前言
煤层气储层的测井评价技术总体上可分为煤层气储层定性识别、煤层气储层定量解释和煤层气储层综合评价等3个方面。张松扬[1，2]、陈江峰[3]、HillDavidG[4]等人认为目前国内外煤层气储层常用的主要有4类评价方法，即基于常规天然气储层评价思想的定性识别方法、基于体积模型的储层解释方法、基于概率统计模型的储层评价方法和基于神经网络模型的储层评价方法。其中在利用测井资料识别煤层，国外内学者进行了大量研究工作，在确定煤层位置方面已经发展的相对比较成熟。在含气性和可采性评价方面，潘和平[5]进行了利用测井资料研究煤层含气特性的研究。在含气性和可采性评价方面，测井技术取得一定进展，但有待进一步发挥作用。利用测井进行煤的工业分析取得重要进展，在一些试验区已可以用测井计算值代替化验分析值[6，7]；在处理技术方面，应用现代非线性处理技术处于发展态势，已有一些成功的实例。侯俊胜等将现代最优化技术—遗传算法与复合型最优化法引入煤层气储层渗透性评价，进行了煤层气储层渗透性评价方法及储层综合评价方法的探索，并根据裂缝储层综合评价方法，提出了煤层气储层综合评价的若干指标和方法。吴东平[8]等人研究了利用神经网络技术在煤层技术在在煤层气测井评价中的应用，根据神经网络技术建立的计算模型，进行了煤岩组分的计算。
一、煤层气储层的测井响应特征
通常煤岩测井响应特征为低密度值、高中子值和高声波时差值。由于受煤级、灰份和水份等多种因素的影响，侧向电阻率变化较大；煤层在强还原环境下铀元素的富集，使得自然伽马的测井响应值较高，自然伽马曲线不能准确划分煤层厚度，不能明确反映煤层的灰份含量。不同的煤级测井响应不同见下表[9]。
相同煤级固定碳、灰份、挥发份、水份等含量不同，测井响应也不同。从无烟煤、低挥发物烟煤、高挥发物烟煤到褐煤，固定碳含量逐渐减少，灰份、挥发份、水份含量增加。煤级的确定是解释煤层天然气的关键，决定着煤层各参数的选取，以及煤层各组份含量的计算。因为中子、密度、双侧向电阻率曲线都能很好地反映出煤层的厚度及煤级特征，所以通常用上述曲线对煤层进行解释。
二、煤层气的主要评价参数简介
1.煤层的孔隙性[10]
煤层是一种特殊的储层，而且煤层具有双重孔隙结构，即裂隙和基质的孔洞孔隙（以微孔隙为主）。煤层在形成过程中自然形成两组相互垂直的内生裂缝（割理），一组为面割理为主要裂隙组，可以延伸很远；另一组为端割理，只发育于面割理之间。两组割理与层理面正交或陡角相交，从而把煤层分割成若干小块体（基质块体）。这些基质块体中发育了许多以微孔隙为主的孔洞孔隙，其内表面上吸附着水和气体，这些吸附气体就是煤层气（以甲烷为主）。而游离气和水溶气一般很少，可以忽略不计。因此煤层气储层的含气量只与其基质有关。
2.煤层的渗透性[11]
煤层的渗透性是制约煤层产气能力大小的关键参数，对煤层渗透起主要作用的地质因素是割理、煤体结构和有效地应力。
割理：割理是煤变质作用的产物，不同的变质阶段赋予煤不同的割理特征。辽河盆地东部煤岩岩心分析资料以及国内外资料表明，中等程度变质作用煤的割理较高，而低、高程度变质作用煤的割理较低。而割理密度越高，煤层渗透性越好，反之越差；割理壁距越大，渗透性越好，反之越差。
煤体结构：煤体结构是指煤层经过地质构造运动所形成的结构特征，适度的构造破坏增加了煤层的裂缝，有益于煤层渗透性的改善。但当构造应力把煤层破坏成非常细小的颗粒时，由于它们的充填作用，煤层的渗透性会明显变差。一般认为，煤层原生结构保存完好的煤层渗透性较好，构造煤的渗透性较差，而在构造煤中，碎裂煤的渗透性好于碎粒煤和糜棱煤。
有效地应力：有效地应力是指地应力与地层压力之差，有效地应力越高，煤层渗透性越低，反之渗透性越高。
3.煤层含气量
煤的含气量指单位煤质量（或体积）所含有煤层气的量。含气量是煤层气开发最重要的指标。它是制定煤层气计划，进行资源评价不可缺少的参数，对煤层气可采量的预测、井的结构和优化管理条件有直接影响。
三、煤层气储层的测井评价方法
1.计算煤岩组分[12]
若像常规方法那样利用测井方法计算地层的矿物成分来计算煤岩成分是行不通的。因为煤岩中的一些成分变化很大，难以确定其理论骨架参数，所以到目
前为止，计算煤岩的成分还没有理论方法。不过，国内外的煤层气测井研究发现，煤岩的成分与煤层的体积密度具有较好的线性关系，可以通过大量的工业分析数据与煤的体积密度建立起线性关系，用测井的体积密度来计算煤岩的成分。测井的体积密度和煤岩的成分具有较好的线性关系。经回归得出式（1）、（2）、（3）。
体积密度Δρ与固定碳Vc的关系：
Vc=-76.3616Δρ+189.4610 （1）
体积密度Δρ与挥发分Vv的关系：
Vv=-103.0620Δρ+167.5029 （2）
体积密度Δρ与灰分Vsh的关系：
Vsh=71.9000Δρ+98.3370 （3）
水分：Vw=1-Vc-Vv-Vsh （4）
