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煤层气地球物理技术研究综述

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煤层气 地球物理 技术研究 综述
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© 1994 , 郭 全 仕中 国 石 化 石 油 勘 探 开 发 研 究 院 , 北 京 汉 中 国 石 化 石 油 勘 探 开 发研 究 院 南 京 石 油 物 探 研 究 所 , 江 苏 南 京摘 要 根 据 煤 矿 区 瓦 斯 和 地 面 区 域 煤 层 气 开 发 实 践 的 调 研 资 料 , 从 个 方 面 评 述 了 煤 层 气地 球 物 理 技 术 研 究 成 果 ① 煤 层 气 岩 石 物 理 , 包 括 煤 密 度 与 煤 化 作 用 的 关 系 、 煤 层 气 对 煤 岩力 学 特 性 的 影 响 、 含 气 煤 层 电 性 参 数 特 征 、 含 气 煤 层 的 电 磁 辐 射 等 ② 煤 层 气 测 井 技 术 , 包括 含 气 煤 层 的 测 井 响 应 、 煤 层 含 气 性 测 井 解 释 、 测 并 对 煤 层 气 可 采 性 的 描 述 等 ③ 煤 层 气 地展 技 术 , 包 括 煤 层 地 展 波 特 征 、 技 术 、 益 后 地 展 属 性 技 术 等 ④ 其 他 煤 层 气 地 球 物 理 技术 , 包 括 非 展 勘 探 技 术 、 综 合 地 球 物 理 技 术 等 。 研 究 表 明 , 形 成 针 对 中 国 煤 层 气 勘 探 开 发 地质 情 况 的 地 球 物 理 技 术 系 列 是 主 要 研 究 趋 势 。关 健 词 煤 层 气 地 球 物 理 岩 石 物 理 测 井 地 展 非 震 技 术加’ ,印 刁 眼 玩 , , 《七 , , ,滋 ,伴 飞 ① 伴, , 一, 脚 一 吐 ,卿 ② 骊 , 颐 印脚 一 , 脚 一 ③, , , 卯 一④ 罗 , 而 , 户卯 , , 脚 罗第 一 作 者 简 介 李 辛 子 , 男 , 年 生 , 高 级 工 程 师 , 从 事 煤 层 气 勘 探 研 究 。 通 讯 地 址 北 京 市 海 淀 区 学 院路 号 , 一 二 而 拱 · 。 嗒 ’· ·© 1994 ’价 八 如 , 晓 叩 , 肋 , 函 ,而 , 而国 外 主 要 工 业 国 家 不 把 煤 作 为 主 要 能 源 , 对 煤 田 勘 探 地 球 物 理 技 术 研 发 投 人 有 限 , 利用 地 球 物 理 技 术 研 究 煤 层 气 资 源 分 布 和 富 集 规 律 的 工 作 进 展 较 慢 。 在 美 国 , 由 于 煤 层 气 井较 浅 , 钻 探 发 现 煤 层 气 的 成 本 较 地 球 物 理 勘 探 发 现 成 本 低 , 故 大 多 数 煤 层 气 公 司 都 采 用 大的 钻 井 来 进 行 勘 探 。 世 纪 年 代 以 来 , 随 着 煤 层 气 井 增 产 措 施 的 应 用 , 服 务 于 开 发的 煤 层 气 地 球 物 理 技 术 才 得 到 了 重 视 。 但 由 于 地 球 物 理 技 术 尤 其 是 三 维 地 震 的 工 作 成 本 高和 技 术 难 点 多 , 在 煤 层 气 勘 探 方 面 , 地 球 物 理 技 术 并 未 推 广 应 用 。 我 国 是 以 煤 炭 为 主 要 能源 的 国 家 , 煤 矿 煤 层 气 瓦 斯 是 重 要 的 安 全 问 题 , 积 极 应 用 地 球 物 理 技 术 研 究 煤 与 瓦斯 的 固 气 栩 合 特 征 及 其 规 律 一 直 是 国 家 重 大 科 技 攻 关 项 目 的 组 成 部 分 , 其 研 究 成 果 具 有 一定 的 借 鉴 意 义 。 近 年 来 , 地 面 煤 层 气 勘 探 开 发 的 实 践 表 明 , 我 国 地 质 条 件 复 杂 , 勘 探 开 发成 本 较 大 , 需 要 寻 找 一 套 适 合 我 国 地 质 情 况 的 技 术 系 列 。 本 文 初 步 总 结 了 近 年 来 我 国 包 括煤 矿 区 在 内 的 煤 层 气 地 球 物 理 技 术 研 究 成 果 , 以 期 将 这 种 技 术 推 广 到 区 域 上 的 煤 层 气 勘 探开 发 中 。煤 层 气 岩 石 物 理侧 试 并 确 定 富 气 和 不 富 气 煤 层 的 岩 性 和 物 性 特 征 , 以 及 这 些 与 测 井 曲 线 和 地 震 波 场 等特 征 之 间 的 响 应 关 系 是 煤 层 气 岩 石 物 理 研 究 的 重 要 内 容 。 这 方 面 的 工 作 以 煤 矿 煤 层 气 研 究较 深 人 。煤 密 度 与 煤 化 作 用 的 关 系从 低 煤 化 度 开 始 , 随 煤 化 程 度 的 提 高 , 煤 的 真 密 度 缓 慢 减 小 , 到 碳 含 量 为一 之 间 的 中 等 煤 化 程 度 时 , 煤 的 真 密 度 最 低 , 约 为 岁 扩 左 右 , 此 后 , 煤 化程 度 再 提 高 。 对 同 一 煤 样 , 煤 的 真 密 度 数 值 大 于 视 密 度 人 。 根 据 煤 的 真 密 度 和 视 密度 还 可 算 出 煤 的 孔 隙 度 。 煤 中 矿 物 质 组 成 与 含 量 对 煤 的 密 度 影 响 较 大 , 可 以 粗 略 地 认 为煤 的 灰 分 每 增 加 , 煤 的 密 度 增 加 。煤 真 密 度 随 煤 化 程 度 的 变 化 是 煤 分 子 结 构 变 化 的 宏 观 表 现 , 反 映 了 煤 分 子 结 构 的 紧 密程 度 和 化 学 组 成 的 特 点 。 其 中 , 分 子 结 构 紧 密 程 度 是 影 响 煤 真 密 度 的 关 键 因 素 。 年 轻 的 褐煤 分 子 结 构 上 有 较 多 的 侧 链 和 官 能 团 , 在 空 间 形 成 较 大 孔 隙 , 难 以 形 成 致 密 的 结 构 , 所 以密 度 较 低 随 煤 化 程 度 的 提 高 , 分 子 上 的 侧 链 和 官 能 团 呈 减 少 趋 势 , 与 此 同 时 , 分 子 上 的氧 元 素 则 迅 速 减 少 , 虽 然 侧 链 和 官 能 团 的 减 少 有 利 于 密 度 的 提 高 , 但 氧 的 原 子 量 较 碳 大 ,氧 的 减 少 造 成 密 度 下 降 占 优 势 , 总 体 上 使 煤 的 真 密 度 有 所 下 降 到 无 烟 煤 阶 段 后 , 煤 分 子结 构 上 的 侧 链 和 官 能 团 迅 速 减 少 , 使 煤 分 子 缩 聚 成 为 非 常 致 密 的 芳 香 结 构 , 从 而 煤 的 真 密度 也 随 之 迅 速 增 大 赵 跃 民 , 仪 “ 谢 克 昌 , 。· ·© 1994 , 煤 体 吸 附 煤 层 气 的 含 量 对 煤 的 力 学 性 能 的 影 响 是 显 著 的 。 一般 来 说 , 煤 层 气 含 量 越 高 煤 体 强 度 越 低 , 向 呈 塑 性 变 形 转 化 , 出 现 体 积 膨 胀 煤 层 气 含 量越 低 煤 体 强 度 越 高 , 煤 体 压 缩 性 减 小 , 向 呈 脆 性 破 坏 转 化 。煤 层 气 对 煤 岩 体 弹 性 模 量 的 影 响弹 性 模 量 的 测 试 结 果 表 明 , 煤 中 含 煤 层 气 时 , 其 弹 性 模 量 变 化 很 大 。 在 单 轴 情 况 下 ,弹 性 模 量 依 赖 于 孔 隙 压 力 , 并 随 孔 隙 压 力 的 增 加 呈 直 线 关 系 衰 减 而 在 有 围 压 作 用 的 情 况下 , 衰 减 变 缓 。 严 格 地 讲 , 弹 性 模 量 与 孔 隙 压 力 和 围 压 都 有 关 系 。 一 般 情 况 下 , 弹 性 模 量与 孔 隙 压 力 之 间 的 变 化 关 系 不 按 直 线 规 律 衰 减 , 而 与 围 压 有 关 。 但 在 孔 隙 压 力 不 太 高 的 情况 下 可 用 直 线 规 律 来 表 示 弹 性 模 量 与 孔 隙 压 力 之 间 的 关 系 。 煤 体 由 于 吸 附 煤 层 气 含 量 增加 , 弹 性 模 量 降 低 。 其 原 因 是 煤 层 气 分 子 受 煤 岩 固 体 颗 粒 吸 引 , 附 着 于 颗 粒 表 面 , 联 结 力小 于 原 来 联 结 力 , 而 且 煤 层 气 分 子 还 将 被 吸 引 而 挤 人 两 个 相 接 触 很 近 的 固 体 颗 粒 间 使 其 间距 增 加 , 也 使 联 结 力 减 小 , 煤 岩 体 宏 观 上 抵 抗 变 形 的 能 力 降 低 。 煤 对 煤 层 气 吸 附 量 是 随 孔隙 压 力 增 加 呈 非 线 性 增 加 的 。 因 此 , 总 体 上 说 , 弹 性 模 量 及 强 度 都 将 随 孔 隙 压 力 增 加 而 降低 , 随 孔 隙 压 力 减 小 而 增 加 。煤 层 气 对 煤 岩 体 力 学 响 应 的 影 响通 过 刚 性 试 验 机 试 验 得 到 的 煤 在 煤 层 气 孔 隙 压 力 作 用 下 的 应 力 一 应 变 曲 线 表 明 , 煤 的初 始 变 形 阶 段 就 受 孔 隙 煤 层 气 的 影 响 , 其 应 力 一 应 变 之 间 就 不 再 呈 线 性 关 系 , 孔 隙 压 力 不同 , 其 初 始 弹 性 模 量 也 不 相 同 , 这 是 由 于 煤 对 煤 层 气 具 有 强 烈 的 吸 附 和 解 吸 作 用 造 成 的 。含 煤 层 气 煤 在 整 个 变 形 过 程 中 力 学 特 性 发 生 了 变 化 , 除 孔 隙 压 力 的 力 学 作 用 , 还 有 煤 层 气的 物 理 作 用 。 孔 隙 压 力 增 加 , 煤 体 的 煤 层 气 含 量 也 增 加 , 使 煤 体 吸 附 煤 层 气 的 能 力 增 加章 梦 涛 等 , 。含 气 煤 层 电 性 参 数国 内 外 对 煤 层 电 性 参 数 做 了 大 量 测 定 , 并 研 究 得 出 了 其 与 突 出 影 响 因 素 之 间 的 关 系程 五 一 等 , 赵 跃 民 , 抖变 质 程 度 。 褐 煤 的 电 阻 率 较 低 , 随 着 煤 化 程 度 加 深 , 电 阻 率 增 加 , 到 长 焰 煤 时达 到 最 大 , 此 后 煤 化 程 度 加 深 , 煤 的 电 阻 率 呈 缓 慢 下 降 趋 势 , 到 碳 含 量 达 到 以 上 的无 烟 煤 时 , 电 阻 率 迅 速 下 降 。 煤 化 程 度 是 影 响 煤 的 介 电 常 数 的 主 要 因 素 , 随 煤 化 程 度 的 加深 , 煤 的 介 电 常 数 减 小 , 在 含 碳 左 右 达 到 最 小 , 然 后 又 急 剧 增 大 。 因 为 年 轻 煤 的 极性 含 氧 官 能 团 多 , 极 性 大 , 所 以 介 电 常 数 较 大 随 煤 化 程 度 的 加 深 , 含 氧 官 能 团 减 少 , 介电 常 数 也 减 小 而 年 老 煤 的 介 电 常 数 增 大 是 因 为 其 导 电 性 增 大 之 故 。含 水 性 。 煤 含 水 分 增 加 , 其 电 阻 率 下 降 。 褐 煤 和 长 焰 煤 下 降 幅 度 较 大 , 烟 煤 次之 , 贫 煤 、 无 烟 煤 和 岩 石 下 降 甚 微 。 介 电 常 数 对 不 同 煤 种 变 化 较 大 。 煤 层 湿 度 越 大 , 对 电磁 波 的 反 射 和 吸 收 越 强 , 较 大 面 积 含 水 区 在 电 磁 波 透 视 探 测 时 反 应 异 常 。 而 在 一 般 情 况· ·© 1994 , 煤 层 含 水 较 多 的 区 域 , 其 突 出 危 险 性 相 对 小 一 些 。破 坏 类 型 。 据 有 关 资 料 , 一 般 未 破 坏 煤 层 的 电 阻 率 平 均 为 一 以 〕 · , 靠近 断 层 带 逐 渐 下 降 到 一 · 。 炭 质 泥 岩 和 粉 砂 岩 的 电 阻 率 一 般 不 超 过 一· 。 同 一 变 质 程 度 的 煤 , 突 出 煤 和 非 突 出 煤 的 介 电 常 数 相 差 较 小 , 特 别 是 烟 煤 , 不 同结 构 类 型 的 介 电 常 数 在 同 一 频 率 条 件 下 相 差 无 几 。 煤 的 破 坏 程 度 越 高 , 突 出 危 险 性 越 大 。煤 层 气 。 煤 层 气 压 力 和 含 量 增 加 , 煤 的 极 化 能 力 增 强 , 导 电 性 能 增 大 , 电 阻 率降 低 。 煤 层 气 压 力 和 含 量 增 加 , 突 出 危 险 性 增 大 。地 应 力 。 岩 石 的 孔 隙 度 、 渗 透 性 和 导 电 率 在 加 大 载 荷 时 减 少 , 除 去 载 荷 后 就 复原 , 在 大 气 条 件 下 达 到 最 大 值 。 压 力 的 增 加 , 突 出 危 险 性 增 大 。温 度 。 煤 岩 电 阻 率 随 温 度 变 化 比 较 复 杂 。测 试 频 率 。 电 阻 率 与 测 试 频 率 成 反 比 。 测 试 频 率 越 低 , 测 出 的 电 阻 率 越 高 测试 频 率 越 高 , 测 出 的 电 阻 率 越 低 。 大 部 分 煤 种 和 岩 石 的 介 电 常 数 随 测 试 频 率 的 升 高 而减 小 。电 场 对 煤 瓦 斯 吸 附 渗 流 特 性 的 影 响 的 研 究 表 明 刘 保 县 等 , 仪 巧 静 电 场 对 煤 瓦 斯吸 附 特 性 的 影 响 关 键 在 于 静 电 场 的 焦 耳 热 效 应 使 煤 瓦 斯 系 统 温 度 升 高 和 静 电 场 增 加 煤 表 面吸 附 势 阱 的 深 度 两 种 因 素 竞 争 的 结 果 , 当 静 电 场 增 加 煤 表 面 吸 附 势 阱 深 度 占 主 导 地 位 时 ,静 电 场 使 煤 对 煤 层 气 的 吸 附 量 增 加 , 当 静 电 场 的 焦 耳 热 效 应 逐 渐 占 主 导 地 位 时 , 静 电 场 使煤 对 煤 层 气 的 吸 附 量 减 少 。 交 变 电 场 的 研 究 表 明 王 恩 元 等 , 《 阵 煤 体 煤 层 气 渗 透 率对 电 场 有 明 显 的 响 应 。 施 加 电 场 后 , 煤 体 煤 层 气 的 渗 透 率 提 高 , 并 且 随 着 电 场 作 用 频 率 和强 度 的 增 加 而 提 高 。 其 作 用 机 理 是 外 加 电 场 作 用 使 煤 层 气 分 子 热 运 动 加 剧 , 吸 附 势 阱 降低 , 吸 附 量 降 低 , 活 性 提 高 , 增 强 了 煤 层 气 的 解 吸 和 扩 散 , 使 煤 体 煤 层 气 的 有 效 渗 透 通 道增 大 , 促 使 煤 层 气 的 渗 流 。含 气 煤 层 的 电 磁 辐 射由 于 煤 层 要 素 的 相 互 作 用 形 成 塑 性 带 , 其 中 包 括 超 分 子 结 构 水 平 , 由 分 裂 的 固 态 煤 体煤 层 气 溶 液 中 涌 出 大 量 煤 层 气 。 煤 层 气 涌 出 有 助 于 卸 压 裂 隙 的 形 成 , 卸 压 裂 隙 由 于 煤 层 中弹 性 应 力 释 放 而 出 现 。 煤 层 新 表 面 的 发 展 伴 有 由 附 着 和 内 聚 相 互 作 用 破 坏 引 起 的 一 系 列 物理 现 象 马 雷 舍 夫 , 。 首 先 在 扩 张 裂 隙 的 两 边 出 现 电 荷 。 只 有 当 从 形 成 的 煤层 表 面 的 煤 层 气 涌 出 滞 后 于 裂 隙 推 进 速 度 时 , 单 个 裂 隙 的 扩 展 才 伴 有 高 电 位 达的 出 现 。 在 这 种 情 况 下 记 录 到 能 量 达 一 的 摩 擦 电 子 析 出 。 突 出 危 险 煤 层 危险 带 的 煤 层 的 特 征 是 摩 擦 电 子 放 射 降 低 , 随 着 向 突 出 危 险 煤 层 危 险 带 的 推 进 , 摩 擦 电 子 放射 减 少 , 在 突 出 危 险 带 和 突 出 的 煤 体 中 震 荡 电 荷 几 乎 没 有 。 这 是 因 为 在 突 出 危 险 带 一 突 出的 中 心 , 在 准 备 阶 段 煤 体 的 完 整 性 就 破 坏 了 , 其 表 现 在 煤 的 破 碎 , 沿 超 级 糜 棱 煤 某 些 晶 粒的 边 界 裂 隙 强 烈 发 展 , 并 伴 有 煤 层 气 急 剧 涌 出 。 当 沿 含 气 煤 体 裂 隙 扩 展 时 和 当 个 节 理 面摩 擦 时 , 沿 垂 直 于 裂 晾 传 播 方 向 发 生 偏 振 , 产 生 射 电 辐 射 , 脉 冲 信 号 的 频 带 为 一。含 气 煤 层 的 电 磁 辐 射 震 荡 值 是 关 于 含 气 煤 层 工 作 面 附 近 煤 层 破 坏 和 煤 层 气 排 放 过 程 的可 靠 的 信 息 来 源 。 煤 体 中 煤 层 气 成 分 存 在 形 式 的 变 化 煤 层 气 转 为 自 由 状 态 、 煤 层 气 萎· ·© 1994 。煤 层 气 测 井 技 术煤 层 气 储 层 测 井 评 价 技 术 是 煤 层 气 勘 探 开 发 中 的 重 要 手 段 , 具 有 分 辨 率 高 、 识 别 效 果好 、 快 速 直 观 、 费 用 低 廉 等 特 点 , 可 弥 补 取 心 、 试 井 及 煤 心 分 析 等 方 面 的 不 足 , 因 此 , 使测 井 技 术 成 为 煤 层 气 勘 探 开 发 中 的 重 要 手 段 。煤 层 气 测 井 响 应实 践 中 , 常 用 的 测 井 有 补 偿 中 子 、 补 偿 密 度 、 补 偿 声 波 、 深 侧 向 、 浅 侧 向 、 微 侧 向 、自 然 伽 马 、 自 然 电 位 、 井 径 等 条 。 在 煤 层 的 性 质 及 变 质 程 度 确 定 后 , 常 用 测 井 曲 线 的 内容 在 煤 层 气 解 释 中 可 以 判 断 岩 性 、 建 立 岩 性 剖 面 、 划 分 煤 层 、 确 定 煤 厚 、 处 理 解 释 煤 层 水分 和 灰 分 及 固 定 碳 等 矿 物 成 分 、 计 算 煤 层 气 含 量 及 判 断 裂 缝 等 。 为 了 解 决 一 些 特 殊 地 质 问题 , 有 时 需 加 测 一 些 项 目 。煤 层 气 储 层 测 井 评 价 系 列 包 括 如 下 方 面 ① 划 分 煤 层 、 夹 层 、 岩 性 , 自 然 伽 马 、补 偿 密 度 、 补 偿 中 子 、 补 偿 声 波 等 ② 煤 质 参 数 计 算 , 如 声 波 时 差 、 密 度 、 中 子 等 ③ 计算 孔 隙 度 、 渗 透 率 、 饱 和 度 、 含 水 性 等 参 数 , 如 声 波 时 差 、 密 度 、 中 子 、 侧 向 、 微 电 极 、核 磁 共 振 等 ④ 机 械 强 度 指 数 、 地 层 压 力 、 井 眼 状 况 等 , 如 声 波 时 差 及 全 波 列 、 密 度 、 井径 、 微 电 极 等 ⑤ 计 算 煤 层 含 气 量 , 如 声 波 、 密 度 、 中 子 、 侧 向 等 ⑥ 煤 层 对 比 、 沉 积 环境 分 析 , 如 侧 向 感 应 、 自 然 伽 马 、 自 然 电 位 等 ⑦ 煤 层 裂 缝 发 育 分 析 , 如 声 成 像 、 电成 像 、 侧 向 、 微 电 极 等 ⑧ 固 井 质 量 检 测 , 如 声 幅 注 水 泥 后 一 小 时 测 试 、 自 然伽 马 、 磁 性 定 位 测 井 潘 和 平 , 周 尚 忠 , 拓 。不 同 评 价 阶 段 的 测 井 系 列 ① 参 数 井 及 区 域 探 井 阶 段 , 除 了 上 述 常 规 的 条 曲线 外 , 根 据 地 质 任 务 , 应 该 取 比 较 全 的 加 测 项 目 , 以 丰 富 的 测 井 信 息 研 究 该 地 区 的 地 质 规律 , 加 测 项 目 包 括 地 层 倾 角 测 井 、 自 然 伽 马 能 谱 测 井 、 核 磁 共 振 测 井 、 井 周 声 波 成 像 、 微电 阻 率 扫 描 测 井 、 多 极 阵 列 声 波 测 井 及 光 电 有 效 界 面 测 井 等 ② 预 探 井 及 评 价 井 , 除 了 上述 常 规 的 条 曲 线 外 , 加 测 项 目 包 括 地 层 倾 角 测 井 、 多 极 阵 列 声 波 测 井 及 光 电 有 效 界 面 测井 等 ③ 开 发 井 , 一 般 仅 测 上 述 常 规 的 条 曲 线 , 必 要 时 加 测 多 极 阵 列 声 波 测 井 和 地 层 倾角 测 井 赵 庆 波 , 拓 。煤 层 的 电 性 特 征 在 煤 系 地 层 , 煤 层 与 周 围 砂 岩 、 泥 岩 的 电 性 特 征 有 明 显 的 不同 。 煤 层 具 有 “ 四 高 大 ” 电 性 特 征 电 阻 率 高 、 且 变 化 范 围 大 , 声 波 时 差 大 、 传 播 速度 慢 , 补 偿 中 子 大 , 井 径 扩 径 大 , 以 及 “ 四 低 小 ” 电 性 特 征 自 然 伽 马 低 , 补 偿 密度 低 , 光 电 俘 获 截 面 低 , 声 阻 抗 小 、 电 视 图 像 呈 深 色 , 并 因 煤 的 变 质 程 度 不 同 , 测 井 响应 值 有 所 不 同 赵 庆 波 等 , 《 拓 。煤 层 含 气 性 测 井 解 释煤 层 含 气 量 是 煤 层 气 勘 探 和 开 发 中 的 一 个 关 键 参 数 。 分 别 将 煤 层 含 气 量 与 它 对 应 的 测井 曲 线 进 行 相 关 性 分 析 , 包 括 煤 层 含 气 量 与 深 侧 向 电 阻 率 、 声 波 时 差 、 补 偿 中 子 、 体 积 密· ·© 1994 、 自 然 伽 马 等 进 行 交 会 图 分 析 , 其 中 , 体 积 密 度 、 自 然 伽 马 相 对 值 与 含 气 相 关 性 良 好中 联 煤 , 。在 煤 层 测 井 解 释 中 除 煤 层 含 气 量 外 , 还 要 进 行 煤 质 分 析 , 提 供 水 分 、 灰 分 、 挥 发 分 、固 定 碳 等 参 数 。 通 常 , 采 用 体 积 模 型 概 念 来 定 性 确 定 煤 层 含 气 量 。 煤 层 含 气 量 用 体 积 模 型概 念 分 析 是 依 据 孔 隙 度 、 泥 质 含 量 、 电 阻 率 数 值 并 结 合 气 侧 井 综 合 分 析 的 。 如 果 泥 质 含 量低 , 电 阻 率 相 对 较 高 , 气 测 显 示 好 , 则 解 释 为 煤 层 气 层 , 否 则 解 释 为 含 气 层 。 另 一 个 定 性确 定 含 气 量 的 方 法 是 纵 、 横 波 时 差 值 法 。 在 含 气 地 层 , 纵 、 横 波 的 传 播 速 度 明 显 减 慢 , 时差 增 大 , 有 别 于 水 层 和 油 层 。 利 用 纵 、 横 波 比 值 可 以 分 析 煤 层 含 气 性 的 好 与 差 。 一 般 以纵 、 横 波 比 值 作 为 含 气 性 好 与 差 的 界 限 纵 、 横 波 比 值 小 于 , 有 较 好 的 气 显 示 ,如 果 煤 层 泥 质 含 量 低 , 电 阻 率 较 高 则 可 解 释 为 煤 层 气 层 如 果 煤 层 泥 质 含 量 较 高 或 电 阻 率较 低 , 则 可 解 释 为 含 气 层 。利 用 测 井 资 料 计 算 煤 层 含 气 量 的 方 法 有 两 种 密 度 测 井 计 算 法 和 朗 格 缪 尔 公 式 计 算法 。 工 作 中 常 用 密 度 测 井 法 进 行 含 气 量 计 算 。 应 用 斯 伦 贝 谢 研 发 的 程 序 调 试 解 释 参数 , 求 出 地 层 孔 隙 度 和 含 气 饱 和 度 , 再 与 密 度 曲 线 组 合 , 即 可 建 立 煤 层 含 气 量 测 井 解 释 剖面 图 李 小 明 等 , 。测 井 对 煤 层 气 可 采 性 的 描 述渗 透 性由 于 中 国 煤 层 气 渗 透 率 低 , 大 都 需 要 经 过 增 产 措 施 来 提 高 渗 透 率 , 因 而 裂 缝 的 描 述 则成 了 煤 层 气 地 球 物 理 测 井 的 重 要 内 容 之 一 。 煤 层 的 裂 缝 有 天 然 裂 缝 、 构 造 裂 缝 和 人 工 压 裂缝 。 天 然 裂 缝 又 称 割 理 是 煤 化 作 用 和 构 造 应 力 影 响 的 结 果 , 它 通 常 发 育 大 致 相 互 垂直 的 两 组 。 割 理 有 方 向 性 , 是 控 制 煤 层 方 向 性 渗 透 的 主 要 因 素 。 构 造 裂 缝 和 人 工 压 裂 缝 的发 育 规 律 要 复 杂 些 。 研 究 煤 层 裂 缝 的 侧 井 方 法 主 要 有 微 侧 向 、 双 侧 向 和 成 像 测 井 等 方 法 。徽 侧 向 侧 井 在 裂 缝 不 发 育 处 为 基 质 电 阻 率 值 相 对 较 高 , 曲 线 呈 锯 齿 形 变 化 。 微 侧 向 的 探 测深 度 约 左 右 , 它 与 井 径 曲 线 结 合 , 能 反 映 井 壁 附 近 裂 缝 发 育 程 度 。 煤 层 发 育 垂 直 裂缝 , 电 阻 率 又 比 较 高 , 双 侧 向 曲 线 上 出 现 正 幅 度 差 , 差 异 大 小 取 决 于 钻 井 液 滤 液 电 阻 率 与地 层 水 电 阻 率 的 大 小 , 以 及 裂 缝 发 育 程 度 。 井 周 声 波 成 像 和 微 电 阻 率 扫 描 成 像 均 是 具 有 高分 辨 环 井 壁 印 。 全 方 位 和 随 深 度 变 化 的 二 维 侧 井 图 像 , 对 后 期 构 造 裂 缝 反 映 很 灵 敏 , 可以 直 观 显 示 地 层 中 裂 缝 的 存 在 , 并 可 分 析 裂 缝 的 倾 向 、 倾 角 、 连 通 及 充 填 情 况 高 瑞 棋等 , 。谋 体 结 构 的 识 别原 生 结 构 的 煤 渗 透 性 最 好 , 构 造 煤 尤 其 是 糜 梭 煤 的 渗 透 性 则 极 低 , 煤 层 气 勘 探 开 发 中应 充 分 发 掘 测 井 信 息 , 加 强 煤 体 结 构 的 识 别 , 尽 量 避 免 在 构 造 煤 发 育 区 勘 探 。 同 一 煤 层中 , 构 造 煤 与 原 生 煤 、 夹 歼 的 测 井 响 应 有 明 显 区 别 构 造 煤 表 现 为 视 电 阻 率 明 显 下 降 的 低幅 值 , 伽 马 伽 马 曲 线 和 声 波 时 差 曲 线 则 为 较 明 显 的 高 幅 值 , 自 然 伽 马 曲 线 为 明 显 上 升 的 中等 幅 值 煤 层 中 泥 岩 夹 研 的 视 电 阻 率 曲 线 、 伽 马 伽 马 曲 线 和 声 波 时 差 曲 线 均 呈 低 幅 值 , 自然 伽 马 曲 线 为 明 显 高 幅 值 原 生 煤 视 电 阻 率 曲 线 为 明 显 高 幅 值 , 自 然 伽 马 曲 线 为 明 显 低 幅· ·© 1994 , 伽 马 伽 马 曲 线 和 声 波 时 差 曲 线 的 幅 值 介 于 构 造 煤 与 泥 岩 夹 研 之 间 。 根 据 统 计 分 析 的 结果 , 构 造 煤 与 原 生 煤 的 密 度 和 纵 波 速 度 也 有 较 大 的 分 布 范 围 。 同 一 煤 层 中 的 构 造 煤 物 性 参数 明 显 低 于 原 生 煤 , 构 造 煤 的 密 度 降 低 幅 度 为 一 , 平 均 约 纵 波 速 度 降 低幅 度 为 一 , 平 均 约 。 这 些 变 化 反 映 了 构 造 煤 和 原 生 煤 结 构 特 征 的 差 异彭 苏 萍 等 , 碎 。测 井 曲 线 划 分 煤 体 结 构 的 步 骤 和 方 法 如 下 傅 雪 海 等 , ① 建 立 基 本 物 性 参 数数 据 库 ② 对 照 生 产 矿 井 岩 心 与 测 井 曲 线 , 寻 找 煤 体 结 构 类 型 与 测 井 参 数 幅 值 变 化 之 间 的关 系 ③ 选 择 的 精 测 曲 线 , 对 煤 层 按 或 的 间 隔 采 集 一 组 测 井 响 应 值 , 模拟 测 井 资 料 采 集 视 电 阻 率 、 自 然 伽 马 、 伽 马 伽 马 种 测 井 参 数 , 数 字 测 井 采 集 电 阻 率 、 密度 伽 马 伽 马 、 自 然 伽 马 和 声 波 时 差 种 参 数 , 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 值 及 各 种 参 数 剔 除 风 化 层 、 氧 化 层 后 的 最 大 值 、 最 小 值 ④ 归 一 化 处理 采 集 的 数 据 , 并 利 用 聚 类 分 析 方 法 划 分 煤 体 结 构 类 型 ⑤ 参 考 钻 孔 煤 心 的 煤 体 结 构 描述 , 确 定 测 井 曲 线 有 无 变 化 及 变 化 的 部 位 和 程 度 是 否 与 划 分 的 煤 体 结 构 类 型 相 符 ⑥ 验 证将 要 分 析 的 层 点 测 井 曲 线 , 分 析 该 点 测 井 曲 线 幅 值 和 基 本 形 态 是 否 符 合 区 域 上 的 变 化 规律 , 保 证 资 料 解 释 的 一 致 性 。总 的 来 看 , 国 内 外 在 煤 层 气 储 层 测 井 评 价 技 术 及 其 理 论 方 面 开 展 了 不 少 研 究 工 作 , 取得 了 一 定 成 果 王 敦 则 等 , ① 根 据 煤 的 测 井 响 应 特 征 值 已 经 可 以 较 为 准 确 地 识 别出 煤 和 煤 层 气 储 层 ② 煤 层 厚 度 的 测 井 确 定 精 度 越 来 越 高 , 美 国 的 分 辨 率 已 达 ,中 国 可 达 巧 ③ 利 用 测 井 方 法 进 行 煤 的 工 业 分 析 也 取 得 了 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 ④ 测 井 方 法 可 以 间 接 计 算 煤 层 含 气 量 , 但 具 有 一 定 的地 区 性 限 制 ⑤ 煤 储 层 渗 透 率 的 测 井 评 价 目 前 主 要 是 定 性 分 析 , 定 量 评 价 方 法 的 研 究 已 有所 进 展 , 但 受 地 区 性 限 制 的 制 约 较 为 严 重 ⑥ 现 代 非 线 性 处 理 技 术 神 经 网 络 、 小 波 等已 被 引 人 煤 层 气 测 井 评 价 领 域 并 处 于 发 展 态 势 , 已 有 一 些 成 功 的 应 用 实 例 ⑦ 已 研 制 开 发出 进 行 煤 储 层 标 定 和 评 价 的 测 井 技 术 系 列 和 相 应 的 计 算 处 理 程 序 软 件 , 对 含 气 量 、 封 盖层 、 工 业 分 析 、 岩 石 力 学 等 参 数 进 行 定 量 解 释 。 但 还 没 有 形 成 系 统 且 实 用 的 煤 层 气 评 价 体系 , 尤 其 是 含 气 量 、 渗 透 率 的 直 接 测 定 和 相 关 处 理 解 释 与 评 价 软 件 系 统 的 研 制 开 发 方 面 。因 此 , 全 面 系 统 地 开 展 煤 层 气 储 层 测 井 评 价 技 术 及 相 关 理 论 的 研 究 是 必 要 的 。煤 层 气 地 震 技 术。 煤 层 地 屁 波 特 征物 性 参 数根 据 岩 石 实 验 测 试 数 据 和 测 井 资 料 , 利 用 交 会 图 技 术 和 统 计 分 析 方 法 , 对 含 煤 地 层 中各 类 岩 石 的 密 度 以 及 纵 、 横 波 速 度 等 物 性 参 数 进 行 了 系 统 研 究 表 明 各 类 岩 石 的 密 度 以 及纵 、 横 波 速 度 等 物 性 参 数 变 化 范 围 都 较 大 埋 藏 深 度 对 岩 石 物 性 参 数 的 变 化 和 各 类 岩 石 之间 的 物 性 参 数 差 异 有 明 显 影 响 岩 石 的 物 性 参 数 之 间 具 有 很 好 的 相 关 性 , 但 碎 屑 岩 与 煤 相应 物 性 参 数 关 系 式 的 系 数 有 很 大 差 别 与 岩 石 实 验 测 试 数 据 相 比 , 测 井 分 析 数 据 更 接 近 于· ·© 1994 , 而 且 分 布 范 围 较 大 , 回 归 分 析 结 果 更 具 实 用 性 彭 苏 萍 等 ,抖 。煤 层 厚 度除 新 获 、 内 蒙 古 外 , 我 国 多 数 地 区 单 层 煤 层 厚 度 小 于 一 般 为 一 , 从 煤田 地 展 勘 探 的
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本文标题:煤层气地球物理技术研究综述
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