煤层气储层评价的地球物理测井技术.pdf

现 代 地 质 第 12 卷 第 1 期 1998 年 3 月 GEOSCIENCE Journal of Graduate School, China University of Geosciences Vol112 No11 Mar. 1998 煤层气储层评价的地球物理测井技术 收稿日期 1996 11 27 Hollub V A, Schafer P S. A Guide to Coalbed Methane Operations. Gas Research Institute, U S A, 1992。 作者简介 侯俊胜, 男, 1963 年出生, 副教授, 应用地球物理专业。 侯俊胜 应用地球物理系 北京 100083 摘 要 基于国内外煤层气地球物理测井技术的发展现状, 综合分析了煤层气储层测井数据 采集技术以及煤层气储层地球物理测井评价技术; 讨论了当前煤层气储层评价的地球物理测 井技术所存在的若干问题以及今后值得注意的几个研究发展方向。 关键词 煤层气 储层评价 地球物理测井技术 分类号 P63118 0 引 言 自本世纪 70 年代以来, 由于煤层气工业的发展,人们深刻认识到大力开发利用煤层 气资源不仅能够解决煤矿开采中瓦斯爆炸的灾害问题,而且还可以为人类提供洁净能源, 改善能源结构以及减轻瓦斯排放对人类生存环境的污染。因此, 对煤层气资源的勘探开发 已经引起国内外的广泛重视,并且相继开展了有关的勘探开发研究工作。 所谓煤层气是指在地下煤层形成过程中所生成的天然气,它主要以吸附状态储存在煤 层的基质孔隙和裂缝孔隙 又称割理 中。由于其主要成分是甲烷, 所以又称煤层甲烷或 煤层瓦斯, 是一种非常规天然气[1]。由于地球物理测井技术方法多和具有较高的异常分 辨率, 所以它在煤层气资源的勘探开发过程中发挥了重要作用。但是, 煤层气储层与常规 油气储层有明显的差异,它既是煤层气的储集层, 又是其生气源岩, 并且包含了极为发育 的自然裂隙, 因此其具有包括基质孔隙和裂缝孔隙的双重孔隙结构。煤层气储层的上述特 点导致其物性结构具有非均质性和各向异性等特征,并且造成储层地质特征与测井响应之 间的关系进一步复杂化,表现出更加明显的非线性特征,从而给测井资料处理解释造成更 大的困难, 给解释结果带来更强的多解性、模糊性和不确定性, 因此煤层气储层评价的地 球物理测井技术与常规油气储层相比必然有明显差异。为此,国内外地球物理测井工作者 紧密结合煤层气储层的特点,相继开展了有关的研究和探索,主要包括煤层气储层评价的 地球物理测井数据采集技术和煤层气储层地球物理测井资料处理和解释技术 评价技术 两个方面[ 2 8] 。本文就煤层气储层评价的地球物理测井数据采集技术和煤层气储层地球 物理测井评价技术进行详细的综合分析。 1 煤层气储层测井数据采集技术 近 20 多年来,在石油测井数据采集技术和煤田测井数据采集技术的基础上已经逐步 形成了一门相对独立的测井技术 煤层气地球物理测井技术简称煤层气测井技术,可 以分为如下 3种类型。 111 裸眼井煤层气储层测井系列 选择合理的裸眼井煤层气储层测井系列对于整个勘探开发过程至关重要。国内外大量 的生产实践表明, 为了进行煤层识别和确定煤层厚度, 可采用如下测井技术 1 密度测 井、高分辨率密度测井、岩性密度测井; 2 井径测量; 3 自然伽马测井; 4 双感应/ 浅感应/ 双侧向测井; 5 高分辨率感应测井 例如阵列感应测井。 为了进行煤质分析,计算孔隙度、含气量、渗透率和岩石力学参数等, 除了使用密度 测井、井径测量、自然伽马测井之外,可使用如下测井技术 1 微电阻率测井; 2 双 侧向/ 微球型聚焦测井; 3 自然电位测井; 4 补偿中子测井、超热中子测井; 5 微电 阻率扫描测井 FMS;6 声波测井和声波全波列测井; 7 地球化学测井 自然伽马 能谱测井、铝测井等; 8 碳氧比 C/ O 能谱测井; 9 井下电视 BHTV;10 温 度测量。其中最常用的测井系列是密度测井、声波测井、自然伽马测井、电阻率测井和井 径测量等。 112 套管井煤层气储层测井系列 原则上讲,为了获得准确的地层信息测量结果,应尽可能地进行裸眼井测井。如果不 能进行裸眼井测井,仍可以进行套管井测井, 以便解决套管井煤层气储层评价以及井筒动 态监测等问题。根据美国煤层气储层测井的实践, 为了解决套管井煤层气储层的识别,确 定储层厚度以及检查水泥胶结情况等,可以采用如下测井技术 1 补偿中子测井、脉冲 中子测井; 2 自然伽马测井/ 自然伽马能谱测井; 3 水泥胶结测井/ 声波变密度测井。 113 生产测井系列 生产测井是在煤层气井进入生产开发阶段以后,为了了解该阶段井筒流体的动态参数 和井内环境故障情况等的一种测井组合。它是以测量流体动态参数为主,综合了工程测井 和借鉴了勘探井中常用的一些测井方法。目前,煤层气井最常用的生产测井技术包括如下 几个方面 1 流量测井 例如使用连续流量计; 2 流体识别测井 例如使用压差密 度计; 3 温度测量; 4 井下摄影 downhole camera。 2 煤层气储层地球物理测井评价技术 煤层气储层地球物理测井评价技术总体上可以再分为煤层气储层定性识别技术、煤层 气储层参数定量解释技术以及煤层气储层综合评价分析技术。其中煤层气储层参数定量解 释技术是其研究的核心。目前利用测井方法可以确定的煤层气储层参数包括 1 煤层气 储层的含气量 饱和度 、孔隙度 基质孔隙度和裂缝孔隙度 和渗透率 基质渗透率和 裂缝渗透率; 2 煤岩工业分析参数指煤的挥发分、固定碳、灰分、水分和煤阶; 3 煤层气的吸附/ 解吸特性参数; 4 煤层厚度、深度、储层压力、温度和产能等。前人已 提出的煤层气储层地球物理测井评价技术可以大致分为如下几类。 211 基于常规天然气储层评价思想的定性识别方法 该类方法基于已知煤层气储层上单条或几条测井曲线及其变换信息的变化规律, 类似 于常规天然气储层的测井响应模式 例如,高阻、声波时差增大、低密度和小中子孔隙度 等,通过对大量已知煤层气储层上测井曲线及其信息变化规律的分析总结,提出其定性 识别准则。例如, 潘和平和黄智辉[7]1994 年基于常规天然气储层评价思想, 提出了煤层 131第 1 期 侯俊胜 煤层气储层评价的地球物理测井技术 气储层的定性识别方法。该方法包括孔隙差异法、声波差值法、空间模量差比法和电阻率 比值法; 柳孟文[5]1995 年提出了煤层气储层孔隙度背景值的新概念,进而提出基于孔隙 度测井信息的煤层气储层的定性识别方法。 212 基于体积模型的储层评价方法 该类方法的研究思想类似于传统的体积模型, 同时也适当考虑了煤层气储层的若干特 点。它首先建立煤层气储层的地球物理测井体积模型, 进而建立测井响应 例如声波、密 度和电阻率等 与储层参数 例如孔隙度和含气饱和度等 之间的线性或非线性关系。根 据所建立的关系式,即可求取有关的储层参数。例如潘和平等根据煤层气储层的密度 和电阻率等的测井响应方程,提出了计算煤层气储层孔隙度 基质孔隙度和裂缝孔隙度 的密度 电阻率方法和计算煤层气煤层孔隙度和含气饱和度的弹性模量法。 213 基于概率统计模型的储层评价方法 该类方法就是把储层参数、定性识别结果和测井响应信息等当作随机变量, 从概率统 计理论的角度出发,对这些变量进行统计分析,然后从大量已知的实际资料统计分析中得 到有关的储层评价数学表达式, 从而实现储层评价的目的。它包括多元线性 非线性 回 归分析、逐步线性回归分析、判别分析和模糊模式识别等。例如 Fassett 等 1971 年提出了 应用多元线性回归分析方法进行煤质工业分析, 随后 Mullen 等[ 8]1988 年又对该方法提出 了修正,以便适应不同地区的实际应用。 214 基于神经网络模型的储层评价方法 基于神经网络模型的储层评价方法 简称神经网络储层评价方法 可用于储层评价的 全过程,即储层定性识别、储层参数的定量计算、储层的综合评价分析。它有别于上述几 种评价方法, 即不用考虑具体的数学模型,神经网络就能 / 隐式0 表达出煤层气储层评价 结果与测井响应信息之间的复杂关系,从而达到储层评价的目的 例如煤层气储层的定性 识别、储层参数的定量计算和储层的综合评价分析。目前人们已提出了近百种神经网络 模型, 但是普遍认为以 BP 误差反向传播 神经网络和自组织神经网络 无教师指导网 络 方法理论较为完善以及应用较为成熟。例如本文作者[4] 提出的应用自组织神经网 络方法进行煤层的自动识别以及应用 BP 神经网络进行煤层气储层参数 例如煤层气储层 的含气量、基质孔隙度和裂缝孔隙度等 的定量计算。通过大量实际测井资料的试算,已 取得了较满意的应用效果。 3 结论与建议 前面已讨论分析的有关煤层气储层评价的测井技术经过实际应用表明, 它们在一定条 件下都可以取得较满意的应用效果, 但是它们仍然存在如下一些问题 1 基于常规天然气 储层评价思想的定性识别方法只能作储层定性识别, 并且当某种些测井资料受到干扰时, 其判别结果极有可能是错误的结果。2 基于体积模型的储层评价方法, 其应用前提是假 设储层结构具有均质性和各向同性, 这显然与实际储层结构不符, 因此该类方法计算结果还 普遍存在一定误差。3 基于概率统计模型的储层评价方法其应用前提是假设储层参数和 132现代地质 中国地质大学研究生院学报 1998 年 尉中良, 安丰全, 侯俊胜等1 生储盖评估子系统中间研究成果报告, 1996。 Pan Heping, Liu Guoqiang. uating porosity and gas content of coalbeds from well logging data. Presented at 30th International Geological Congress, Beijing, 1996。 测井信息服从某种概率统计分布和假设储层评价结果与测井响应信息之间存在某种线性 或非线性关系。如果假设条件不能满足, 其计算结果难于满足储层评价的精度要求。 4 BP 神经网络方法从目前来讲是应用效果较好的方法之一, 但是该方法仍然存在迭代速度慢 和存在局部极小点等不足。 根据上述分析结果,并且结合煤层气勘探开发的特点, 为了更好发挥测井技术在煤层 气勘探开发中的作用, 应特别重视如下几个研究方向 1 基于煤层气储层测井信息的非 线性特征, 可采用现代非线性信息处理技术 例如神经网络方法、小波变换、非线性反演 技术等 进行煤层气储层评价研究。 2 综合利用地球物理测井技术和井间地球物理技术 例如, 井间地震、井间电阻率和井间声波等 进行煤层气储层参数 例如,孔隙度和渗 透率等参数 的三维层析成像研究。 3 大力开发利用现代计算机信息处理技术进行煤层 气储层评价解释软件的研究,以便使所开发的软件具有更好的实用性等。 感谢蔡柏林教授、黄智辉教授、尉中良教授对本文所提出的宝贵意见。 参 考 文 献 1 黄景城1 煤层甲烷开采概述1 见 地矿部华北石油局编1 煤层气译文集1 郑州 河南科技出版社, 1990 2 潘和平, 黄智辉1 利用模糊模式识别煤成气层1 地球科学 中国地质大学学报, 1993, 18 1 84 94 3 谭廷栋1 几种有效的测井找气方法1 地球物理学报, 1992, 35 1 111 120 4 侯俊胜, 尉中良1 自组织神经网络在测井资料解释中的应用1 测井技术, 1996, 20 3 197 200 5 柳孟文1 煤层气识别方法1 中国地球物理学会年刊, 1995, 323 6 李庆谋, 段旭, 杜爱民等1 煤层气地球物理测井评价研究1 中国地球物理学会年刊, 1996, 133 7 潘和平, 黄智辉1 测井资料解释煤成气层方法研究1 现代地质, 1994, 8 1 119 125 8 Mullen M J. Log uation in Wells Drilled for Coalbed Methane, Geology and Coalbed Methane Resources of the North2 ern San Juan Basin, Colorado and New Mexico. Denver Rocky Mountain Association of Geologists, 1988 GEOPHYSICAL LOGGING TECHNIQUES OF UATION FOR COALBED METHANE RESERVOIR Hou Junsheng China University of Geosciences, Beijing, 100083 Abstract On the basis of the development of geophysical logging techniques for coalbed methane at home and abroad, data acquisition and uation techniques of geophysical logging for coalbed methane reservoir are comprehensively analyzed, and some present2day problems of geophysical logging for uating coalbed methane reservoir and several developing directions related to well logging for coalbed methane reservoir in the future are discussed. Key words coalbed methane, reservoir uation, geophysical logging technique 133第 1 期 侯俊胜 煤层气储层评价的地球物理测井技术