地球物理测井在煤层气勘探开发中的应用*

苗峰

（山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，山西 晋城 048000）

煤层气是植物在漫长地质时期煤化过程中的伴生产物，属于一种高效清洁矿产资源。据资料显示，我国二千米埋深以浅的煤层气资源总量为31.46×1012m3，具有很大的开发利用前景和价值[1]。地球物理测井技术逐渐在煤层气勘探开发中备受关注和大显身手，但尚未对煤层气勘探开发中的地球物理测井类型及应用范围进行比较系统的总结。

1 煤田地球物理测井类型及应用

煤田地球物理测井是发现煤炭及煤层气资源的必要手段之一。在煤炭及煤层气勘探开发过程中，科研人员基于煤炭及煤层气资源的自身物理特性及储盖层特点等，在借鉴先进的石油测井技术基础上，历时数十年的发展形成了多种煤田地球物理测井类型，如表1所示。当前，根据煤田地球物理测井类型及应用范围，大致可分为电法测井、声波测井及核测井等三种类型。因上述三种类型中的各个类型又含多个地球物理测井类型，限于篇幅文中仅列举煤田地球物理勘探中最为常见测井类型。

1.1 电法测井

电法测井是基于煤炭及煤层气或其他探测目标层位与周围介质在电性上的差异，采用电法测井仪器测定他们的电导率、电阻率、介电常数及自然电位等电性参数的变化情况，进而对重点目标层位进行判识。目前，电法测井类型主要有：自然电位测井、普通电阻率测井、侧向（聚焦电阻率）测井、感应测井、介电测井、电磁波测井、地层微电阻率扫描测井、阵列感应测井、方位侧向测井、地层倾角测井、过套管电阻率测井等。

1.2 声波测井

声波测井系据声波在不同煤岩层中传播时，其速度、幅度及频率等声学响应特征参数的变化来判识和评价地层的岩性、孔隙度和固井质量等。目前，声波测井类型主要有：声波幅度测井、声速测井、井下声波电视、水泥胶结评价测井、反射式声波井壁成像测井、长源距声波全波列测井、偶极（多极子）声波测井、噪声测井等。

1.3 核测井

核测井又称为放射性测井，其原理是基于地层岩性及其孔隙流体的核物理性质差异性特征，通过放射性测井研究和建立地层的地质剖面，进而发现重要目标层位，核测井在煤田地质勘探中已成为一种重要的物理测井手段。目前，核测井种类较多，大致可分为中子测井、伽马测井及核磁共振测井等三种类型。伽马测井常见类型主要有：密度测井、自然伽马测井、同位素示踪测井、自然伽马能谱测井等；中子测井常见类型主要有：超热中子测井、中子寿命测井、中子伽马测井、热中子测井、C/O比测井、中子活化测井、PND-S测井等；核磁共振测井测井常见类型有：预极化方式和自旋回波方式。

表1 煤田地球物理测井常见类型及应用

2 煤层气勘探开发中地球物理测井技术系列

2.1 裸眼完井的煤层气地球物理测井系列

煤层气储集层的判识和评价是煤层气勘探开的发关键环节之一。历经数十年的理论研究和工程实践，形成了多种地球物理测井类型相结合的综合判识和评价煤层气储集层的方法及技术体系[2]。例如对于裸眼完井的煤层气井进行煤层气储集层判识和厚度确定时，可采用：密度测井（伽马-伽马测井）、自然伽马测井、双侧向电阻率测井、高分辨率感应测井等四个系列测井技术。其中，井径测井、密度测井（伽马-伽马测井）、自然伽马测井、声波时差测井和电阻率测井是最常用的测井系列。若要对煤岩进行工业分析、预测和计算煤储层的含气量、孔隙度、物理力学性质和渗透率等参数时，除使用井径测井、密度测井（伽马-伽马测井）、自然伽马测井外，亦可增加使用双侧向测井、微球型聚焦测井、自然电位测井、补偿中子测井、微电阻率扫描测井(FMS)、声波全波段测井、地球化学测井、碳氧比能谱测井、温度测井等地球物理测井类型，通过对这些物理测井资料的综合分析和对比，进而得到更为可靠的解释成果。

2.2 套管完井的煤层气地球物理测井系列

套管完井系指在煤层气井中下入生产套管并使用水泥浆对套管和井壁之间的环空进行封固（其过程称为固井）。在固井完毕侯凝结束后，为了保障抽采系统的封闭型，需对煤层气井进行固井质量（即对水泥环胶结质量）检测。煤田勘探过程中，固井质量检测方法主要有声幅测井、变密度测井、超声脉冲反射法测井、贴井壁分扇形区水泥胶结评价测井等多种技术系列[3]。但声幅测井和密度（伽马-伽马）测井在煤层气勘探开发中的套管完井固井质量检测中最为常见，测井资料解释结果可靠。

2.3 煤层气生产中的地球物理测井系列

在煤层气井生产阶段，为了制定科学的煤层气井排采管控制度，往往有必要了解井筒内流体（气体、地下水及气-液两相流）动态变化及地下水补给能力等参数。为了获取这些参数，煤层气生产过常用流量测井、流体识别测井及井温测井等方法来实现[4-6]。当煤层气井生产过程中出现井下事故（如套管变形、错断、埋砂、卡泵等）时，为了了解井下的真实情况，为事故排查提供可靠资料，可采用反射式声波井壁成像测井、井下摄影等手段。

2.4 煤层气高产富集区预测地球物理测井系列

煤层气（煤矿瓦斯）的赋存具有极强的不均一性，这给常规的瓦斯预测预报工作带来了极大挑战，特别是在预测、圈定煤层气富集区时往往存在可靠性、实用性差等。随着煤田地球物理测井技术的快速发展，地震资料在煤层气勘探开发中逐渐备受重视，并初步形成了基于地震资料预测、圈定煤层气高产富集区的多种技术方法[7-11]。在这些技术方法中，基于地震AVO属性（即振幅随偏移距的变化属性）的煤层气高产富集区预测法最具代表性和实践性，其原理是煤层含气量的多寡势必造成其地球物理特性的差异，进而产生不同的AVO地震响应[12]。该技术在美国圣胡安盆地的Cedar Hill煤层气田、山西省大宁-吉县煤层气区块、山西省沁水盆地南部寺河煤层气区块煤层气高产富集区进行了预测和实践，结果证实利用AVO探测煤层气具有很强的技术可行性和应用前景[12-13]。

3 结语

1）煤层气开发中的地球物理测井系列较多，基本包括了煤层气勘探开发的各个阶段，为煤层气产业的发展提供了有力技术保障。

2）不同的煤层气勘探开发阶段因其测井任务或目的差异，所选用的地球物理测井类型亦不尽不同。为了提高测井任务的可靠性和获取更多的测井响应参数，需选用多种地球物理测井类型相结合，配套使用。

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