煤层气钻井地质录井与测井技术

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1、煤层气地质录井与测井技术,2013年9月晋城,王一兵,一、煤层气录井目的 二、煤层气录井主要特点 三、重点录井项目 四、录井综合解释,第一部分：煤层气地质录井技术,煤层气的特点,煤层气国外称 Coalbed Methane(CBM)或 Coalseam Gas（CSG)，是赋存在煤层中以CH4为主要成分的烃类气体和少量N2、CO2等非烃类气体，一般CH4组分占95-98%。 赋存状态有三种：吸附在煤孔隙表面上的吸附气、分布在煤孔隙及裂隙内的游离气、溶解在煤层水中的水溶气，以吸附气方式为主。,煤层气解吸扩散过程,煤层气录井关键：煤层含气性、储层特点，兼顾油气显示,煤层气录井目的是在钻井过程中取全

2、取准各项反映地下地质情况的原始资料和数据，为煤层气地质评价和工程施工提供第一性资料。是贯穿煤层气勘探开发全过程中的一项重要技术。,一、煤层气录井目的,二、煤层气录井主要特点（与常规油气录井相比）,煤层气是一种边际效益资源，在保障地质评价资料的前提下，尽量优化、简化录井项目，降低成本；煤层气录井重点在煤岩储层特征及含气性描述，特别是煤层岩心、岩屑的含气性观察和测定、气测录井和泥浆槽面的观察；煤层取心过程中气散失快，要求采用绳索取心技术，尽量减少气体散失。,录井工作内容包括地质录井、气测录井、工程录井，以及为钻井、作业施工提供依据的其它录井。,煤层气井主要录井项目,三、重点录井项目,1. 绳索取心

3、,特点： 减少单筒取心钻进时间，每次取心长度2-2.5m 千米井深上提时间少于10min 半合管内筒，可迅速出筒取样 内筒为可投入式，可连续取心,为减少取心施工、割心、上提、出心过程中岩心含气量损失，割心后采用钢丝绳携带打捞矛提取内筒并快速返出井口，内筒采用半合管结构，快速出心,半合管,取心之前要求解吸人员到达井场并做好取样准备。解吸人员未到现场、解吸设备未准备好，均不允许取心施工。,三、重点录井项目,根据探井井别和钻探目的，可对煤层段全井段取心，或对煤层及上下各5m顶、底板取心，或见煤层取心；见油气显示取心；钻遇难以判断的层位、岩性取心。煤层段岩心收获率要求达到80%以上，其他岩性取心收获率

4、同油气探井取心要求。,取心要求,三、重点录井项目,1. 绳索取心,煤心含气试验，描述气泡大小、连续性、持续时间、有无声音及声音大小等； 煤岩宏观分类：光亮煤、半亮煤、半暗煤、黯淡煤 煤岩结构：原生结构、碎裂煤、揉皱煤、糜棱煤 煤心描述内容包括颜色、条痕、光泽、断口、硬度、密度、脆度、煤岩组成、伴生矿物（黄铁矿等）、煤层裂隙等 割理、裂隙：密度、宽度、有无充填、充填程度、充填物质,煤层岩心描述,岩心丈量、编号与常规油气井要求相同,三、重点录井项目,1. 绳索取心,割理：延伸长度，缝宽， 割理密度：单位长度（一般为每5cm或10cm）内割理条数 充填情况：充填物，充填程度,煤层割理描述,三、重点录

5、井项目,1. 绳索取心,吉试14井8,吉试15井8,吉试16井8,山中矿8#煤层中的夹矸,方解石充填,微裂缝发育，但多数被方解石脉充填。,晋试4井15煤，外生裂隙发育，与层面近垂直，裂隙面内有方解石充填。,晋试3井15号煤，半亮型煤，外生裂隙发育，裂隙面有方解石充填,(1)煤岩全分析含气量、气体组份、煤岩割理定量统计及割理孔隙描述、甲烷碳同位素、镜质体反射率、煤岩显微组份(包括镜质组、壳质组、惰质组、粘土、硫化物、碳酸盐岩等项目)、灰分、挥发分、水分 (2)煤岩专项分析视密度、等温吸附、煤岩孔隙度、比表面孔分布、压汞、扫描电镜 (3)顶底板分析项目突破压力、三轴应力测定,煤心分析项目,快速解吸

6、仪,等温吸附曲线,三、重点录井项目,1. 绳索取心,根据不同井别设计岩屑录井井段和密度，煤层段一般要求每米1包捞取岩屑；煤层段清洗之前要注意岩屑的含气性观察和描述，洗净晾干后对煤层进行宏观描述,钻井过程中返出的岩屑,煤 屑,2. 岩屑录井,三、重点录井项目,煤层岩屑描述内容,三、重点录井项目,2.岩屑录井,包括颜色、条痕、光泽、断口、硬度、密度、脆度、割理、煤岩宏观分类，荧光显示，煤岩岩屑所占体积百分比等,煤层岩屑描述实例,随钻气体检测：在钻进过程中连续进行，内容包括全烃和组份；非烃类气体检测，包括二氧化碳、硫化氢等。 后效气体检测：钻遇煤层或气体显示后，每次起下钻均应循环钻井液1个周期以上，

7、进行后效气测录井。 热真空蒸馏分析：在目的层之前要进行两次，一次为钻井液基值样品分析，另一次为进入目的层之前50m内样品分析。进入目的层后每一班（8-12h或100 m井段之内）应进行一次分析；气测出现明显的异常应进行分析；钻井取心每筒后进行一次分析；完钻后循环钻井液进行一次分析。,探井气测录井项目,三、重点录井项目,3. 气测录井,重点参数井/水平井需要综合录井仪(气体监测并提供各项工程参数)； 一般探井可使用减配的综合录井仪（如神开2000Q等）； 开发井使用简易录井仪； 对于欠平衡钻井，在气液分离器之后排气管线上加装气体检测流量计和取样口，测量气体流量，并按要求取样注入色谱仪进行分析。,

8、三、重点录井项目,重点探井、水平井录井要求使用综合录井仪,综合录井仪可实时连续监测钻井液中的烃类、非烃类量气体含量，判断岩层含气情况，并提供地层参数、工程参数，配合定向钻井监测设备，及时判断岩性，保障煤层钻遇率,三、重点录井项目,3.气测录井,国产综合录井仪,神开2000综合录井仪,简易快速录井仪可提供井深、钻时、总烃、重烃、绞车、悬重、泵冲等数据采集、监测、处理系统，尤其适合于煤层气田开发过程中对目的层快速准确判断。,快速气测录井仪,开发井使用简易录井仪,三、重点录井项目,3.气测录井,红 外 全 烃 录 井 仪,实时进行钻井工程参数的数据采集和钻井液中烃类气体的浓度测量,4. 工程及其它录

9、井资料采集,煤层气井中钻井液参数录取主要是人工测量钻井液性能，包括密度、粘度、失水（滤失）量、含砂量、切力、氯离子； 工程参数的录取包括井深、钻具组合、大钩负荷、钻压、转盘转速、转盘扭矩、瞬时排量、出口温度、电阻率等； 遇钻时加快应根据迟到时间和上窜速度及时观察槽面变化，气泡大小、含量、持续时间等； 特殊条件下（井漏、井喷、井涌）的地质录井要详细记录事件发生的层位、井深以及事件过程，并分析原因。,三、重点录井项目,四、煤层气录井综合解释,煤层厚度解释： 根据钻时、岩屑，参考测井曲线和测井解释成果，可作如下解释： 煤层单层厚度小于20cm可解释为夹层； 大于20cm，小于50cm可扩大解释为整0

10、.5m； 大于50cm，小于1m，解释为整1m。 含气性解释： 根据岩心、岩屑含气性观察、气测录井、槽面观察，做如下解释： 岩心、岩屑气泡强烈，持续时间长，气测见明显异常，槽面见显示，解释为煤层气层； 岩心、岩屑见气泡，持续时间不超过1小时，气测异常不超过5%，槽面未见明显显示，解释为含气煤层 岩心、岩屑未见气泡，气测异常不明显，槽面无显示，解释为干层,一、煤层气测井目的 二、煤层气测井资料分类 三、不同井别煤层测井项目优选 四、 煤层气测井解释,第二部分：煤层气测井技术,一、煤层气测井目的,岩性识别 厚度划分 含气性评价 储层评价（煤岩成分、孔隙/裂缝） 力学性质,二、煤层气测井资料分类,三

11、、不同井别煤层测井项目优选,一般探井可采用国产数控测井系列或引进3700测井系列，重点探井如对煤层裂缝进行成像测井可选用5700系列；开发井选用国产数控系列即可满足要求。,通过绘制声波时差-双侧向、体积密度-声波时差、体积密度-自然伽马、声波时差-自然伽马、体积密度-双侧向交会图，显示不同岩性分别处于不同的区域,1. 岩性分析,四、 煤层气测井解释,时差-电阻率交汇图,体积密度-声波时差,砂岩,灰岩,泥岩,煤矸,砂岩,灰岩,泥岩,煤矸,砂岩,灰岩,泥岩,煤矸,煤,煤,煤,体积密度-自然伽马交会图,声波时差-自然伽马交会图,体积密度-双侧向交会图,三高：高电阻率值RT（变化范围大）高补偿中子值C

12、NL（35-60pu.）高声波时差AC（350-450s/m ） 三低： 低自然伽马值GR（相对于泥岩）低体积密度值DEN（1.2-1.7g/cm3 ）低岩性密度值PE（0.5-1.2 B/e ）,2. 煤层识别,三孔隙度测井“两高一低”具有唯一性,具有“三高、三低”的特点,三孔隙度测井曲线在煤层和顶底板层的响应值差异大，“两高一低”的响应特征具有唯一性 密度测井分辨率较高因此，以体积密度、声波时差曲线的半幅点划分煤层顶、底界面,同时参考其他测井曲线。,煤层划分依据,声波时差岩心分析含气量交会图,声波时差（s/m）,岩心分析含气量（m3/t）,分析岩心实测含气量与测井各参数之间的响应关系,3.

13、 煤层含气性解释,补偿中子岩心分析含气量交会图,补偿中子（%）,岩心分析含气量（m3/t）,3. 煤层含气性解释,深侧向岩心分析含气量交会图,深侧向（m）,岩心分析含气量（m3/t）,3. 煤层含气性解释,自然伽马岩心分析含气量交会图,自然伽马（API）,岩心分析含气量（m3/t）,3. 煤层含气性解释,自然伽马相对值岩心分析含气量交会图,自然伽马相对值,岩心分析含气量（m3/t）,3. 煤层含气性解释,体积密度岩心分析含气量交会图,体积密度（g/cm3）,岩心分析含气量（m3/t）,3. 煤层含气性解释,自然伽马相对值岩心分析含气量交会图,统计分析表明，煤层含气量与体积密度和自然伽马相对值的

14、相关性最好,不同地区煤层含气量经验公式,（1）晋城地区煤层含气量的计算公式 VGAS=26.02-0.296（40.36DEN+6.49GR-44.36 ） （2）吴堡地区煤层含气量的计算公式 VGAS=12.18-0.16(2.99DEN+16.96GR+1.08) （3）吉县地区煤层含气量的计算公式 VGAS=14.47-0.17(14.78DEN+17.71GR-12.49) （4）宁武地区煤层含气量的计算公式 VGAS=14.75-0.32(12.88DEN+24.93GR-11.86),3. 煤层含气性解释,晋试1井3#煤含气量处理成果图,3. 煤层含气性解释,煤层含气性解释实例,4

15、 煤层非均质性分析,煤层段测井曲线常常显示高低不同的变化，说明煤层内部是非均匀的。,523.80,530.45,3#煤层,固7-10井测井响应曲线图,与上、下层段相比，中下部（528.40-529.20m）体积密度、自然伽马增大，声波时差、电阻率降低，与煤层测井响应有明显区别，应为夹矸层。,从低变质程度的褐煤到高变质程度的无烟煤，煤层的测井响应不同，据此判断煤岩变质程度,5. 煤层演化程度分析,不同煤阶煤层测井参数范围表,煤的工业组分:水分（Mad）、灰分（Ash）、挥发分（VM）和固定碳（FC）,以沁水盆地南部为例,晋城地区岩心分析交会图上，随着灰分含量增加，固定碳呈直线下降，由于水分含量较

16、低，变化趋势基本呈一条水平直线，而挥发分含量随灰分增加，而略呈增加趋势，三者与灰分均呈线性关系。,6. 煤岩组分分析,含气量,镜质体 反射率,水 分,灰 分,Well-1 3# Coal Set Result Plot,煤岩组分分析实例1,吴试1井8#煤组处理成果图,煤岩组分分析实例2,7. 煤岩孔隙度分析,大 1-1井核磁测井与岩心分析对比图,煤层孔隙度/渗透率解释,WS1井核磁测井与岩心分析对比图,8. 煤层裂缝特征,JS1井3煤组成像测井图裂缝显示特征,9. 煤层力学参数解释,以纵横波、体积密度表示的各弹性模量,9. 煤层力学参数解释,岩石 机械 特性 参数 成果图,9. 煤层力学参数解释,煤层岩石机械特性与其它地层的差异,杨氏模量与体积模量交会图,剪切模量与体积模量交会图,9. 煤层力学参数解释,体积模量,体积模量,杨氏模量,剪切模量,破裂压力梯度与坍塌压力梯度交会图,泊松比-杨氏模量交会图,破裂压力梯度-抗剪强度交会图,