随着我国煤层气勘探开发工作的不断深入,人们对煤层气储层的研究也不断加深,对于制约煤层气产量的地质因素的认识也不断加强,多学科、多种分析方法不断被引入煤层气研究领域也推动着煤层气勘探开发工作向前发展。煤层气测井技术就是随着煤层气产业的发展,由常规油气测井借鉴而来的。目前,煤层气测井技术是煤层气勘探技术中一项重要的技术手段,其主要运用在煤储层的定性识别、煤岩煤质定量解释、煤层含气量定量解释、煤储层孔隙度、渗透率定量解释等方面。常用的煤层气测井方法除了常规的声波时差、补偿密度、自然伽马、补偿中子、双侧向电阻率、自然电位测井外,声波阵列、成像测井、能谱测井等非常规测井手段也逐渐得到应用。煤相研究是煤储层地质研究方面重要的一环。通过对不同煤相的覆水深浅、氧化还原环境的区别、营养供给等影响成煤沼泽环境因素的分析,深入研究成煤沼泽环境下形成的煤的差别,从而进一步分析对煤层气富集开发的影响。以往对煤相的研究主要是通过实验室分析测试的方法获取识别煤相的相关参数来划分不同煤相,并没有文献资料记载利用测井资料识别煤相。论文以沁水盆地南部二叠纪山西组3#煤层为主要研究对象,利用常规测井手段,通过对研究区煤工业组分、宏观煤岩类型、煤相、含气量、孔隙度、渗透率的测井解释研究,探索使用常规测井进行煤相识别的方法;并分析煤相与储层含气量、储层物性的控制机理。论文取得了以下主要认识:通过对沁水盆地南部柿庄地区3#煤层工业组分固定碳、灰分、挥发分、水分的统计分析,发现该地区煤的固定碳含量在44.52%~89.15%之间,固定碳含量平均值为75.28%;灰分含量介于3.76%~46.82%之间,均值14.88%;挥发分含量介于2.58%~31.72%,平均值为9.04%;水分含量介于0.1%~2.41%之间,均值为0.80%。从统计数据可以看出,研究区3#煤层具有典型的高阶煤特征:固定碳含量高、挥发分含量低。同时,研究区的煤质相对较好,具有灰分含量较低的特点;同时水分含量整体较低。研究区煤的视密度在1.39 g/cm3~1.87g/cm3之间,平均密度1.53g/cm3;煤层含气量介于6.81m3/t~20.55m3/t之间,含气量平均值为12.94m3/t;孔隙度分布范围介于1.39%~13.9%之间,平均孔隙度为5.19%;渗透率介于0.01mD~0.04mD之间。通过对研究区常规测井参数的统计分析,得到研究区3#煤层的各常规测井参数的响应范围分别为:深侧向电阻率介于258.61Ω·m~25488.68Ω·m之间,均值为5373.76Ω·m;浅侧向电阻率介于44.01Ω·m~17153.26Ω·m之间,均值为4372.46Ω·m;声波时差的响应范围介于392.33μs/m~520.17μs/m之间,平均值为421.64μs/m;补偿密度的响应范围介于1.2g/cm3~1.55g/cm3之间,平均值为1.38g/cm3;补偿中子介于36.69%~53.75%之间,平均值为46.09%;自然伽马值介于29.34api~77.99api之间,均值为53.9api;自然电位介于-206.58mv~258.51mv之间,平均值为95.26mv;井径介于22.49cm~48.54cm,平均为29.49cm。宏观煤岩类型测井解释方面,在利用交汇图技术分析煤工业组分中的固定碳、灰分、挥发分、水分含量及视密度与镜煤—亮煤含量之间的相关关系后发现,镜煤—亮煤含量与固定碳含量之间具有良好的正相关关系,与灰分含量具有良好的负相关关系,与挥发分含量、水分含量之间相关关系不明显,并与视密度具有一定的负相关关系。因此使用工业分析中固定碳含量、灰分含量、视密度三个参数与镜煤—亮煤含量通过多元回归分析方法建立宏观煤岩类型定量解释模型。由于视密度与灰分含量、视密度与固定碳含量、固定碳含量与灰分含量之间都存在较强的相关性,导致这些参数之间存在共线性问题,进行回归分析时会因共线性问题造成参数的信息叠加,以至于无法真实、准确反映变量信息。为克服变量之间的共线性问题,多元回归分析方法上选用主成分回归分析方法,在构建多个能够反映原始变量信息的非线性相关的主成分变量的基础上,利用多元回归方法,建立镜煤—亮煤含量的测井定量解释方程,最终通过镜煤—亮煤含量与宏观煤岩类型间的对应关系划分了宏观煤岩类型。煤相测井识别方面,在将研究区样品通过显微组分定量划分煤相类型、计算镜煤—亮煤含量并划分宏观煤岩类型、测定工业组分的基础上,利用交汇图技术,系统分析煤相类型与固定碳含量、灰分含量、挥发分含量、水分含量、镜煤—亮煤含量的相关关系,发现煤相类型从干燥森林沼泽相到深覆水森林沼泽相,固定碳含量不断增加,灰分含量不断减少,镜煤—亮煤含量不断增加,并且具有明显的趋势和分区特征;而与挥发分含量、水分含量的相关关系不明显。根据煤相与固定碳含量、灰分含量、镜煤—亮煤含量之间的相关关系,利用多元回归分析方法建立煤相测井识别模型。由于煤相是定性变量,只反映煤相的分类,不具有数值变化,也没有大小的区别,而常规的线性回归方法又无法进行定性变量回归分析,因此在回归分析方法上选用logistic回归分析方法,同时为了消除固定碳含量、灰分含量及镜煤—亮煤含量之间的共线性问题,故使用主成分logistic回归分析法,建立了煤相类型的判别方程。常规测井参数最主要的应用是进行煤质分析、煤层含气量、孔隙度、渗透率计算,但在解释精度方面依然存在很多争议和问题。在煤质分方面,通过对体积模型的分析,认为骨架参数选择的准确性在很大程度上影响了体积法的解释精度。基于上述分析,确定利用回归分析方法,建立适用于研究区煤工业组分测井解释模型。在通过工业组分中固定碳、灰分、挥发分、水分含量分别与常规测井各参数之间的交汇分析,发现灰分含量与补偿密度具有良好的线性相关性,但与其他常规测井参数的相关性较弱;灰分含量又与固定碳含量、有机质含量存在很强的线性相关关系。因此选用补偿密度参数,通过一元回归分析方法建立适用于研究区3#煤层的煤工业组分测井解释模型。在含气量计算方面,在分别对常用的含气量计算Kim方程和兰氏煤阶方程、体积法、回归统计分析法介绍并综合考虑研究区现状后,确定利用多元回归分析来建立含气量测井解释模型。在对研究区含气量实测数据分别与各常规测井参数进行了统计和交汇分析后,发现研究区内实测含气量变化较大,数据离散度较大,与单个测井参数的相关性较弱,与深度和深侧向电阻率具有较为明显的趋势相关,因此含气量测井解释模型的建立方法上选用多元回归分析法,考虑使用深度、补偿密度、补偿中子、声波时差、自然伽马、深侧向电阻率六个测井参数进行多元回归分析,拟合适用于研究区情况的区域经验解释方程。通过比较解释含气量与实测含气量,认为建立的解释方程具有较高的可信度。在孔隙度和渗透率测井解释方面,介绍了利用体积法计算总孔隙度和利用双侧向电阻率计算裂缝孔隙度的方法,以及利用裂缝孔隙度求取裂缝渗透率的有限元法。考虑研究区实测孔隙度、试井渗透率和各测井响应参数的关系及理论模型中深、浅侧向电阻率形式,选用声波时差、补偿密度、自然伽马、补偿中子、深度、深侧向电阻率与浅侧向电阻率倒数差六个参数,通过多元回归分析方法建立研究区孔隙度和渗透率测井解释方程。使用建立的宏观煤岩类型和煤相测井解释方程,对柿庄区块3#煤层的宏观煤岩类型和煤相进行了测井解释。从垂向上看,研究区3#煤层在距底板1m左右位置较稳定发育一层暗淡煤,以该层暗淡煤为界限,3#煤层可以划分为上下两段宏观煤岩类型组合,每套煤岩组合的特点都是从顶和底为矸层或暗淡煤层开始,向中部煤的光亮度逐渐提高。3#煤层中下部发育一套较为干燥的煤相类型为干燥森林沼泽相,以该层位分界线,3#煤层发育上下两套煤相旋回。两套旋回特征为:下段旋回沉积时间较短,煤相变化较快;上段旋回沉积时间长、覆水稳定、发育较多覆水森林沼泽或深覆水森林沼泽。从平面上看,柿庄区块成煤沼泽环境南部覆水深度总体大于北部,区块北部的煤相类型以湿地森林沼泽相和干燥森林沼泽相为主,南部主要发育覆水森林沼泽相和深覆水森林沼泽相。根据研究区煤相分布图和含气量、孔隙度、渗透率等值线图对比发现,煤相对含气量和孔隙度都有控制作用,随着煤相从深覆水森林沼泽相到干燥森林沼泽相变化,含气量和孔隙度都是逐渐降低的,而渗透率主要受后期构造作用影响较大,煤相对其控制影响较小。