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摘要：本文作者主要讨论测井评价煤层气储层的概率统计模型进行了分析探讨，供同行参考。
关键词：煤层气；测井；评价方法；浅析
中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：
1 研究方法
根据所收集的某区测井资料和实验室分析数据，对常规煤田测井曲线反映煤层储层成分的分辨能力进行分析，从而建立确定各成分的响应方程。忽略百分含量较少的成分， 煤层气储层实验室分析参数的体积模型由碳（Vc）、灰分 （Va）、挥发分（Vf）和水分（Vw）等部分组成，为了以测井曲线评价这些参数，下面逐一进行探讨。
1.1 灰分评价方法
实验室分析的灰分是以煤燃烧以后的残渣，即未燃烧的固体， 这可能包含一部分没有完全燃烧的碳，而测井所求的灰分则是非碳固体（湿灰分），对比这两者的定义可以看出， 这两种灰分既有相同又有不同， 之间的差异取决于碳的性质和灰分的种类以及测井评价灰分的方法。一般来说，煤中的灰分主要是泥质，而细小颗粒的泥质具有较强的吸附能力， 在沉积过程中易吸附溶于水的放射性元素（如铀），从而具有较强的自然伽马值，基于这点，首先考虑自然伽马与实验室分析的灰分间关系，经回归分析可得出如下结论。
①相关方程为
式中：Va是灰分含量，％；γGR为自然伽马测井值，API。
②灰分与自然伽马测井具有线性关系， 且较为密切，说明研究区内煤层主要由泥质组成。
③可以自然伽马测井评价煤层灰分， 且效果较好。
④考虑到煤层的沉积背景， 即泥质的自然伽马值的特性差异， 以自然伽马测井指数确定灰分的效果会有所改善。
1.2 含碳量确定
煤层与其顶底岩层的一个最大差异就是煤层的密度很小，一般介于 1.4～1.8g/cm3
，这主要是煤层中的主要成分碳的密度很小，因此，确定含碳量首选密度测井或人工伽马测井， 分析这两种曲线与含碳量的关系。
① 相 关 方 程 为 Vc=-60.64 ×dDEN+169.57 （R =0.58），Vc=0.036×γ
HGG+43.1087 (R=0.54) ，
式中：Vc为含碳量，％；dDEN为密度测井值，g/cm3；γHGG为人工伽马测井值，plus/s。
②密度测井值与含碳量有一定的关系， 人工伽马测井值增加，含碳量增加。
③尽管上述两种测井都能较好的反映含碳量变化， 但相关性并不算密切 （相关系数为 0.58 和０.54），因此，须加以改正。煤的密度主要依赖于灰分与碳的体积含量比，众所周知， 煤中的灰分主要是泥质， 而泥质的密度（2.3～2.5g/cm3）远较碳的密度（1.4～1.6g/cm3）高，因此灰分含量对以密度或人工伽马测井识别含碳量的灵敏性影响较大，因此需要做灰分校正。定义煤由纯煤和灰分两部分组成，纯煤包括碳、挥发分与水分，由此得：
dDENlog=Va×dDENa+(1-Va)×dDENcl，式中：dDENlog、dDENa和 dDENcl分别为密度测井值、灰分密度和纯煤密度，g/cm3。
由上式可得：dDENcl=(dDENlog-Va×dDENa)/(1-Va) 。
以此公式作灰分校正，dDENa可用目的煤层邻近的厚层泥岩密度值近似代之。 对所采用的样本该公式逐一校正， 并分析校正后的密度测井值与含碳量的关系。
①含碳量与灰分校正的密度测井的相关方程为Vc=64.28×dDENcl－15.54 。
②与校正前相比， 校正后预测含碳量的精度明显提高，相关系数由 0.58 提高到 0.74。
③含碳量与纯煤密度为正相关，即随着纯煤密度增加而增加，而这正符合纯煤的物理概念模型，因为纯煤中以碳的密度最大。
1.3 饱和水孔隙度确定
1.3.1 饱和水孔隙度测井方法
煤的孔隙度由基质孔隙度和微裂孔隙度两部分组成，其孔隙空间为水分、游离气和吸附气所充填，而饱和水孔隙度可定义为被地层水所充满的空间与煤体积之比。
孔隙度测井有密度、声波和中子测井，目前煤田测井系列中，中子测井不是主要方法，因此，主要考虑密度和声波测井评价煤层气储层的孔隙度。
①密度测井与饱和水孔隙度（фw）之间没有明显的关系，这是因为煤中的孔隙值很小， 一般小于5%，水的密度为 1.0~1.1g/cm3，含量如此小的成分其相对变化不足于引起密度测井的变化，因为其变化在密度测井的误差统计范围之内。
②声波测井与 фw 之间的关系也不密切，引起这种现象除了煤的孔隙度太小之外， 其中另一个重要因素是煤层气作用。实验表明，少量的气存在可使声速值增大，但当气达到一定含量后，即使气量再增加，声速值增加率也会趋缓甚直停滞。
③不能简单地以密度测井和声速测井评价饱和水孔隙度。
1.3.2 饱和水孔隙度与密度的关系根据上一节校正后的密度测井建立与 фw 间的关系，可以得到如下结论。
①纯煤密度与饱和水孔隙度之间的相关方程为фw＝-4.04×dDENcl+6.98 (R=0.74) ，
式中：фw 为饱和水孔隙度，％。
②纯煤密度与 фw 间关系较为密切， 相关系数为 0.74。
③фw 与 dDENcl间是逆关系，即 фw 随着 dDENcl增加而降低，这符合两者间的物理规律，因为水的密度（1.0~1.1g/cm3）较煤中主成分固定碳 （1.4~1.6g/cm3）要低。
1.4 含气量确定
煤层气以两种形式赋存于煤层双重孔隙结构之中，即游离态气和吸附气，后者是主要的赋存方式。测井定量评价煤层气是一个非常棘手的问题，尤其是象煤层气储层这样低孔、 低渗三相共存的介质。 借助于实验室分析化验的含气量建立估算煤层含气量的测井参数相关公式， 进而实现以测井评价含气量。
1.4.1 孔隙度测井法
在石油测井中，综合考虑三种孔隙度測井求取的视孔隙度识别气层是一种较为有效的方法。由于未收集到中子测井资料，故仅采用密度和声波测井。在原煤所处压力相等的条件下， 含气量在一定范围内增加，声波测井值将增大，密度测井值有一定程度的降低，因此以声波时差与密度之比分析含气量，不仅能提高估算的精度， 而且能在一定程度上补偿掉
碳和灰分在声波和密度测井上的变化。
1.4．3 含气量与深度的关系
根据煤层的等温吸附曲线知，压力越大，煤层吸附气量越大。 在地层处于正常压力（无超压或欠压）情况下，煤层吸附气量与深度成正比关系。 以某地 ３煤与 15 煤为例，含气量与深度的关系分别为３ 煤：wCH4=0.048 9×H－16.229 9 (R=0.77），15 煤：wCH4=0.023 9×H－3.209 1 (R=0.76) 。
①３ 煤的含气量更敏感于深度的增加， 即同样的深度 ３ 煤的含气量较 15 煤高。
②相同的含气量，15 煤要求更大的深度。出现以上情况可能是由于这两层煤的不同物理性质所引起，表 1 列出了 G2 和 G6 两口井的 3 煤与15 煤的参数。由 Langmuir 等温吸附定理有V0=VLP/(PL+P)，
式中：VL和 PL分别是 Langmuir 体积和压力, 单位：mL/g 和 MPa；P 是储层压力；V0是理论含气量。
2 结束语
以测井资料定量评价煤层气储层是非常不易的，因为煤层低孔、低渗，微孔隙发育，孔隙间充填地层水和由以吸附状态为主的吸附气组成的双相流体， 即使在石油天然气测井评价解释中也是难以克服的问题， 况且煤层气储层的测井评价只是最几年才发展起来的，有许多基础理论问题亟待解决。
关键词：煤层气；测井；评价方法；浅析
中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：
1 研究方法
根据所收集的某区测井资料和实验室分析数据，对常规煤田测井曲线反映煤层储层成分的分辨能力进行分析，从而建立确定各成分的响应方程。忽略百分含量较少的成分， 煤层气储层实验室分析参数的体积模型由碳（Vc）、灰分 （Va）、挥发分（Vf）和水分（Vw）等部分组成，为了以测井曲线评价这些参数，下面逐一进行探讨。
1.1 灰分评价方法
实验室分析的灰分是以煤燃烧以后的残渣，即未燃烧的固体， 这可能包含一部分没有完全燃烧的碳，而测井所求的灰分则是非碳固体（湿灰分），对比这两者的定义可以看出， 这两种灰分既有相同又有不同， 之间的差异取决于碳的性质和灰分的种类以及测井评价灰分的方法。一般来说，煤中的灰分主要是泥质，而细小颗粒的泥质具有较强的吸附能力， 在沉积过程中易吸附溶于水的放射性元素（如铀），从而具有较强的自然伽马值，基于这点，首先考虑自然伽马与实验室分析的灰分间关系，经回归分析可得出如下结论。
①相关方程为
式中：Va是灰分含量，％；γGR为自然伽马测井值，API。
②灰分与自然伽马测井具有线性关系， 且较为密切，说明研究区内煤层主要由泥质组成。
③可以自然伽马测井评价煤层灰分， 且效果较好。
④考虑到煤层的沉积背景， 即泥质的自然伽马值的特性差异， 以自然伽马测井指数确定灰分的效果会有所改善。
1.2 含碳量确定
煤层与其顶底岩层的一个最大差异就是煤层的密度很小，一般介于 1.4～1.8g/cm3
，这主要是煤层中的主要成分碳的密度很小，因此，确定含碳量首选密度测井或人工伽马测井， 分析这两种曲线与含碳量的关系。
① 相 关 方 程 为 Vc=-60.64 ×dDEN+169.57 （R =0.58），Vc=0.036×γ
HGG+43.1087 (R=0.54) ，
式中：Vc为含碳量，％；dDEN为密度测井值，g/cm3；γHGG为人工伽马测井值，plus/s。
②密度测井值与含碳量有一定的关系， 人工伽马测井值增加，含碳量增加。
③尽管上述两种测井都能较好的反映含碳量变化， 但相关性并不算密切 （相关系数为 0.58 和０.54），因此，须加以改正。煤的密度主要依赖于灰分与碳的体积含量比，众所周知， 煤中的灰分主要是泥质， 而泥质的密度（2.3～2.5g/cm3）远较碳的密度（1.4～1.6g/cm3）高，因此灰分含量对以密度或人工伽马测井识别含碳量的灵敏性影响较大，因此需要做灰分校正。定义煤由纯煤和灰分两部分组成，纯煤包括碳、挥发分与水分，由此得：
dDENlog=Va×dDENa+(1-Va)×dDENcl，式中：dDENlog、dDENa和 dDENcl分别为密度测井值、灰分密度和纯煤密度，g/cm3。
由上式可得：dDENcl=(dDENlog-Va×dDENa)/(1-Va) 。
以此公式作灰分校正，dDENa可用目的煤层邻近的厚层泥岩密度值近似代之。 对所采用的样本该公式逐一校正， 并分析校正后的密度测井值与含碳量的关系。
①含碳量与灰分校正的密度测井的相关方程为Vc=64.28×dDENcl－15.54 。
②与校正前相比， 校正后预测含碳量的精度明显提高，相关系数由 0.58 提高到 0.74。
③含碳量与纯煤密度为正相关，即随着纯煤密度增加而增加，而这正符合纯煤的物理概念模型，因为纯煤中以碳的密度最大。
1.3 饱和水孔隙度确定
1.3.1 饱和水孔隙度测井方法
煤的孔隙度由基质孔隙度和微裂孔隙度两部分组成，其孔隙空间为水分、游离气和吸附气所充填，而饱和水孔隙度可定义为被地层水所充满的空间与煤体积之比。
孔隙度测井有密度、声波和中子测井，目前煤田测井系列中，中子测井不是主要方法，因此，主要考虑密度和声波测井评价煤层气储层的孔隙度。
①密度测井与饱和水孔隙度（фw）之间没有明显的关系，这是因为煤中的孔隙值很小， 一般小于5%，水的密度为 1.0~1.1g/cm3，含量如此小的成分其相对变化不足于引起密度测井的变化，因为其变化在密度测井的误差统计范围之内。
②声波测井与 фw 之间的关系也不密切，引起这种现象除了煤的孔隙度太小之外， 其中另一个重要因素是煤层气作用。实验表明，少量的气存在可使声速值增大，但当气达到一定含量后，即使气量再增加，声速值增加率也会趋缓甚直停滞。
③不能简单地以密度测井和声速测井评价饱和水孔隙度。
1.3.2 饱和水孔隙度与密度的关系根据上一节校正后的密度测井建立与 фw 间的关系，可以得到如下结论。
①纯煤密度与饱和水孔隙度之间的相关方程为фw＝-4.04×dDENcl+6.98 (R=0.74) ，
式中：фw 为饱和水孔隙度，％。
②纯煤密度与 фw 间关系较为密切， 相关系数为 0.74。
③фw 与 dDENcl间是逆关系，即 фw 随着 dDENcl增加而降低，这符合两者间的物理规律，因为水的密度（1.0~1.1g/cm3）较煤中主成分固定碳 （1.4~1.6g/cm3）要低。
1.4 含气量确定
煤层气以两种形式赋存于煤层双重孔隙结构之中，即游离态气和吸附气，后者是主要的赋存方式。测井定量评价煤层气是一个非常棘手的问题，尤其是象煤层气储层这样低孔、 低渗三相共存的介质。 借助于实验室分析化验的含气量建立估算煤层含气量的测井参数相关公式， 进而实现以测井评价含气量。
1.4.1 孔隙度测井法
在石油测井中，综合考虑三种孔隙度測井求取的视孔隙度识别气层是一种较为有效的方法。由于未收集到中子测井资料，故仅采用密度和声波测井。在原煤所处压力相等的条件下， 含气量在一定范围内增加，声波测井值将增大，密度测井值有一定程度的降低，因此以声波时差与密度之比分析含气量，不仅能提高估算的精度， 而且能在一定程度上补偿掉
碳和灰分在声波和密度测井上的变化。
1.4．3 含气量与深度的关系
根据煤层的等温吸附曲线知，压力越大，煤层吸附气量越大。 在地层处于正常压力（无超压或欠压）情况下，煤层吸附气量与深度成正比关系。 以某地 ３煤与 15 煤为例，含气量与深度的关系分别为３ 煤：wCH4=0.048 9×H－16.229 9 (R=0.77），15 煤：wCH4=0.023 9×H－3.209 1 (R=0.76) 。
①３ 煤的含气量更敏感于深度的增加， 即同样的深度 ３ 煤的含气量较 15 煤高。
②相同的含气量，15 煤要求更大的深度。出现以上情况可能是由于这两层煤的不同物理性质所引起，表 1 列出了 G2 和 G6 两口井的 3 煤与15 煤的参数。由 Langmuir 等温吸附定理有V0=VLP/(PL+P)，
式中：VL和 PL分别是 Langmuir 体积和压力, 单位：mL/g 和 MPa；P 是储层压力；V0是理论含气量。
2 结束语
以测井资料定量评价煤层气储层是非常不易的，因为煤层低孔、低渗，微孔隙发育，孔隙间充填地层水和由以吸附状态为主的吸附气组成的双相流体， 即使在石油天然气测井评价解释中也是难以克服的问题， 况且煤层气储层的测井评价只是最几年才发展起来的，有许多基础理论问题亟待解决。