辽河油田东部凹陷煤层物性评价研究

２０１２年第１期　国外测井技术　Ｆｅｂ－２０１２　总第１８７期　Ｗ０ＲＬＤ　ＷＥＬＬ　ＬＯＧＧＩＮＧ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｔ０ｔａｌ１８７　３３　・地质应用・　辽河油田东部凹陷煤层物性评价研究　何晓辉　赵荣　谢立志　１长江大学研究生学院２胜利油田黄河钻井公司　摘要：总结了辽河油田东部凹陷的测井特征，分析了其储层的物性特征及物性控制因素，结合前　人的工作，给出了计算孔隙度和渗透率的方法，计算结果与实验结果对比比较符合。利用Ｆ－Ｓ方法　并结合地区性质得到的经验公式及利用达西定律推导得出的理论公式，编写了煤层气测井解释程　序，并对一些井进行了处理，得到了煤层处理剖面图，从剖面图上可看出，煤层的孔隙度和渗透率都　很低，其处理的孔隙度结果与测试结果对比基本吻合；在欧１５井煤层井段进行了单相注入压降测　试，从测试结果看所计算的渗透率比较准确。　关键词：孔隙度；渗透率；物性特征；测井解释　Ｏ引言　含有由基质孔隙和裂隙组成的双孔隙系统。裂隙是　指煤中自然形成的裂缝。基质孔隙是煤的基质块体　辽河坳陷东部凹陷西起中央凸起，东至营口一　单元中未被固态物质充填的空间，由孔隙和通道组　佟堡大断裂，北近沈阳，南临渤海，总面积　成。裂隙孑Ｌ隙的发育对煤层气的运移和产出起决定　３３００ｋｍ　。辽河油田东部凹陷煤层比较发育，主要以　作用，即对渗透率有重要影响，而基质孔隙为煤层气　褐煤、长焰煤和气煤为主，其中煤层最发育的区块有　主要储集空间，影响煤层气的赋存。因此二者对煤　欧利坨子、小龙湾等地区，其煤层主要发育在下第三　层气的赋存、运移和产出起不同作用［１］。因此煤层　系沙河街组上段，其具有埋藏较深，分布范围较广，　与常规储层相比具有孔隙度低、渗透率差的特点，系　厚度较大的特点，据统计除了个别井的气测全烃值　统研究和正确认识煤中的孔隙，对煤层气的勘探开　较低外，气测全烃基本都大于２％，而且大部分煤层　发至关重要。　的甲烷值较高，甚至煤层甲烷值高达１００％。本文总　通过分析研究大量的辽河东部凹陷煤储层测井　结了辽河油田东部凹陷煤层气储层的测井特征，利　曲线可知，辽河油田东部凹陷煤层气储层具有低体　用煤层双孔隙体积模型及达西定律推导出了煤层裂　积密度、高声波时差、高补偿中子值、低自然伽马值、　缝孔隙度及裂缝渗透率的计算公式，编写了煤层气　高电阻率值等特征。但由于煤质以及灰份含量的不　测井解释程序，并把计算结果与测试结果进行对比，　同，电阻率、自然伽马等数值都会发生变化，由于灰　吻合很好，为煤层评价提供可靠的参数。　份含量增加，自然伽马数值增大，电阻率数值减小。　１辽河油田东部凹陷煤层气储层的物　２煤层孑Ｌ隙度　性及测井特征　在煤系地层中，煤层的裂缝发育情况与其它岩　煤层具低孔、低渗特征，但煤层表面极大，它既　性的情况不同，煤层的裂缝发育情况可分为两种，一　是煤层气的源岩，又是其储层。作为一种非常规储　是与井眼垂直的水平裂缝，称之为层面裂缝；另一种　集层，它有着与常规天然储层明显不同的特征，最重　是与层面裂缝正交或斜交的层间裂缝。采用双侧向　要的区别在于煤储层是一种双孔隙岩石，即煤层中　测井　资料和煤层双孔隙体积模型ｃｚ　计算煤层裂缝　作者简介：何晓辉（１９８７一），女，长江大学应用数学专业在校研究生，现主要从事统计分析及测井解释方面的研究工作。　３４　国外测井技术　２０１２年２月　孔隙度。　由煤的体积模型，煤层可近似看作由碳、灰和孔　隙三部分组成，其中孔隙又可分为基质孔隙和裂缝　其中ｃ　、ｃ　分别为深、浅侧向电导率，ｃ　、ｃ　分别　为地层水和泥浆滤液的电导率。　当地层水电阻率与泥浆滤液电阻率相比较大　时，（６）式又可写为：　孔隙（如图１所示）。图中Ｖ　、Ｖ　分别为碳、灰的相对　体积；Ｖ　、Ｖ　分别为基质和裂缝的孔隙度。　图１煤层的双孔隙体积模型　对于电阻率测井，可以把所钡４的电阻率看成是　由碳、灰、基质孔隙和裂缝孔隙四部分电阻率并联的　结果，可写为：　：　＋　＋　＋　（１）　Ｒ　Ｒｃ　Ｒｂ　Ｒｙ　式中：Ｒ一煤层电阻率测量值；　、Ｒ　、Ｒ　、风一分　别代表碳、灰、基质孔隙、裂缝孔隙的电阻率值。　若采用双侧向测井资料，可以得到以下两，ｆ　子：　去＝Ｒ　　＋　Ｒｏ＋　Ｒ＋　Ｒ　，　ｃ…　２　去　＋足　　＋　Ｒｂ＋　ＲＩ　（３）　其中ＲＩ、　分别为深、浅侧向电阻率值。　由于煤在原生状态下，一般含气饱和度较低，而　且大部分处于吸附状态，因此认为孔隙中较大程度　被水充填，并假设其含水饱和度约为１００％，由于裂　缝中几乎被泥浆滤液充满，因此认为其裂缝电阻率　应等效于泥浆滤液的电阻率，而基质孔隙，由于其中　一般不含可动水，因此认为其不受泥浆侵人的影响，　又根据阿尔奇公式，上面两式又可变换为如下形式：　去＝　＋Ｒｃ　　＋Ｒｏ　等＋Ｒ　　Ｒｂ（４）　去＝Ｒｓ　　Ｒｃ＋　Ｒｏ＋等Ｒｍｆ　＋≥　Ｒｂ　（、　５）　式中为　裂缝孔隙度；Ｖ　、Ｖ　、Ｖ　为碳、灰和基质　孔隙的相对体积；ｍｆ为裂缝孔隙的胶结指数。　将上面两式相减并整理得：　（　一　【箸　㈦　，＝　（１／Ｒ，一ｌ／　．）Ｊ　Ｉ，　（７）　当地层水电阻率与泥浆滤液电阻率相比较小　时，（６）式又可写为：　ｒ＝［尺　（１　一１／Ｒ，）］　（８）　所以要求裂缝孔隙度　ｒ，可以利用（６）（７）（８）求　得。　３煤层渗透率　由于基质孔隙主要储集煤层气，同理则作为煤　层气的流动通道，因此，我们所研究的渗透率是指裂　缝渗透率。煤层渗透率的计算我们主要采用两种方　法：一种是利用Ｆａｉｖｒｅ和Ｓｉｂｂｉｔ两位学者的研究方法　（这里简称Ｆ—Ｓ计算方法）；另一种是利用达西定律　推导得出的渗透率公式。　３．１　Ｆ—Ｓ计算方法　煤层的裂缝是由层面裂缝与层间裂缝组成，而　层间裂缝计算方法Ｆａｉｖｒｅ和Ｓｉｂｂｉｔ两位学者已经作　了很深入的研究，在此采用这两位学者的方法　进行　计算，即平行井眼的垂直裂缝　Ａ　Ｃ／（４＂Ｃ　），其中　ｃ　泥浆电导率，Ａ　Ｃ＝Ｃ　一Ｃ　＝Ｉ／Ｒ。一Ｉ／Ｒ　；　估算裂缝空间由ｈ￣＝ｈｄ　计算，裂缝渗透率由　下式计算：　Ｋ＝（Ｒ　Ｆ）　８．３３＂１０　￥ｈＣｈ　＝（Ｒ　Ｆ）　８．３３＂１０　（９）　式中Ｒ、Ｆ为比例因子，可以根据各地区统计数　据求得或由地区经验得到，也可用实验测得。在辽　河油田东部凹陷地区，由实验数据分析取Ｒ　Ｆ＝　Ｏ．３３８＂１０一，则裂缝渗透率计算公式为　Ｋ＝０．３３８＊８．３３＊　ｒ　（１０）　３．２基于达西定律的渗透率计算方法　一般认为气一水在煤层裂缝中的流动为层状流　动，满足达西定律　。由达西定律知，煤岩流量的计　算公式是　Ｅｑ（Ｐ￣一Ｐ　）　ｑ　—　—　ｆＺ乙　设煤岩有一条裂缝宽度为ｂ，长度为Ｌ，高度为ｈ　水平裂缝（如图２所示），裂缝中的流体在压力差　（Ｐ　一Ｐ：）驱动下流动。对于裂缝中截面积等于ｂ　ｈ的　地方，压力差（Ｐ广Ｐ：）作用在该截面上的驱动力为　Ｆ　＝（Ｐ　一Ｐ：）ｂ　ｈ　流体在裂缝中流动的同时，还受到裂缝壁对流　２０１２年第１期　何晓辉，等：辽河油田东部凹陷煤层物性评价研究　３５　图２煤岩裂缝示意图　体的粘性力，流体受到的粘性力可以由下式表示：　式中：Ｆ：一粘性力，达因；Ａ一粘性力作用的截面　积Ａ＝ｈＬ，厘米　；ｖ一裂缝中流体的流速，厘米／秒。　如果我们假设煤岩中流体以匀速流动，那么它　所受的驱动力（Ｆ　）与粘性力（Ｆ：）相加必然等于零，　即Ｆ　＋Ｆ　：Ｏ。将Ｆ　和Ｆ：的计算式代人可得：　抛　＋（　一　）ｆ）　ｈ＝０　对上式进行积分，在裂缝的两边，当流体的流速　ｖ＝０，ｂ　＝　，得　（８－　）等一ｐＬ　＋（８－　１等　则可以解出裂缝中流体的流速ｖ，　ｒ＝（　一譬］　由于流过单元截面积ｄＡｆ的流量ｄｑ等于ｖｄＡｆ，　其中ｄＭ＝ｈｄｂ　，则有裂缝的流体流量　＝Ｊ　，积分　后得到　；　：　，此式计算的流量为亵缝的理想　流量，而裂缝的实际流量应等于该流量与裂缝孔隙　度的乘积，即：　叮　，　，１　一　）０　，（　—　，　一　！ｚＬ　１２／ｚＬ　式中，Ａ　为裂缝的截面积（Ａ　＝ｂｈ），ｍ　；Ｋ　为煤岩　裂缝渗透率，即：　，　箬　）　由此可见，只要已知煤岩的裂缝宽度和裂缝孔　隙度，即可求出煤岩裂缝渗透率。煤岩裂缝孔隙度　可用双侧向法求得，裂缝宽度可用公式（１）求得。　４煤层物性变化的控制因素　（１）变质程度对煤层物性的影响。东部凹陷下　第三系沙三上段煤层虽为低变质阶段形成的褐煤、　长焰煤和气煤，但随变质程度的影响，煤层物性也有　较大的变化，具体表现在随Ｒｏ的增加，即随变质程　度增加煤层孔隙度减少。　（２）埋藏深度对煤层物性的影响。随煤层埋藏　深度增加孔隙度表现出较复杂的变化规律，总体上　是随深度增加，孔隙度变小，而渗透率随深度增加明　显减少，从而可以推断煤层孔隙度的变化主要是受　煤变质程度控制的，而受机械压实作用影响相对较　小，但对渗透率却有一定的影响，这也解释了东部凹　陷不同地区煤层物性存在明显差异的原因。　（３）显微组份对煤层物性的影响。在煤的三大　显微组份中，惰质组的孔隙最为发育，孔径也比较　大，其次为镜质组，以微孔和小孔为主，而壳质组的　孔隙最不发育。因此，煤层中不同显微组份含量的　差异直接控制了煤层物性。　（４）厚度对煤层物性的影响　。由东部凹陷不　同厚度煤层与孔隙度关系分析，煤层厚度与孔隙度　并无直接的关系，说明煤层厚度对孔隙度没有控制　作用。　．　５对比　关于裂缝孔隙度和裂缝渗透率，用荣３７井的高　压孔渗分析报告于理论计算结果进行对比（表１）。　表１荣３７井高压孔渗分析报告　－　测　ｆ：响廊特征值　　ｒ解释结论　Ｒｔ（Ｑ　ｍ】　　｝ＡＣ（“ｓ／ｍ）　ＤＥＮ（ｇ／ｃ１１１３）：　备注　油层　：　＞Ｉ７０　１　＞￣２３０　≤２．５　‘　ＩＯ～２Ｏ　≥２３０　≤２．５　含泥重　低产油层　１０～１５　｛　２１０～２３０　２　５～２　５５　：物性差　由表１可知，在压力为２１．５ＭＰａ时，实验测得　孔隙度为１．６％，渗透率为０．０３１＂１０　ｍ　，而实际　计算相应压力深度处的孔隙度为１．５１％，渗透率为　０．０４＊１０　ｍ２，可以看出计算结果与实验结果比较　符合。　在计算裂缝渗透率的过程中，采用了两种方　法即：利用Ｆ—Ｓ方法并结合地区性质得到的经验公　式（１Ｏ）和利用达西定律推导得出的理论公式（１　２），　表２是欧２４井利用这两种方法计算的渗透率结　果，对比可看出两种方法计算的结果基本相符。　表２欧２４井渗透率计算结果对比表　井　ｆｍ）　疑验公』　浊汁Ｖ　ｒ的ＫＦ（ｍｄ１　玛。论公Ｊ￡ｆ　：计尊的ＫＦ（ｍｄ）　２２３０（）　０　２７４　（１　４８Ｉ　２２３０　６２５　＿＿ｌ９２　０　Ｉ　６５　２２　３１　２５Ｏ　０　０４６　Ｏ　０Ｏ２　２２　３ｌ　８７５　Ｏ　０９２　Ｏ　０Ｉ　８　２２３２　５０　０　２２０　０　２４９　２２　３３　７５０　（｝１　０６　（］Ｏ２８　３６　国外测井技术　２ｏ１２年２月　同时，利用上述方法，编写了煤层气测井解释　程序，并对欧Ｍ１、小Ｍ１、小Ｍ２、小１０和北Ｍｌ等煤层　进行了处理，其中图３、４为欧Ｍ１、小１Ｏ的煤层处理　透率在０．２ｒｏｄ左右，一般低于０．２ｒｏｄ，由于东部凹陷　沙三上段煤层变质程度低、成岩性差，一般很疏松，　很难进行物性分析，这几口井都没有物性分析资　剖面图，从剖面图上可看出，煤层的孔隙度和渗透　率都很低，孔隙度一般小于７％，大部分小于５％，渗　嚣　确啡　＿　馨　舄｜　薯；　；　；｛。　弧ｃ。　：　：｛　ｉ　ｊ　ｉ　矗　；～　鼙　Ｉ　＝ｌ　直　ｌ　辨　Ｊ　＇　｛；；；　ｒ　　　薛　｜≮　ｔ　．　。　｛：。誊　｝　ｉ　．：　舞，；　　；；ｊ　；　’　ｊ　．　。　　｛　｝。　÷　；　：：　￡　ｊ　吾　ｉ　｝　■？　ｌ＿　；　：　÷　葛。　誊　：：　一　；　鼍　鼍　＿｛童　．　÷　｝　，　｝　ｊ　等Ｊ　Ｉ　；　；　群！　ｌ　ｉ　｛　嚣ｉ　铤　。　：　ｔ　ｊ　ｌ　；　誊　警　ｉ÷　图３欧Ｍ１并煤层处理剖面图　鑫ｌ　■　＼　一　Ｉ　０．：　目　《　孽卜一　～　－哥哥　争；　　旗糕攘｝辫　璧耍繇　释　４　－　。《％　艘　髓　ｌ　ｉ　ｌ　；　　：　。Ｉ　疑繁饕戮《　疆　ｉ　｜　。＿　蓑ｉ　ｉ；÷　。＇　　一÷獭麓鬻　鞭　ｂ　：；：　ｔ－　，　ｔ　霉幕　曩　：　？　ｉ　ｉ糨越罐　　．０　。－　．　　．Ｉ　ｉ　童￡－－　　；ｉ繇　鬻　－……　臻　；　：　“ｌ一　：　：’｜　，　：锥　羁　ｇ　§醚＊　岱　ｂ一　＇　＿　１’ａ　ｔ：　ｌ稻氆罄磐蒜如　髓卷毽羲强器　莲　疆啦　繇　强　ｉ　：　ｊ　ｉ　－一　㈡　｝　ｌ　ｉ　ｉ　：　“．　ｌ　ｒ　；｜　ｌ　ｊ　＿　ｌ｝—享；　‘．　ｔ　　。｛　ｉ　一　ｉ　－　；■　　；。　，｝　；譬　“．　｝　。ｌ　　。。，　ｂ誊毒　≯　。ｐ。　，　’　ｔ　｜｛．－‘　　ｔ　一　：｝４　ｉ’　—　・　｝　霆ｌ点！ｉ　ｉ嚣　潞　璐　图４小ｌ０井煤层处理剖面图　料，目前，全凹陷仅有２块煤样品孔隙度测试结果，　其测试结果分别为６．４％和２．１％，处理的孔隙度结果　与测试结果对比基本吻合。　为了更好地评价煤层物性，取得其渗透性资　料，该区曾选择了欧１５井煤层井段进行单相注入压　降测试，并利用计算机对所得的资料进行处理，在　首先求取表皮系数，确定无污染的前提下求得煤层　的有效渗透率为０．１７５～０．１９１ｍｄ，从此测试结果看所　计算的渗透率比较准确。　６总结及建议　（１）煤气储层具有双孔隙结构，低渗透率，低孔　隙度，比表面大，既是煤层气的源岩，又是其储层。　从测井曲线可知，辽河油田东部凹陷煤层气储层具　有低体积密度、高声波时差、高补偿中子值、低于自　然伽马值、高电阻率值等特征。　（２）利用煤层双孔隙体积模型推导出煤层裂缝　孔隙度计算公式；利用达西定律推导出了计算煤层　裂缝渗透率的公式。根据所研制的方法编写了相　应的解释软件，并对有实验分析资料的井进行处　理。　（３）建议在一些重点井，考虑加测ＭＡＣ、核磁、　声一电成像、倾角等测井，以便于研究煤层的孑Ｌ隙　和割理结构、力学参数、地层产状等。　参考文献：　［１］赵庆波等著，煤层气地质与勘探技术［Ｍ】，北京：石油工业　出版社．１９９９．　ｆ２１测井学编写组，测井学【ＭＪ，北京：石油工业出版社，１９９８．　［３］金燕、张旭，测井裂缝参数估算与储层裂缝评价方法研究　Ｕ１，天然气．７－．＿＇１ｋ：２００２．　欧阳健，塔单木盆地油气勘探丛书，石油测井解释与储层　描述【Ｍ］，北京：石油工业出版社，１９９１，２６８－２６９．　［５］张建国、雷光伦等主编，油气层渗流力学［Ｍ】，东营：中国石　油大学出版社，１９９８．　［６］葛祥、李涛，煤层物性测井评价方法初探Ｕ］，测井技术，　２００３，２７（２）；１２９—１３１　［７】汤达祯、王生维等著，煤储层物性控制机理及有利储层预　测方法［Ｍ】，北京：科学出版社，２０１０．