煤層氣勘探方法與技術

煤層氣勘探方法與技術中石油煤層氣有限責任公司2009年4月內容1煤層氣資源及開發(fā)煤層氣的重大意義2煤層氣勘探的目的與任務3煤層氣勘探的方法與階段劃分4煤層氣地震勘探技術5煤層氣鉆井技術6煤層氣儲層參數(shù)測試技術7煤層氣儲量評價煤層氣在煤礦生產中稱為瓦斯,它是煤層在煤化過程中生成并儲集于煤系地層中的非常規(guī)天然氣。因此，在國外油氣行業(yè)中，煤層氣也被稱為“煤層中的非常規(guī)天然氣”煤層氣的主要成份是甲烷（CH4），以吸附狀態(tài)為主賦存于煤層中。其儲集機理和生產特征有別于常規(guī)天然氣煤層氣的概念煤層氣產出過程：解吸、擴散、滲流煤層氣與常規(guī)天然氣對比

煤層氣＊甲烷含量>95%＊埋藏淺，300—1200m

＊滲透率低，井距?。獑尉a量低（幾千m3/d)＊生產年限長（20-30年）＊必須壓裂，提高單井產量＊產出方式：吸附氣，排水-降壓-解吸

天然氣＊甲烷和重烴等烴類氣體＊埋藏深，>1500m

＊滲透率高，井距大＊單井產量高(~幾十萬m3/d)＊生產年限短（8－10年）＊儲層壓力大，自噴＊生產方式：游離氣，在儲層壓力作用下直接流向井筒

煤層氣井排采井場煤層氣與常規(guī)天然氣對比＊天然氣井初始產量高，但衰減快＊煤層氣單井產量不如常規(guī)天然氣高，但氣井服務年限長中國煤層氣資源分布及特點我國煤層氣資源十分豐富，與陸上常規(guī)天然氣資源量相當（56萬億m3）埋深2000m以淺的煤層氣資源量達36.81萬億m3，可采資源量約為10萬億m3沁水盆地和鄂爾多斯盆地是煤層氣資源量最大的兩大盆地，均超過10萬億m3，為規(guī)模開發(fā)提供了資源條件埋深1500m以淺的煤層氣資源占總量的60%，有利于煤層氣的勘探和開發(fā)據預測，2010、2020、2030、2050年，我國天然氣供需缺口分別為268、830、1515、2080億m3我國常規(guī)天然氣可采資源量為22萬億m3，我國煤層氣可采資源量為10萬億m32010年，我國煤層氣產量將達到100億m3，將彌補當年天然氣供需缺口的37.3%。2020年將達到300億m3，彌補當年天然氣供需缺口的36.1%煤層氣是可以有效彌補我國天然氣供需缺口的最現(xiàn)實的非常規(guī)天然氣資源彌補我國天然氣供需缺口煤礦瓦斯一直是煤礦安全生產的重大隱患，近年來，煤礦重特大瓦斯爆炸事故時有發(fā)生，給人民群眾生命財產造成了重大損失我國每年因瓦斯爆炸死亡約2000人，2004年10月-2005年3月，四起特大瓦斯爆炸事故死亡礦工594人先采氣后采煤可以大大降低煤層中的瓦斯含量，有效減少重特大瓦斯爆炸事故，提高煤礦的經濟效益國務院辦公廳《關于加快煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用的若干意見》（國辦發(fā)〔2006〕47號）中明確規(guī)定：“煤層中噸煤瓦斯含量必須降低到規(guī)定標準以下，方可實施煤炭開采”有利于煤礦的安全生產煤層氣的主要成分甲烷是“溫室氣體”，其溫室效應是CO2的21倍采煤之前先開采利用煤層氣，可以有效避免煤炭生產過程中的甲烷排放，變廢為寶，避免資源浪費國辦發(fā)〔2006〕47號文中明確規(guī)定：“限制企業(yè)直接向大氣中排放煤層氣”2007年5月30日由國務院頒布實施的《中國應對氣候變化國家方案》中明確將煤層氣的開發(fā)利用作為防止環(huán)境污染的重要手段，應最大限度地減少煤炭生產過程中的能源浪費和甲烷排放通過發(fā)展煤層氣產業(yè)，預計2010年可減少甲烷溫室氣體排放約2億噸二氧化碳當量有效減排甲烷溫室氣體，變廢為寶國家十分重視煤層氣的開發(fā)利用溫家寶總理明確提出：“開發(fā)和利用煤層氣既可治理瓦斯，又可利用能源，一舉兩得，應該加大科研、勘探、開發(fā)的力度。請發(fā)改委研究、制定規(guī)劃和措施?！睘槊簩託猱a業(yè)的發(fā)展指明了新的方向和機遇：既要開發(fā)新能源，又要兼顧瓦斯治理內容1煤層氣資源及開發(fā)煤層氣的重大意義2煤層氣勘探的目的與任務3煤層氣勘探的方法與階段劃分4煤層氣地震勘探技術5煤層氣鉆井技術6煤層氣儲層參數(shù)測試技術7煤層氣儲量評價煤層氣勘探的目的與任務最終目的：探明煤層氣地質儲量和可采儲量，制定開發(fā)方案任務：通過物探、鉆井、測井、測試和先導性排采試驗等方法，查明煤儲層特征參數(shù)、煤層含氣性、煤層氣可采性，為煤層氣田開發(fā)生產提供依據內容1煤層氣資源及開發(fā)煤層氣的重大意義2煤層氣勘探的目的與任務3煤層氣勘探的方法與階段劃分4煤層氣地震勘探技術5煤層氣鉆井技術6煤層氣儲層參數(shù)測試技術7煤層氣儲量評價煤層氣勘探的方法野外地質勘測：野外踏勘、露頭采樣、地質剖面建立地震勘探：利用不同巖石地層對人工地震波反射特征的不同，識別地層界面、構造和巖性的地球物理勘探方法，包括野外地震數(shù)據采集、資料處理與解釋、地層剖面和構造剖面建立鉆井：利用機械方式鉆開地層，形成煤層氣產出的井筒通道，鉆井可以直接獲得地層和地層中流體的特征參數(shù)測井：利用不同巖石和不同流體的地球物理特性的差異（聲學、電學、放射性等）識別地層巖性和地層中流體特征的地球物理勘探方法，聲波測井、電法測井、放射性測井等測試：試井和實驗室測試等。試井用于獲取地層壓力、滲透率等參數(shù)，實驗室測試用于獲取煤巖特征參數(shù)、煤巖工業(yè)成分數(shù)據、含氣量數(shù)據和力學特征參數(shù)煤層氣勘探階段劃分野外地質調查與選區(qū)評價：在盆地級別上，主要通過野外地質勘測、地震勘探、鉆井等方法選擇煤層氣富集的有利勘探區(qū)塊鉆井與先導性排采試驗：在區(qū)塊級別上，通過鉆井工程評價和井組生產試驗，進一步確定煤層氣開發(fā)區(qū)儲量評價與開發(fā)方案編制：依據勘探成果和生產試驗的結果，進行地質儲量和可采儲量的評價，確定煤層氣經濟可采性，編制開發(fā)方案區(qū)域勘探與選區(qū)評價有利區(qū)塊確定開發(fā)區(qū)內容1煤層氣資源及開發(fā)煤層氣的重大意義2煤層氣勘探的目的與任務3煤層氣勘探的方法與階段劃分4煤層氣地震勘探技術5煤層氣鉆井技術6煤層氣儲層參數(shù)測試技術7煤層氣儲量評價地震勘探的基本原理地震勘探是利用地殼中巖（礦）石波阻抗等物理性質的差異來研究地質構造或者探測地下礦產的一門學科。地震勘探主要利用人工激發(fā)震源在地面激發(fā)地震波，入射到地層波阻抗界面反射回到地表，并被地表地震檢波器和地震儀器接收記錄。之所以能夠利用地震反射波法進行煤田勘探，主要依據煤層低密度、低速度，沉積相對穩(wěn)定，與圍巖之間存在著較大的波阻抗差異，因而能形成能量強、連續(xù)性好、信噪比高的反射波。地震勘探的實施過程野外數(shù)據采集：布置地震測線和野外儀器，激發(fā)地震波，獲得野外地震數(shù)據的磁帶和野外地震監(jiān)測記錄地震資料處理：利用計算機和專用軟件數(shù)據處理程序對野外采集的數(shù)據進行資料處理，獲得用于地質解釋的地震時間剖面地震資料解釋：運用地震波傳播的理論和煤田地質學的原理，綜合地質、鉆探和其他資料，對地震時間剖面進行研究分析，對各反射層相當?shù)牡貙幼龀稣_的判斷，對目的層地質構造進行解釋，繪制各種地震解釋圖件煤層地震反射波特征振幅特征:在縱向地層結構中，由于主要可采煤層波阻抗大大低于圍巖，因此，煤層反射波振幅特征表現(xiàn)為強振幅亮點。當煤層厚度小于1/4波長時，煤層厚振幅強，煤層薄振幅相對較弱或反射波消失波形特征:在波形剖面中，煤層反射波通常以雙相位出現(xiàn)，波形穩(wěn)定，易識別，易對比。在時間剖面上，

煤層反射波呈波狀起伏，且與相鄰波組呈不平行關系構型特征:由于煤層沉積于地形凹陷部位，因此，煤層反射同相軸呈現(xiàn)明顯的向斜構型，并在向斜邊緣消失頻率特征:一般的厚煤層視頻率低、復合波出現(xiàn)，薄煤層頻率高波阻抗特征:煤層的波阻抗與圍巖波阻抗相差很大，它們之間所形成的界面反射系數(shù)達0.2～0.5，是一個良好的反射界面。在相對波阻抗剖面上，煤層表現(xiàn)為低波阻抗條帶。煤層厚度變化的時間剖面圖識別煤層，并查明主要目的煤層的幾何形態(tài)、平面展布范圍以及與煤層相關的構造發(fā)育情況查明煤層中裂縫或者割理發(fā)育情況查明煤層中流體（水、氣）的特征及其富集規(guī)律煤層氣地震勘探的任務地震技術在煤層氣勘探開發(fā)中的應用前景利用地震屬性提取技術和反演技術，進行煤儲層描述和預測，預測煤儲層的空間展布及物性變化應用高精度三維地震資料，建立靶區(qū)高精度構造模型，優(yōu)化定向斜井、水平井井身軌跡設計，大大提高鉆井和開發(fā)的成功率應用井間地震技術,分析井間儲層及微裂縫分布利用AVO技術檢測煤層氣富集和裂縫分布規(guī)律：AVO技術是根據地震反射波振幅隨炮檢距變化而變化的規(guī)律，在疊前道集記錄上獲得諸如反射系數(shù)、振幅、頻率等多種有用的信息，并對這些信息加以分析，對油氣層進行直接檢測的技術利用地震資料中的地震波波組特征（地震相）解釋地震相所反映的沉積環(huán)境，為制定煤層氣田開發(fā)方案提供依據應用三維地震資料和聯(lián)井剖面，實現(xiàn)層序地層的等時對比，建立微構造模型，合理劃分煤層氣田的開發(fā)單元，優(yōu)化開發(fā)方案，使煤層氣的開發(fā)與調整更有針對性煤層氣地震勘探階段及要求地震普查：了解區(qū)域構造特征、建立與劃分地震地層層序、提供參數(shù)井井位和預探井井位地震詳查：查明主要煤系層段的分布與埋藏深度、厚度變化，查明主要斷裂系統(tǒng)的展布，指出進行煤層氣勘探的有利區(qū)塊，提供評價井井位方案地震精查：進一步查明主要煤系地層、斷裂系統(tǒng)的空間分布，對主要煤系層段的物性進行研究與探討，提供開發(fā)井和開發(fā)井組方案煤層氣地震測線部署原則

根據地質任務，對全區(qū)進行整體規(guī)化，統(tǒng)一部署，分期實施測線布置任務明確，針對性強，長度夠，能控制所要研究的地質對象地震普查、詳查測線必須形成閉合網主測線方向原則上要垂直構造走向，為了特殊地質目的，也可布置少量其它方向測線地震測線按直線施工，要精心選線，無法按直線施工時，可采取彎線施工地震測線要通過主要探井相鄰工區(qū)和不同年度的地震測線要滿覆蓋相互聯(lián)接煤層氣地震測網密度要求地震普查：主測線距8㎞，連絡測線距不大于16㎞地震詳查：主測線距2㎞，連絡測線距不大于4㎞地震精查：三維地震內容1煤層氣資源及開發(fā)煤層氣的重大意義2煤層氣勘探的目的與任務3煤層氣勘探的方法與階段劃分4煤層氣地震勘探技術5煤層氣鉆井技術6煤層氣儲層參數(shù)測試技術7煤層氣儲量評價煤層氣鉆井技術

直井按其目的一般分為參數(shù)井、參數(shù)+生產試驗井、生產井。直井以其工藝簡單、成本低等特點，得到廣泛的應用水平井按其工藝一般分為水平井、多分支水平井、U型井（末端對接井）、短半徑水平井等。水平井以其單井產量高、資金回收快等特點，也越來越受到關注比較內容多分支水平井常規(guī)直井適用儲層條件特別有利于低滲低壓儲層，要求煤層相對穩(wěn)定僅在高滲地區(qū)有較好的產氣效果；對煤體破壞程度很敏感技術成熟度有待規(guī)范化，設備與關鍵技術本土化不足已經規(guī)范化和系統(tǒng)化技術難度很大，關鍵環(huán)節(jié)仍依賴國外相對簡單，國內已經完全掌握產能特點快速、高產、高回采率排水周期長，生產周期長，回采率低鉆井成本目前很高，但有巨大下降空間已經降到很低生產成本單位面積生產成本很低單位面積生產成本很高主要特點地表要求(鉆前與銷售)山地作業(yè)優(yōu)勢明顯單井要求簡單，但對綜合開發(fā)來說由于井口多，鉆前要求很高服務面積0.5-1.0Km20.06Km2作業(yè)維護集中分散服務年限短，3-5年長，15-20年投資回收快，2-3年慢，8年產量曲線持續(xù)衰減穩(wěn)產維持時間長作業(yè)成本綜合成本低，綜合成本高，煤、氣共采潛力對實現(xiàn)“先采氣后采煤戰(zhàn)略”具有重要現(xiàn)實意義對近期和中期采煤計劃沒有很大幫助，而且遺留鋼套管對采煤有重大傷害多分支水平井與直井特點對比1)技術成熟，對施工設備的要求較低；2)地質條件的適用性較強；3)鉆井過程中，井壁穩(wěn)定性較好，且能夠完成較為詳實的錄井工作；4)不足是鉆速較慢，對儲層傷害較大，單井建井周期長。常規(guī)直井鉆井的工程特點

應滿足鉆井、完井和生產的需要以及獲取參數(shù)的需要；應充分考慮到出現(xiàn)漏、涌、塌、卡等復雜情況的處理作業(yè)需要（一般應留有余地）；能保障鉆井工程安全、優(yōu)質、快速、低成本施工。井身結構設計原則直井井身結構設計流程圖開鉆程序鉆頭尺寸套管類型套管尺寸一開ф311.1表層套管ф244.5二開ф215.9生產套管ф139.7（ф177.8）煤層氣常規(guī)直井井身結構表

單位:mm20m煤Φ244.5mm表套Φ311.1mm鉆頭Φ139.7mmΦ215.9mm上返200m30m煤層氣直井井身結構示意圖30m井身質量：井身、井斜、井底位移等；鉆井液質量：密度、失水、固相含量等；固井質量：水泥漿比重，水泥返高，膠結程度等；錄井質量：巖屑錄井，泥漿錄井，氣測錄井等；常規(guī)直井鉆井的工程質量控制

評級指標評

級

級

別優(yōu)

良合

格基本合格不合格井

深/m≤500≤1000≤1500≤500≤1000≤1500≤500≤1000≤1500達不到基本合格全井最大井斜角

/゜≤1.5≤2≤2.5≤2≤2.5≤3≤2.5≤3≤3.5井底水平位移/m≤5≤10≤15≤10≤20≤30≤15≤25≤35全角變化率/(゜/25m)≤1.2≤1.3≤1.4井徑擴大率

/%全井＜15＜20＜25煤層段＜25＜35＜40注1：井底水平位移和最大井斜角計算至井底。注2：全角變化率為連續(xù)三個測點的計算值全不超表內值。注3：全角變化率和井底水平位移的計算方法按Q/CUCBM0301-2002第9章9.1條的公式進行計算。注4：地層傾角大于150，最大井斜角可適當放寬10～20，特殊情況以設計要求為準。井身質量驗收評級標準性能

密度g/cm3塑性粘度MPa﹒s中壓失水ml固相含量

%含砂量%粘土含量%pH值指標1.03～1.0515～20<9<4<0.21～28～8.5

煤層氣井鉆井液匹配參數(shù)井段鉆壓kN轉速r/min排量L/s煤層段20～5040～506～8非煤層段40～6060～6510～15煤層氣井繩索取芯施工工程參數(shù)

套管外徑

mm試壓壓力

MPa30分鐘降壓

MPaф139.720≤0.5ф177.820≤0.5煤層氣直井生產套管試壓標準固井水泥膠結質量評價標準等級優(yōu)良合格基本合格不合格第一界面聲幅值≤10%10%<聲幅值≤20%20%<聲幅值≤30%聲幅值>30%第二界面地層波強、清晰地層波較強、較清晰地層波較弱、可辯認地層波弱、難辯認1、開鉆前驗收煤層氣井鉆井工程的鉆前驗收內容包括井場布置、設備安裝、鉆井工程準備、HSE等2、二開驗收二開驗收項目按二開要求進行驗收，不符合要求的要限期整改，經整改后達到規(guī)定標準才能二開鉆進。3、鉆井完井交接驗收鉆井完井后，7天內由施工單位向中聯(lián)公司項目經理部發(fā)出待交井申請書，由項目經理部組織交接的雙方人員到現(xiàn)場進行交接驗收。交接內容：井身質量、取芯質量、固井質量、完井質量、井場環(huán)保和鉆井工程地質資料驗收，并按中聯(lián)公司鉆井完井交接驗收書項目進行填寫交接驗收。4、鉆井完井最終驗收煤層氣鉆井驗收程序空氣沖擊鉆井的工藝及特點

—以引進美國雪姆公司T685為例1）空氣潛孔錘鉆進效率高2）對儲層傷害較小3）對環(huán)境污染小4）設備自動化程度高，易于搬遷，適合丘陵地區(qū)施工5）自動化程度的提高，大大降低了工人勞動強度車載頂驅空氣鉆機：T685空氣沖擊鉆系統(tǒng)配置

——以山西沁南地區(qū)為例序號名稱型號數(shù)量功率（KW）制造廠商1頂驅車載鉆機T685WS1臺美國雪姆公司2壓縮機36m3/2.4MPa1臺美國雪姆公司3主機發(fā)動機QSK-191臺563康明斯4頂驅1臺45噸美國雪姆公司5泥漿泵850/50型1臺90石家莊煤機廠

T685WS頂驅車載鉆機主要設備空氣潛孔錘鉆頭1水平井的鉆井特點1)多分支水平井實現(xiàn)割理和裂隙更有效連通，使氣、水快速產出；2)多分支水平井避免了固井、壓裂對煤儲層的傷害；3)多分支水平井控制范圍大，降低了地面集輸工程的成本；4)多分支水平井減少了地表植被破壞，更加有利于環(huán)境保護;但多分支水平井鉆井工藝技術復雜，鉆井成本高；適用范圍窄，要求目標煤層穩(wěn)定，煤體結構完整、煤巖強度較高。煤層氣水平井鉆井技術主水平井眼6～8分支水平井眼4口抽排直井1口主井眼常規(guī)直井4×4開發(fā)井網多分支水平井與直井對比2多分支水平井的關鍵環(huán)節(jié)

1)地質認識的程度，并非所有的地區(qū)所有的煤層都適合鉆多分支水平井，因此在施工前必須對目標煤層進行深入的研究；2)連通技術，連通一般此依靠旋轉磁場定位系統(tǒng)來實現(xiàn)；3)井眼軌跡控制，利用LWD或MWD、EMWD等監(jiān)測井眼軌跡方位、井斜、工具面來實現(xiàn)井眼軌跡控制；4)井眼穩(wěn)定性控制。一是要優(yōu)化井身結構設計；二是合理控制鉆井液體系；三是鉆進過程中，采取相對穩(wěn)定的井眼工程技術措施。煤層氣水平井鉆井技術3多分支水平井煤層的保護措施

1)鉆井液性能控制；2)完成井眼進尺后，采取替漿洗井措施；3)采用平衡鉆井或欠平衡鉆井技術。煤層氣水平井鉆井技術4實例分析以晉城為例，根據地質條件和煤層特性提出兩種井身結構：方案一，在距水平井井口200m且與主水平井眼在同一剖面上設計1口垂直井，與主水平井眼在煤層內貫通，保持井眼打開，用于排水采氣方案二，主水平井下泵直接抽排水采氣，分支井同方案一洞穴溝通兩井45°45°100m煤層主水平井眼分支水平井眼口袋直井排采方案一水平分枝井眼水平主井眼煤層方案二煤層氣水平井鉆井技術多分支水平井示意圖：生產井工程井多分支水平井工程井井身結構和套管程序開鉆序號鉆頭直徑mm鉆達層位套管外徑mm鋼級壁厚mm套管口袋m備注一開311.15>50m，入完整基巖不小于20m244.5J558.94<1m水泥返至地面二開215.9煤層頂板以上5m177．8J558.05<2mG級固井水泥返至地面。三開152.4設計要求深度裸眼完井井眼軌跡三維投影圖DS01井眼軌跡三維投影圖

DS01多分支水平井現(xiàn)場潘莊國際合作項目實施的6口多分支水平井軌跡多分支水平井—雙井連通U型井多分支水平井主要設計原則主水平井眼一般采用中（?。┣拾霃胶汀爸薄觥觥€(wěn)（水平）”的連增復合型剖面，井眼軌跡圓滑、摩阻和扭矩小，造斜點選在煤層頂部砂巖或泥巖層內；分支井眼采用中曲率半徑“增—穩(wěn)”剖面，與主水平井眼呈45°夾角。裸眼井標準測井（4） 雙側向（DLL）、自然電位（SP）、自然伽馬（GR）、雙井徑（CAL）。綜合測井（9）雙測向（DLL）、微球形聚焦（MSFL）、自然伽馬（GR）、自然電位（SP）、雙井徑（CAL1）（CAL2）、補償密度（DEN）、補償中子（CNL）、補償聲波（AC）、井溫（TEMP）套管井全井進行聲幅、自然伽馬、套管接箍測井、聲波變密度測井煤層氣測井技術

采樣間距及回放要求：煤系地層采樣間隔一般不大于0.05m，非煤系地層采樣間隔一般不大于0.10m；主要煤層及其上下各20m井段，回放1:50深度比例尺放大曲線，以精細研究煤層結構為適應地質研究或生產需要，可選測下列測井項目：地層傾角測井、陣列聲波（或長源距聲波）、核磁共振測井、微電阻率掃描、聲波掃描成像、擬穩(wěn)態(tài)井溫測井等。煤層氣測井技術要求序號

曲線名稱

圖件深度比例最大測量速度m/h

單位

1雙側向1：2001200.m2微球形聚焦1：200800.m3聲波時差1：2001200s/m4聲波變密度（或全波列）1：2001200s5補償密度1：200500g/cm36補償中子1：200500PU7自然電位1：2002000MV8自然伽馬1：200500API9雙井徑1：2002000Cm10聲幅1：2001200MV11套管接箍1：2001500MV12井溫1：2001000C13井斜1：500（連斜）10001點/25m(點測)14地層傾角1：200700現(xiàn)場測井速度、深度比例尺、測量值單位表評

級

指

標評

級

級

別優(yōu)

良合

格基本合格不合格測速小于規(guī)定容限符合規(guī)定容限基本符合規(guī)定容限超過規(guī)定容限深度誤差小于規(guī)定容限符合規(guī)定容限基本符合規(guī)定容限超過規(guī)定容限儀器刻度小于規(guī)定容限符合規(guī)定容限基本符合規(guī)定容限不齊全或超過規(guī)定容限曲線重復性優(yōu)于規(guī)定容限符合規(guī)定容限基本符合規(guī)定容限不符合規(guī)定容限圖頭填寫齊全、準確、清晰齊全、準確、較潦草齊全、準確、潦草不全或不準確單條測井曲線質量驗收評級標準評

級

指

標評

級

級

別優(yōu)

良合

格基本合格不合格單條合格率

/%100100≥90＜90五條重點曲線質量密度、聲波、深測向、井徑、自然伽馬皆達到優(yōu)良。密度、聲波、深測向、井徑、自然伽馬達到合格以上。密度、深測向必須合格。五條重點曲線中有一條不合格。全井測井曲線質量驗收評級標煤層氣測井現(xiàn)場提交的資料單條（或單個組合下井儀）井場監(jiān)視測井曲線圖一套（1：200），供檢查質量用綜合測井曲線現(xiàn)場合成圖一張（1：200），供現(xiàn)場解釋用記錄全套測井曲線的磁性介質（軟盤或光盤）現(xiàn)場綜合報告井斜測量記錄表1、前言2、測井施工概況3、測井解釋模型及處理參數(shù)的選擇4、測井資料綜合解釋5、井身及固井質量評價6、結論與建議測井解釋報告編制提綱內容1煤層氣資源及開發(fā)煤層氣的重大意義2煤層氣勘探的目的與任務3煤層氣勘探的方法與階段劃分4煤層氣地震勘探技術5煤層氣鉆井技術6煤層氣儲層參數(shù)測試技術7煤層氣儲量評價煤層氣主要儲層參數(shù)測定方法特性測定方法備注儲集能力實驗室等溫吸附曲線測定吸附體積煤芯解吸試驗氣成份煤芯解吸試驗或生產井采樣測定儲層幾何形態(tài)測井、錄井及煤芯數(shù)據或地質分析擴散率煤芯解吸試驗1煤巖基質特性測定特性測定方法備注儲層壓力試井、靜壓測量儲層絕對滲透率試井儲層相對滲透率數(shù)值模擬、實驗室煤芯測定有效厚度錄井、測井孔隙率數(shù)值模擬、實驗室煤芯測定孔隙體積壓縮系數(shù)實驗室煤芯測定流體性質成分與流體性質測定或生產井采樣測定抽排體積幾何形態(tài)地質研究、數(shù)值模擬、產量歷史擬合2天然裂隙系統(tǒng)特性測定

煤層氣主要儲層參數(shù)測定方法煤層氣主要儲層參數(shù)的測定1儲集能力測定

一般采用蘭格繆爾等溫吸附線測定，其方程式：V=VLP/PL+PV—吸附量；P—壓力；VL—蘭氏體積；PL—蘭氏壓力等溫吸附線的應用以下四個方面:1)評價煤層的最大吸附能力；2）預測生產過程中煤層氣的臨界解吸壓力；3）預測生產過程中壓力降低時煤層氣產出量和產出速率（吸附時間）；4）確定儲層初始含氣飽和度。煤層等溫吸附曲線2煤層氣含量測定

直接法——直接測量從試驗煤樣中釋放出的氣體；間接法——利用實驗室測定的等溫吸附等參數(shù)計算獲得。直接法測定煤層氣含量，包括三個部分：損失量、實測解吸量、殘余量。Q=32.0368（VLL+Vm+Vrd）/mQ—含氣量；VLL—損失量；Vm—解吸量；Vrd—殘余量；m—煤樣重量換算成干燥無灰基:Qdaf=32.0368（VLL+Vm+Vrd）/mad(1-Aad-Mad)煤層氣主要儲層參數(shù)的測定煤層生氣量與含氣量煤層氣主要儲層參數(shù)的測定3滲透率測定控制煤層氣產量的最重要的儲層特征之一，通過試井估算ka、p、s等未知參數(shù)。試井數(shù)據是精確估算原地裂隙系統(tǒng)滲透率的唯一方法。應用于煤巖雙孔隙度儲層模型的方程如下：qsi—流體的地表產量STB/d；Ka—絕對滲透率md；Kri—想對滲透率；H—儲層厚度ft；p—探測區(qū)平均壓力psi；pwf—井底壓力psi；Bi—地層體積系數(shù)；re—外邊界排水半徑ft；rw—井筒半徑ft煤層氣主要儲層參數(shù)的測定4煤層氣井常用試井方法1）鉆桿測試（DST）2）段塞測試法3）注入/壓降測試法4）水箱測試法5）多井干擾測試法煤層氣主要儲層參數(shù)的測定試井是一種以滲流力學理論為基礎，以各種測試儀表為手段，通過對油氣井或水井生產動態(tài)的測試來研究油、氣、水層和測試井的各種物理參數(shù)、生產能力，以及油、氣、水層之間的連通關系的方法。

試井可以提供包括滲透率和儲層壓力在內的、用于評價煤層甲烷氣井生產潛能、采收率和經濟可行性的重要資料，并可進行水力壓裂井裂縫長度和裂縫導流能力的估算。

試井過程包括現(xiàn)場測試和試井解釋兩個階段煤層氣試井技術注入壓降試井是以恒定排量將水注入儲層，在井筒周圍形成水飽和狀態(tài)后關井。注入和關井階段都用井下壓力計記錄井底壓力，根據注水排量和壓力數(shù)據可以求得滲透率、儲層壓力等參數(shù)。

進行注入/壓降試井最關健的考慮因素是地層破裂壓力。如果在注入階段超過了破裂壓力，則計算出的滲透率偏高。

注入/壓降試井方法

①流體的注入提高了地層壓力，保證了在測試過程中為單相流；它適用于負壓、正常壓力和超壓等各種情況的煤層氣井。

②不需要井下機械泵送設備，簡化了操作步驟，降低了成本。

③可以用標準試井分析方法來分析，結果比較可靠。

④探測半徑較大；時間相對較短。

注入/壓降試井的主要優(yōu)點第一，地層傷害。其一，由于注入的流體可能與地層的化學環(huán)境不相容，發(fā)生反應，產生傷害。其二，有可能注入了會堵塞產層的微粒，產生傷害。因此，把取自被測試層位的地層水回注到測試井中是很理想的。至少應當采用與地層和氣藏流體相容的淡水。

第二，壓開地層。由于注入過程中排量控制不好，使井底壓力超過了測試層的破裂壓力就可能會壓開地層，產生裂縫。這種裂縫會產生認為是自然滲透率或井筒傷害的假象，使測試不可靠。因此，在注入壓降過程中一定要保證井底壓力低于地層破裂壓力。注入壓降方法主要缺點在試井過程中，我們提供一個脈沖輸入（即流量的變化），然后監(jiān)測儲層的響應（即壓力的變化）。儲層的響應由如下這些參數(shù)進行描述：

表皮效應、井筒儲集效應、到邊界的距離、裂隙的特征、多孔效應等等。

試井過程中的儲層響應效應

1．表皮效應

壓力的傳遞并不是在整個儲層中均勻地發(fā)生的。特別是，經常有這樣一個圍繞井筒的帶，由于有鉆井泥漿的泥皮或完井時水泥的影響，造成這一帶的滲透率比儲層的其它部分的滲透率降低，就好象一層表皮圍繞著井筒，導致過高的壓降。

這就是表皮效應。

“表皮”造成的壓降△PS，是鉆井中實際測得的壓力與不受傷害時鉆井中應有的壓力之差。

裸眼井壓裂井

2．井筒儲集效應

對于注入壓降試井來說，最重要的就是保持流量的恒定。但是如果采用井口關井，當井一關閉，地面產量立即變?yōu)?，但在井底，液體仍然源源不斷地由管柱流入地層，直到最后井筒與周圍的地層壓力達到平衡，此時的井底流量才變?yōu)?。這就是所謂的井筒“續(xù)流效應”。

由于井筒儲集的影響，井下記錄的壓力響應一部分是井筒儲集效應造成的，而不是儲層特征的響應。因此試井時間必須足夠長，使得井筒儲集效應結束。

減小井筒儲集效應的最好辦法是采用井底關井工具。

3．無限作用徑向流

一旦井筒儲集效應結束，井底記錄的壓力變化則反映了從儲層傳遞出的壓力。隨著時間的推移，壓力響應反映了距井筒越來越遠的儲層條件。最終，壓力響應會受到儲層邊界作用的影響。但是在到達邊界之前，從壓力響應中所反映的好象是無限大儲層一樣。這個中間時間段的壓力響應，即在早期井筒儲集為主的響應與晚期邊界為主的響應之間的一段，稱為無限作用階段。

在無限作用階段，最易識別和最重要的流動類型之一是徑向流。無限作用徑向流是試井解釋技術的基礎。

4．儲層邊界響應

實際上，儲層并不真正是無限大的。因此，無限作用徑向流階段不可能一直持續(xù)下去，最終在測試的鉆孔中將會感覺到儲層邊界的作用。

①閉合邊界

②斷層邊界

③常壓邊界

5．調查半徑

由于壓力響應符合擴散原理，對于無限大儲層，那么鉆井中的壓力改變應當在整個儲層中的每一處都能感覺到。但是，從實際情況看，總是存在一定距離外的某一點，在這一點上的壓力響應十分微弱，根本監(jiān)測不到，該點確定了在測試過程中被測試的儲層的范圍。我們把鉆井到該點的距離稱為調查半徑。

由于試井時間很短，所以在分析時，可以簡化為兩種模型：描述徑向流的模型和描述水力壓裂井的模型。

徑向流模型描述的是裸眼井或未經水力壓裂激化的套管井中的水流。

線性流模型用來描述水力壓裂井中的流動狀態(tài)，因為水力壓裂改變了近井地帶的水流狀態(tài)，形成了較強的線性水流。

試井分析模型

原地應力測試，一般采用微型壓裂法。測試時用注入泵以大排量向煤層注水，迅速使煤層產生裂縫，對壓降曲線進行分析，獲得裂縫的閉合壓力。

微型壓裂一般需要進行三至四個周期的注入壓降測試。在第1周期注入時，地層開始破裂，其最高點為破裂壓力，而后壓力突然下降并延伸，延伸段為裂縫的延伸壓力，關井以后，由于流體流動，摩擦壓力梯度迅速降低，隨著流體滲入地層，當井底壓力等于最小原地應力時，裂縫閉合。反映裂縫閉合時的壓力即瞬時關井壓力。其后，當流體繼續(xù)滲入到測試地層時，井底壓力不均衡地降低到原始地層壓力。

在第2周期時，當壓力超過最小原地應力時，裂縫重新張開，第2周期的最高壓力為重張壓力，破裂壓力與重張壓力之差為抗張強度。原地應力測試及分析方法

內容1煤層氣資源及開發(fā)煤層氣的重大意義2煤層氣勘探的目的與任務3煤層氣勘探的方法與階段劃分4煤層氣地震勘探技術5煤層氣鉆井技術6煤層氣儲層參數(shù)測試技術7煤層氣儲量評價煤層氣儲量評價要求根據現(xiàn)行《煤層氣資源/儲量規(guī)范》（DZ/T0216—2002）要求：1、從地質、經濟、技術和資源等方面，對煤層氣儲量可靠性和開發(fā)可行性作出評價；2、對儲量規(guī)模、資源豐度、埋藏深度、儲層物性等作出評價分類。累計產量已開發(fā)待開發(fā)

剩余經濟可采儲量經濟可采儲量

原始可采儲量

地質儲量資源量煤層氣總資源量煤層氣資源構成煤層氣資源量和儲量定義

資源量是指根據一定的地質和工程依據估算的賦存于煤層中，當前可開采或未來可能開采的，具有現(xiàn)實經濟意義和潛在經濟意義的煤層氣數(shù)量。

地質儲量是指在原始狀態(tài)下，賦存于已發(fā)現(xiàn)的具有明確計算邊界的煤層氣藏中的煤層氣總量。煤層氣地質儲量原始可采儲量（簡稱可采儲量）：是地質儲量的可采部分。是指在現(xiàn)行的經濟條件和政府法規(guī)允許的條件下，采用現(xiàn)有的技術，預期從某一具有明確計算邊界的已知煤層氣藏中可最終采出的煤層氣數(shù)量。經濟可采儲量：原始可采儲量中經濟的部分。是指在現(xiàn)行的經濟條件和政府法規(guī)允許的條件下，采用現(xiàn)有的技術，預期從某一具有明確計算邊界的已知煤層氣藏中可以采出，并經過經濟評價認為開采和銷售活動具有經濟效益的那部分煤層氣儲量。經濟可采儲量是累計產量和剩余經濟可采儲量之和。剩余經濟可采儲量：是指在現(xiàn)行的經濟條件和政府法規(guī)允許的條件下，采用現(xiàn)有的技術，從指定的時間算起，預期從某一具有明確計算邊界的已知煤層氣藏中可以采出，并經過經濟評價認為開采和銷售活動具有經濟效益的那部分煤層氣數(shù)量。分類依據經濟效益█經濟的▆次經濟的▄內蘊經濟的煤層氣資源/儲量分類與分級分級依據地質認識程度

▄

預測的

▆

控制的

█

探明的分類經濟的：在當時的市場經濟條件下，生產和銷售煤層氣在技術上可行、經濟上合理、地質上可靠并且整個經營活動能夠滿足投資回報的要求。次經濟的：在當時的市場經濟條件下，生產和銷售煤層氣活動暫時沒有經濟效益，是不經濟的，但在經濟環(huán)境改變或政府給予扶持政策的條件下,可以轉變?yōu)榻洕?。內蘊經濟的：在當時的市場經濟條件下，由于不確定因素多，尚無法判斷生產和銷售煤層氣是經濟的還是不經濟的，也包括當前尚無法判定經濟屬性的部分。煤層氣資源/儲量分類與分級分級預測的：初步認識了煤層氣資源的分布規(guī)律，獲得了煤層氣藏中典型構造環(huán)境下的儲層參數(shù)。因沒有進行排采試驗，僅有一些含煤性﹑含氣性參數(shù)井工程，大部分儲層參數(shù)條件是推測得到的，煤層氣資源的可靠程度很低，儲量的可信系數(shù)為0.1～0.2?？刂频模夯静槊髁嗣簩託獠氐牡刭|特征和儲層及其含氣性的展布規(guī)律，開采技術條件基本得到了控制，并通過單井試驗和儲層數(shù)值模擬了解了典型地質背景下煤層氣地面鉆井的單井產能情況。但由于參數(shù)井和生產試驗井數(shù)量有限，不足以完全了解整個氣藏計算范圍內的氣體賦存條件和產氣潛能，因此煤層氣資源可靠程度不高，儲量的可信系數(shù)為0.5左右。探明的：查明了煤層氣藏的地質特征、儲層及其含氣性的展布規(guī)律和開采技術條件（包括儲層物性、壓力系統(tǒng)和氣體流動能力等）；通過實施小井網和/或單井煤層氣試驗或開發(fā)井網證實了勘探范圍內的煤層氣資源及可采性。煤層氣資源的可靠程度很高，儲量的可信系數(shù)為0.7～0.9。煤層氣資源/儲量分類與分級煤層氣資源/儲量分類與分級體系

分級

分類

開發(fā)勘探選區(qū)

地質可靠性已發(fā)現(xiàn)的待發(fā)現(xiàn)的探明的控制的預測的推測的

經濟可行性經濟的累計產量探明經濟可采儲量探明可采儲量探明地質儲量探明經濟可采儲量探明可采儲量探明地質儲量控制經濟可采儲量控制可采儲量控制地質儲量預測經濟可采儲量預測可采儲量預測地質儲量已開發(fā)探明儲量剩余探明經濟可采儲量待開發(fā)探明儲量次經濟的內蘊經濟的推測資源量工程控制開發(fā)井網小型井網和/或單井試驗單井試驗含煤性、含氣性參數(shù)井工程沒有實施參數(shù)井和試驗井，依靠煤田、油氣或其它勘探成果綜合分析單井產量下限：煤層氣儲量起算條件煤層氣儲量計算以單井產量下限為起算標準，即只有在煤層氣井產氣量達到產量下限的地區(qū)才可以計算探明儲量。根據國內平均條件，確定單井平均產量下限值見下表。煤層埋深（m）單井平均產量（m3/d）＜500500500～10001000＞10002000儲量起算單井產量下限標準各級煤層氣儲量勘查程度和認識程度要求儲量分級探明的控制的預測的勘查程度煤炭鉆孔和/或煤層氣井關于儲層的基本控制井（孔）距達到附錄B的要求；在有物探工程控制的情況下，附錄B中的井（孔）控要求可以適當放寬。煤炭鉆孔和/或煤層氣井關于儲層的基本控制井（孔）距不超過附錄B規(guī)定距離的2倍；在有物探工程控制的情況下，附錄B中的井（孔）控要求可以適當放寬。有一定的井（孔）和/或物探控制。煤層氣參數(shù)井井距一般不超過附錄B規(guī)定距離的2倍。參數(shù)井煤層全部取芯，收獲率75%～90%，進行了地球物理測井，并通過實驗和測試獲得了氣藏煤質、含氣量、氣水性質、儲層物性、壓力等資料。已鉆煤層氣參數(shù)井，根據需要進行了煤層取芯和測井，并獲得了關于煤質、含氣量、氣水性質、儲層物性、壓力等資料，有一定的井（孔）控制程度。關鍵部位有參數(shù)井（孔）控制，煤層已有取芯資料，鉆井（孔）煤層進行了煤質、含氣量、氣水性質、儲層物性、壓力等分析，獲得了相關資料。氣藏已進行了小型井網開發(fā)試驗和／或單井試采。在氣藏地質條件一致的條件下，可以借用鄰區(qū)試采或生產成果。通過試采已經取得了關于氣井壓力、產氣量、產水量及隨時間變化規(guī)律等的可靠資料。試采井井距不超過附錄B規(guī)定距離的2倍。在有代表性部位進行了單井試采。取得了關于氣井壓力、產氣量、產水量及隨時間變化規(guī)律等的相關資料。認識程度煤層構造形態(tài)清楚，煤層厚度、變質程度、含氣量等分布變化情況清楚，提交儲量計算圖件比例尺不小于1:25000。儲量參數(shù)研究深入，選值可靠；經過試采取得了生產曲線，獲得了氣井產能認識；進行了開發(fā)概念設計和數(shù)值模擬，經濟評價，開發(fā)是經濟的。煤層構造形態(tài)、厚度、變質程度、含氣量等情況基本清楚，提交儲量計算圖件比例尺不小于1:50000；進行了儲量參數(shù)研究，選值基本可靠；經過試采取得了生產曲線，基本了解了氣井產能；進行了初步經濟評價或開發(fā)評價，開發(fā)是經濟的或次經濟的。初步了解了煤層構造形態(tài)、厚度、變質程度、含氣量等分布變化，提交儲量計算圖件比例尺不小于1:100000；由煤田鉆孔合理推測或少數(shù)參數(shù)井初步確定了儲量參數(shù)；未進行試采，通過類比求得氣井產能；只進行了地質評價和初步經濟評價，開發(fā)是有經濟價值的。煤層氣儲量計算單元與計算邊界儲量計算單元

儲量計算單元一般是煤層氣藏，即是各種地質因素控制的含氣的煤儲集體，當沒有明確的煤層氣藏地質邊界時按煤層氣藏計算邊界計算。計算單元在平面上一般稱區(qū)塊，面積很大的區(qū)塊可細分井塊（或井區(qū)），同一區(qū)塊應基本具有相同或相似的構造條件、儲氣條件等；縱向上一般以單一煤層為計算單元，煤層相對集中的煤層組可合并計算單元，煤層風化帶以淺的煤儲層中不計算儲量，關于風化帶的各項指標參照《煤炭資源地質勘探規(guī)范》。儲量計算邊界

儲量計算單元的邊界，最好由查明的煤層氣藏的各類地質邊界，如斷層、地層變化（變薄、尖滅、剝蝕、變質等）、含氣量下限、煤層凈厚下限（0.5～0.8m）等邊界確定（對煤層組的情況可根據實際條件做適當調整）；若未查明地質邊界，主要由達到產量下限值的煤層氣井圈定，由于各種原因也可由礦權區(qū)邊界、自然地理邊界或人為儲量計算線等圈定。煤層氣儲量計算單元與計算邊界煤層類型變質程度(Romax)%空氣干燥基含氣量（m3/t）褐煤-長焰煤＜0.71氣煤-瘦煤

0.7～1.94貧煤-無煙煤＞1.98類比法體積法地質儲量計算方法類比法主要利用與已開發(fā)煤層氣田（或相似儲層）的相關關系計算儲量。計算時要繪制出已開發(fā)區(qū)關于生產特性和儲量相關關系的典型曲線，求得計算區(qū)可類比的儲量參數(shù)再配合其它方法進行儲量計算。類比法可用于預測地質儲量的計算。Gi=0.01AhDCad

式中：Gi---煤層氣地質儲量，108m3；

A---煤層含氣面積，km2；

h---煤層凈厚度，m；

D---煤的容重，t/m3。煤層氣地質儲量計算方法數(shù)值模擬法產量遞減法采收率計算法可采儲量計算方法數(shù)值模擬法等溫吸附曲線法產量遞減法類比法

Gr=Gi

Rf

Gr--可采儲量Gi--地質儲量Rf--采收率%煤層氣可采儲量計算方法煤層氣可采儲量計算方法——產量遞減法

產量遞減法是通過研究煤層氣井的產氣規(guī)律、分析氣井的生產特性和歷史資料來預測儲量，一般是在煤層氣井經歷了產氣高峰開始穩(wěn)產并出現(xiàn)遞減后，利用產量遞減曲線的斜率對未來產量進行計算。產量遞減法實際上是煤層氣井生產特性外推法，運用產量遞減法必須滿足以下幾個條件：有理由相信所選用的生產曲線具有氣藏產氣潛能的典型代表意義；可以明確界定氣井的產氣面積；產量—時間曲線上在產氣高峰后至少有半年以上穩(wěn)定的氣產量遞減曲線斜率值；必須有效排除由于市場減縮、修井、或地表水處理等非地質原因造成的產量變化對遞減曲線斜率值判定的影響。遞減段

Rf=(Cgi-Cga)/Cgi

式中Cgi----原始儲層條件下的煤層含氣量，實測含氣量，m3/t；

Cga----廢棄壓力條件下的煤層含氣量，廢棄含氣量，m3/t。煤層氣可采儲量計算方法——等溫吸附曲線法煤層氣含量的換算

可采用干燥無灰基（dry,ash-freebasis）或空氣干燥基(air-drybasis)兩種基準含氣量近似計算煤層氣儲量，其換算關系可根據下式計算：