浅谈煤田测井技术及其展望

摘要：煤田测井是煤田地质必不可少的专业，它可以准确地确定煤岩层的厚度和空间位置，通过曲线对比确定煤岩层的层位和钻孔中的断层，利用测井相和测井测量的地层产状研究沉积环境，解释煤岩层岩石力学性质和评价煤层顶底板稳定性，分析研究煤层碳灰水、岩层砂泥水含量，判断含水层的补给关系并推算含水层的涌水量，其应用领域随着科学技术的进步越来越广泛。本文介绍了煤田测井中常用的测井技术及其应用，并对煤田测井技术的发展做了展望。

关键词：煤田；测井技术；地球物理；自然伽马；声波

Abstract: coalfield well logging is an essential part of coalfield geology major, it can accurately determine the thickness of coal strata and spatial position, through the contrast curve to determine the coal strata and faults in the borehole, the attitude of stratum logging and logging measurement was used to study sedimentary environment, explain the coal strata of rock mechanical properties and the evaluation of coal seam roof and floor stability, the analysis and study of coal seam carbon ash water, formation sand and mud content, determine the recharge relationship and calculate aquifer water inflow, its application field with the progress of science and technology more and more widely. Coalfield well logging were introduced in this paper that is commonly used in well logging technology and its application, and development of coalfield well logging technology were discussed.

Key words: coal field; Well logging technology; Geophysics; Natural gamma ray; Sound waves中图分类号： P641.4+61 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

测井技术概述

测井方法是许多应用地球物理方法(包括重、磁、电、震、测井)中的一种，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性测量地球物理参数的方法。可以简单的认为是把地面上的勘探方法移动到了井内，这主要是由于单纯的在地面做勘探具有它的局限性，比如地面电法勘探中，虽然能得到电阻率曲线然后综合分析，但是却是地下勘探体积内的电阻率的综合反映，并不能得到地层的真电阻率，而测井技术中的电阻率却可以反映真电阻率，而且很多其他地球物理方法勘探完之后都会合理的布置井眼用以验证所测资料的准确性。

煤田测井中常用的几种测井技术原理分析

（一）自然伽玛测井

自然伽玛测井(GR)是以记录钻孔剖面上自然伽马射线强度或能量为基础的核测井方法。测井岩层中放射性元素(主要为K、Th、U)通过原子衰变放射出来的伽马射线的强度，不同的岩性中放射性元素的含量不同，种类也有所差异。根据各种岩性具有不同的伽马射线强度，测井过程便可以得到相关的伽马强度值，间接分析地下岩层的性质。各地层的天然伽马值随岩石泥质含量、有机质含量的增多而增大，随岩石粒度的增大而减小(含矿层除外)，自然伽马曲线可以反映沉积地层的变化情况，从而反映沉积环境的情况。

（二）电阻率测井

电阻率测井是根据自然界中各种不同岩石和矿物的导电能力不同的特点，区别钻井剖面上的岩石性质的一种方法。它是基于在井中测量被钻孔穿过的矿、岩石的电阻率，并根据电阻率的差异，来划分钻孔地质剖面，研究和解决井下的一些地质问题。

（三）声波时差测井

声波时差测井是根据不同波阻抗的物质、表面的粗糙程度不同，对声波的反射能力不同，通过测量岩石对声波的反射情况(回波的幅度和传播时间)的一种测井方法。声波也可以被当做一种弹性波，在地下传播时对不同的岩石，所反映的声波时差曲线不同，主要是因为弹性模量不同造成波的传播不同，得到的曲线也不同。所以影响声波时差测井的因素可以从波的传播和岩石性质来综合考虑。

（四）自然电位测井

自然电位形成原因较为复杂，按电化学作用种类的区分主要有扩散与扩散吸附作用、氧化还原作用以及电极极化作用等。自然电位测井是测量钻井的井中电极与地面电极之间的电位差。钻探引起的水合物分解除了造成水合物分布层段井径的扩大外，还使得该井段泥浆离子浓度降低，从而导致泥浆活度降低，水合物上下岩层的高活度地层水向该井段扩散(氯离子扩散速度比钠离子大)，最终使水合物赋存井段泥浆中负电荷数增多而呈现负的电位异常。

（五）中子孔隙度测井

中子测井是一类利用中子与岩石相互作用的各种效应，来研究钻井剖面岩层性质的测井方法。中子测井反映的是岩层中的氢含量，是石油和煤田测井中常用的方法。对于砂质沉积物而言，大体反映了为流体充满的孔隙度，中子孔隙度测井含天然气水合物层位中子孔隙度略微增加，这与含游离气层位中子孔隙度明显降低恰好相反。

（六）密度测井

密度测井是以康普顿效应为理论依据，研究地层对伽马射线的散射和吸收特性，通过在钻孔中测定地层的散射伽马射线强度解决地质问题的一种人工伽马测井方法。由于煤系地层中煤层与岩层有明显的密度差异，因而密度测井是判别煤层的最有效方法。密度测井经常被用在解释煤层、区分岩性及划分钻孔地质剖面、确定岩层的孔隙度、划分岩溶、裂隙发育带和破碎带等。

三、煤田测井技术的具体应用

（一）视电阻率电位测井

在煤田地球物理测井中，视电阻率是划分地层岩性剖面必不可少的测井技术参数。地层受沉积环境影响，形成的泥岩、砂岩、灰岩、煤等各种岩性，其电性反映差异比较大，且具有一定的反映规律，依此配合其他测井参数作为区分不同岩性地层的主要依据。

（二）自然伽玛测井

自然伽玛是煤田测井及煤层气测井常用的方法之一。受沉积环境影响，各种岩性地层在沉积过程中所吸附的放射性元素数量不尽相同，规律性比较强，是划分岩性地层剖面及地层单位的重要测井参数。

（三）补偿密度测井

补偿密度测井是用于确定煤层的最有效测井方法。用体积密度测井曲线可确定煤层的埋深及厚度，评价煤质及确定煤层中的夹矸。煤的体积密度一般为1.25～1.75g/cm3。当煤层中有煤矸石存在时，煤的体积密度将会增高，煤质变差。煤的体积密度一般小于1.75g/cm3，其值和围岩的体积密度(>2.3g/cm3)具有明显差别。由于密度测井仪是带推靠臂的，当井眼扩径时，体积密度曲线的数值受井眼泥浆的影响而减小，因此，用密度曲线判断煤层时要结合井径、自然伽玛等曲线。

（四）中子孔隙度测井

煤层的中子孔隙度一般为40%～50%，和围岩的孔隙度具有明显的区别。可以用中子孔隙度测井曲线确定煤层的埋深及厚度，定性地判断煤质。用中子孔隙度曲线划分煤层时，也要考虑井径的影响。井径扩径时，中子孔隙度值会相应地增加。因此，用中子孔隙度曲线判断煤层时也要结合井径及自然伽玛等曲线。

（五）声波测井

声波测井主要用于煤层气井的固井质量检测。煤层气井对固井质量要求比较高，但由于煤层气井是在质地较硬的老地层中成井，固井过程中，井壁受固井压力变化不易变形，水泥环与井壁结合较好，所以煤层气井固井质量检测主要以声波测量中的声幅为主。

煤田地球物理测井应注意的问题

（一）煤田地球物理测井参数选择

1、煤田地球物理测井参数选择原则

（1）煤岩层物性差异明显，煤层定性定厚可靠，煤层底板坐标可靠。

（2）根据勘查设计，能满足煤层气评价、水文地质评价、工程地质评价、地温评价、固井质量评价等需要。

（3）满足现行《煤炭地球物理测井规范》要求。

2、常规煤田地球物理测井参数选择

常规煤田地球物理测井必须测量自然伽马、密度(或伽马伽马)、自然电位、视电阻率(屏蔽电极较长、屏蔽效果较好的三侧向视电阻率曲线的薄层分辨率较高)、孔斜。

非常规煤田地球物理测井参数选择

非常规测井是指常规测井以外的测井，其参数选择有以下要求：

（1）要求进行煤层气评价的钻孔必须测量补偿密度、补偿声波、补偿中子、双井径、井温，可选择测量电极、地层产状、超声成像、核磁共振等。

（2）要求进行水文地质评价的钻孔必须选择扩散法或流量测井，可选择中子中子、超声成像测井。

（3）要求进行工程地质评价的钻孔可选择声波时差、超声成像测井。

（4）要求进行地温评价的钻孔，必须根据地质设计选择简易测温或近似稳态测温或稳态测温。

（5）要求进行固井质量检查的钻孔，应选择深幅、全波列、磁定位等测井。

（二）煤田地球物理测井资料处理的问题

1、预处理

预处理包括建库、曲线读取、曲线深度取齐、纠错与插值、滤波、校正与刻度。

数值计算

包括曲线相加(减、乘、除)、曲线计算、数据统计。

曲线分层

包括模拟人工分层(屏幕编辑分层、不等式分层、模拟人工分层)、统计分层(平均值分层、方差分析分层、极值方差分层、活度分析分层)。

岩性和煤质分析

包括概率统计法、判别分析法、回归分析法、体积模型法、交会图法等。

（三）关于测井资料的解释

1、测井曲线识别

人工伽马(密度)曲线：煤层处有明显异常反映。

视电阻率曲线：煤层、灰岩处有明显的高幅值异常，泥岩为低幅值反映。

自然伽玛曲线：煤层为相对低的幅值，但泥岩、碳质泥岩、铝土岩等为较高幅值。

2、岩、煤层定性解释

定性解释就是不作定量计算，也不涉及层位问题，而是着眼于曲线反映，根据曲线的异常特征，分析研究钻孔剖面，定性地判断煤层、区分岩性，确定新老地层界面位置等。

3、煤层定厚解释

（1）定厚解释的原则

①选用异常明显、分层点突出易找的两条或两条以上不同参数曲线进行综合定厚解释；

②定厚物性参数是定性物性参数；

③定厚解释采用屏幕曲线人工分层，充分利用放大曲线直观和精度高的优点；

④定厚解释严格按照分层规律进行，不可随意变动，避免解释的人为误差。

4、定厚解释的方法

（1）先定性后定厚；

（2）根据钻探和测井解释成果对比采用合理的解释点；

（3）各参数曲线按各自的解释原则独立解释，然后取其算术平均值(深度和厚度)作为解释成果。

（四）煤田地球物理测井曲线煤岩层对比

测井曲线综合对比是为了追索煤、岩层，了解煤田地质构造，摸清煤层、含水层和其他有用矿层的分布规律，最后计算储量。测井曲线综合对比通常能确定层位，研究煤、煤层变化规律，确定断层，研究火成岩侵入体分布的范围，研究煤层冲刷的范围等。

测井曲线对比通常是通过测井曲线标志层来进行的，测井曲线标志层就是在测井曲线上具有一定显著的特征、可作追踪的地层(包括煤层)。测井曲线对比通常有曲线异常幅度和宽度对比法、曲线异常形态对比法、曲线异常组合规律对比法和曲线特殊异常对比法四种。

煤田测井技术的展望

由于煤田测井在煤田地质勘探中的特殊地位，随着地质效果的进一步提高，其地位将越来越重要。煤田测井的发展应注重以下方面：

1、在已有的应用领域，测井将不断提高测量和解释精度，使煤田测井真正从定性过渡到定量，并实际被地质部门和煤矿设计部门使用，如部分煤质指标的解释成果、煤岩层力学参数的计算结果、煤层气储层参数解释成果等。

2、不断开拓新的应用领域，在不同矿种地质勘探和工程勘探领域进行研究，打开测井市场，使煤田测井队伍逐步成为固体测井的骨干力量。

3、进一步研究测井前沿技术，重点是电阻率扫描成像测井、方位电阻率成像测井、系列声波成像测井以及核磁测井等，使我国煤田测井保持国际先进水平。

4、进一步进行测井队伍结构改革，集中优势技术人群，加强科研力量，攻克测井技术难关，以保持煤田测井队伍的活力，并在今后的市场竞争中占据有利地位，为煤田测井技术的发展做出更大的贡献。

参考文献

[1]高兴军，于兴河，李胜利等.地球物理测井在天然气水合物勘探中的应用[J].地球科学进展，2003.4.

[2]李斌凯，马海州，谭红兵.测井技术的应用及其在科学钻探研究中的意义[J].地球物理学进展，2007.10.

[3]刘丽民，魏庆喜，徐仁桂.煤层气常规测井技术与应用[J].中国煤层气，2008.1.