煤層氣含量的測(cè)井預(yù)測(cè)模型研究

王麗華 向旻

摘 要：長(zhǎng)期以來，煤層氣儲(chǔ)層含氣量的預(yù)測(cè)一直是煤層氣勘探領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。為建立煤層氣含量測(cè)井預(yù)測(cè)模型，本文首先通過交會(huì)圖法分析測(cè)井曲線與實(shí)驗(yàn)室分析含氣量之間相關(guān)性，進(jìn)而建立煤層氣含氣量的多元回歸模型，并利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，利用本文所得到的模型，可以較好的進(jìn)行煤層氣含氣量的預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：煤層氣；含氣量；測(cè)井；多元統(tǒng)計(jì)分析

煤層氣作為一種生氣能力與儲(chǔ)氣能力并存的新型清潔能源，其擁有的市場(chǎng)規(guī)模不僅在工業(yè)用氣與民用氣上比較廣闊，在彌補(bǔ)常規(guī)油氣資源不足方面具有更無可替代的地位。然而，煤儲(chǔ)層的雙重孔隙特征（由煤的基質(zhì)微孔和割理系統(tǒng)兩部分組成）與甲烷的存儲(chǔ)狀態(tài)（吸附氣），使得煤層氣儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)將與常規(guī)天然氣儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)方法截然不同。除此之外，煤層含氣量參數(shù)的計(jì)算受煤質(zhì)、煤階、深埋等因素的影響，也有異于常規(guī)儲(chǔ)層參數(shù)的計(jì)算。測(cè)井技術(shù)在煤層識(shí)別、煤層氣評(píng)價(jià)等方面已經(jīng)擁有毋庸置疑的地位，是公認(rèn)的一種最有效的方法，常見的測(cè)井技術(shù)包括自然電位（SP）測(cè)井、自然伽馬（GR）測(cè)井、補(bǔ)償中子（CNL）測(cè)井、補(bǔ)償密度（DEN）測(cè)井、聲波（AC）測(cè)井、井徑（CAL）測(cè)井等。利用測(cè)井曲線，可以在有效識(shí)別煤層的基礎(chǔ)上，利用多元線性回歸的思想，建立煤層氣含量預(yù)測(cè)模型，從而達(dá)到計(jì)算煤層含氣量的目的。

1 測(cè)井曲線與含氣量相關(guān)性分析

為了得到準(zhǔn)確的含氣量預(yù)測(cè)模型，首先必須要分析各種測(cè)井方法與含氣量之間是否存在相關(guān)性。

1.1 自然電位（SP）測(cè)井交會(huì)分析

自然電位測(cè)井（即為了探究井剖面地層特征，在裸眼井中對(duì)井軸上自然產(chǎn)生的電位變化進(jìn)行測(cè)量的一種測(cè)井方法），是世界上存在的最早運(yùn)用的測(cè)井方法之一，也是一種簡(jiǎn)便且實(shí)用意義也很強(qiáng)的測(cè)井方法。[1]利用實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)得的吸附氣含量與自然電位測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行交會(huì)分析，得到圖1。

1.2 自然伽馬（GR）測(cè)井交會(huì)分析

自然伽馬測(cè)井（即為了探究井剖面地層特征，合理運(yùn)用伽馬射線探測(cè)器來測(cè)量巖石總的自然伽馬射線強(qiáng)度的一種測(cè)井方法），所有巖石全都會(huì)顯現(xiàn)出相應(yīng)的天然放射性，巖石中鉀、釷和鈾的含量決定了發(fā)射伽馬射線的強(qiáng)弱，此類放射性已經(jīng)并將持續(xù)不斷地由地下巖層發(fā)射。利用實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)得的吸附氣含量與自然伽馬測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行交會(huì)分析，得到圖2。

1.3 補(bǔ)償中子（CNL）孔隙度測(cè)井交會(huì)分析

補(bǔ)償中子孔隙度測(cè)井（即為了對(duì)地層含氫指數(shù)進(jìn)行測(cè)量，在貼井壁的滑板上安置同位素中子源與遠(yuǎn)近2個(gè)熱中子探測(cè)器，憑借遠(yuǎn)、近探測(cè)器計(jì)數(shù)率的比值來進(jìn)行探測(cè)的一種測(cè)井方法）。[2]利用實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)得的吸附氣含量與補(bǔ)償中子測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行交會(huì)分析，得到圖3。

1.4 密度（DEN）測(cè)井交會(huì)分析

密度測(cè)井（即為了測(cè)量地層體積密度，用伽馬源發(fā)射的伽馬射線照射地層，根據(jù)康普頓效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量的一種測(cè)井方法），之所以密度測(cè)井可以用來很全面地鑒別煤層同時(shí)運(yùn)算出煤層厚度，是因?yàn)槊簩用芏群豌@孔剖面上其余各巖層的密度極為不同。[3]利用實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)得的吸附氣含量與密度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行交會(huì)分析，得到圖4。

1.5 聲波（AC）測(cè)井交會(huì)分析

聲波測(cè)井（即探索聲波在地層中的傳播時(shí)間與各種聲學(xué)特性改變的一類測(cè)井方法），對(duì)于評(píng)價(jià)巖石的力學(xué)性質(zhì)方面，幾乎所有的聲波測(cè)井在煤層氣井中應(yīng)用都極為廣泛。利用實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)得的吸附氣含量與聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行交會(huì)分析，得到圖5。

1.6 井徑（CAL）測(cè)井交會(huì)分析

井徑測(cè)井（即測(cè)量井筒直徑大小的一種測(cè)井方法），若試圖測(cè)量井徑不規(guī)則程度，可在還沒有下套管的井中進(jìn)行，井徑資料在劃分巖性、估算固井水泥用量以及套管檢查等方面都有重要作用。利用實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)得的吸附氣含量與井徑測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行交會(huì)分析，得到圖6。

2 測(cè)井選擇原則

以上由自然電位、自然伽馬、補(bǔ)償中子孔隙度、密度、聲波、井徑測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與含氣量的交會(huì)圖可以看出：自然電位、自然伽馬、補(bǔ)償中子以及密度測(cè)井與含氣量的相關(guān)性較好，自然電位、補(bǔ)償中子孔隙度測(cè)井與含氣量呈正相關(guān)，自然伽馬、密度測(cè)井與含氣量呈負(fù)相關(guān)。因此，選擇自然電位（SP）、補(bǔ)償中子孔隙度（CNL）、自然伽馬（GR）、密度（DEN）4條曲線與實(shí)測(cè)含氣量建立多元線性回歸模型。

3 多元線性回歸模型的建立

根據(jù)上述相關(guān)性判定后，選擇的4條曲線：自然電位（SP）、補(bǔ)償中子孔隙度（CNL）、自然伽馬（GR）、密度（DEN）與實(shí)測(cè)含氣量（Vg）通過擬合后，得到用于含氣量計(jì)算的多元線性回歸模型如下：

Vg=2.8642+0.0234CNL-1.7223DEN+0.03SP+0.0039GR

利用該模型對(duì)和煤1井、和煤2井和鶴煤3井進(jìn)行分析。

3.1 鶴煤1井

該井總體吻合程度起伏較大，在含氣量低的層段，多元統(tǒng)計(jì)回歸模型預(yù)測(cè)的含氣量誤差較大，在樣本號(hào)為1、4、6、10、11、13、14、15、19、20、22、23、26處等含氣量較高的層段，預(yù)測(cè)含氣量數(shù)值與實(shí)驗(yàn)室分析含氣量值近于重合。

3.2 鶴煤2井

該井含氣量預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)室分析值趨勢(shì)一致，排除系統(tǒng)誤差的前提下，具有很好的使用性，與和煤1井相比，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性更好。

3.3 鶴煤3井

在樣本號(hào)為13、14號(hào)處，含氣量預(yù)測(cè)的誤差較大，其余層段含氣量預(yù)測(cè)數(shù)值與實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)得的數(shù)值接近吻合。

4 結(jié)語

（1）在本區(qū)塊，自然電位、補(bǔ)償中子、自然伽馬和密度測(cè)井4條曲線與煤層含氣量之間具有較好的相關(guān)性。

（2）通過已建立的線性回歸模型，分別對(duì)和煤1井、和煤2井和鶴煤3井進(jìn)行分析，隨后將總數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比后平均相對(duì)誤差為15.33%，該模型具有良好的適用性。

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項(xiàng)目：本文由大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（201710994020）資助