測井方法計算煤層氣含量在寧夏石嘴山礦區(qū)的應(yīng)用研究

譚 浩 郭 慶 門 鵬 張樂望 喬月飛 吳國強

(寧夏回族自治區(qū)煤炭地質(zhì)調(diào)查院，寧夏 750000)

1 引言

近年來，國內(nèi)煤層氣行業(yè)發(fā)展比較迅速，多個省份已開展了相應(yīng)的煤層氣勘探工作，獲取的煤層氣儲量相當(dāng)可觀。煤層氣作為一種新興的潔凈能源，其開發(fā)利用不僅有利于緩解當(dāng)?shù)啬茉垂┙o矛盾，同時還能降低煤礦開采期間的瓦斯突出事故率。寧夏作為煤炭大省之一，煤層氣資源量比較豐富，據(jù)以往資料顯示，尤其在石嘴山礦區(qū)一帶煤層瓦斯含量較高，有望成為區(qū)內(nèi)煤層氣開發(fā)利用的重點區(qū)塊之一。2019年相關(guān)單位對石嘴山礦區(qū)內(nèi)進(jìn)行了煤層氣調(diào)查工作，完成了兩口參數(shù)井的施工。本文將通過已知自然解吸測試含氣量數(shù)據(jù)和測井多參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，建立含氣量預(yù)測模型，為今后本區(qū)煤層氣勘探開發(fā)提供一定的技術(shù)經(jīng)驗和有效方法。

2 礦區(qū)概況

石嘴山礦區(qū)位于寧夏北部，石嘴山市惠農(nóng)區(qū)境內(nèi)，東依黃河，西靠賀蘭山，南北長13km，東西寬4km，面積約41.16km2，屬于華北陸塊鄂爾多斯西緣坳陷成礦帶，處于煤與瓦斯高突地帶。主要地層有：第四系、古近系、孫家溝組、二疊系上、下石盒子組、二疊系山西組、石炭二疊系太原組。地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，斷層分布較為密集，多以逆斷層為主。煤層賦存在山西-太原組地層，共含有9層煤，其中2號、3號、6號煤層為主采煤層，厚度分別到達(dá)了3.19m、7.02m和11.07m。本次主要研究對象主要為太原組6號煤層，該煤層鏡質(zhì)組最大反射率為1.04%，大部分以1/3焦煤為主，肥煤次之，屬中等變質(zhì)程度。煤巖類型以亮煤為主、暗煤次之，煤層割理較發(fā)育。煤層煤體結(jié)構(gòu)較為破碎，多以碎塊、粉狀存在，宏觀裂隙發(fā)育，各裂隙間連通性較好。該煤層頂、底板均為粉砂巖，孔隙度低、滲透率極低，表明頂?shù)装鍧B透性差，含水性很弱，使其基本能夠成為煤層氣的良好蓋層，為煤層氣聚集成藏提供好的封隔條件。

3 數(shù)據(jù)收集

本次研究區(qū)內(nèi)共有2個煤層氣參數(shù)鉆孔，收集太原組煤層測試含氣量樣品共12組，將各自然解吸測試含氣量成果數(shù)據(jù)與測井多個參數(shù)數(shù)據(jù)(原始曲線讀取)按埋藏深度相互對應(yīng)進(jìn)行比對分析，具體統(tǒng)計情況見表1。

表1 測井多參數(shù)與自然解吸測試含氣量數(shù)據(jù)一覽表

4 回歸分析

利用線性回歸分析法，將上述12組樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，并依次建立擬合曲線方程，具體擬合關(guān)系如圖1～6。

圖1 自然解吸含氣量與自然伽馬擬合關(guān)系圖

圖2 自然解吸含氣量與埋藏深度擬合關(guān)系圖

圖3 自然解吸含氣量與補償聲波擬合關(guān)系圖

圖4 自然解吸含氣量與溫度擬合關(guān)系圖

圖5 自然解吸含氣量與補償中子擬合關(guān)系圖

圖6 自然解吸含氣量與密度擬合關(guān)系圖

根據(jù)以上6條擬合曲線關(guān)系圖結(jié)果發(fā)現(xiàn)，埋藏深度與溫度之間分布規(guī)律基本一致，溫度變化實為埋藏深度引起地溫梯度變化而產(chǎn)生的，故本次只考慮埋藏深度作為參數(shù)選擇之一?，F(xiàn)將本次測井各參數(shù)與自然解吸含氣量的相關(guān)系數(shù) R2進(jìn)行統(tǒng)計(由小到大排序)，具體順序見表2。

表2 自然解吸含氣量與測井各參數(shù)相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計表

從表2中總結(jié)發(fā)現(xiàn)，本次研究區(qū)6號煤層自然解吸含氣量依次與自然伽瑪、補償中子及密度之間的相關(guān)性比較好，而與溫度、埋藏深度及補償聲波之間的相關(guān)性較差，為此不再考慮前三者。

利用IBM SPSS軟件將已知自然伽瑪、補償中子、密度等參數(shù)數(shù)據(jù)與自然解吸測試含氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步線性回歸分析，得出方程如下：

Q含氣量=1.75-0.024×GR自然伽瑪+

0.165×CNL補償中子

經(jīng)軟件分析后得出相關(guān)系數(shù)R2=0.60,臨界值F=6.746，查閱F檢驗臨界值表(α=0.05)，自由度N-M-1=9(N為樣本12個，M為GR、CNL 2個自變量數(shù))，經(jīng)查表檢驗后本次所得F=6.746>4.256(9,2)，故本次逐步線性回歸方程有效，可作為6號煤層含氣量計算模型。

利用模型，將12個樣品的GR、CNL測井參數(shù)數(shù)據(jù)代入回歸方程求取含氣量Q，以便于和自然解吸測試含氣量進(jìn)行相互驗證，具體統(tǒng)計如表3。

表3 自然解吸測試含氣量與計算含氣量對比表

由表3中結(jié)果看到，12組樣品的計算含氣量Q與自然解吸測試含氣量絕對誤差僅為0.82m3/t，相對誤差僅為5%，說明模型建立正確，求取數(shù)據(jù)可靠。為此將計算含氣量和自然解吸測試含氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行交匯圖制作，見圖7。

圖7 計算含氣量Q和自然解吸測試含氣量交匯圖

從圖7中可見，計算含氣量和自然解吸測試含氣量相關(guān)性較好，具有一定規(guī)律可尋，具體相關(guān)系數(shù)R2=0.599，說明本次研究工作取得成果較為可靠，建立模型可作為后期計算含氣量的參考手段之一。

5 結(jié)語

(1)本次研究收集到的參數(shù)井?dāng)?shù)量較少，所建含氣量計算模型僅適用于本地區(qū)，相比已成熟應(yīng)用的KIM含氣量測試方程還存在許多不足，為使模型更為可靠，還需進(jìn)一步加大工作量進(jìn)行研究分析。

(2)通過對兩口參數(shù)井的測井參數(shù)與自然解吸測試含氣量進(jìn)行線性回歸分析，發(fā)現(xiàn)測試含氣量與自然伽瑪、補償中子及密度之間的相關(guān)性比較好，各參數(shù)之間存在著一定規(guī)律，通過建立模型計算出含氣量，并與測試含氣量進(jìn)行交匯圖分析，說明模型建立正確，成果相對可靠。

(3)根據(jù)測井資料各參數(shù)與自然解吸測試含氣量之間相關(guān)性檢驗成果，后期對礦區(qū)內(nèi)煤層氣含量快速、有效、簡單、可靠、低成本的進(jìn)行預(yù)測，利用多參數(shù)回歸分析方法將是優(yōu)選方法之一。