一种煤体结构的测井识别方法

摘要

本发明提出了一种煤体结构的测井识别方法，其包括以下步骤：S100：将煤体结构划分为预设破碎程度以上的碎粒煤和破碎程度比预设破碎程度小的碎块煤；S200：建立采用电阻相对变化率和井径相对变化率来识别碎粒煤和碎块煤的识别标准；S300：计算出待识别煤体结构的电阻率相对变化率曲线和井径相对变化率曲线，根据电阻率相对变化率曲线和井径相对变化率曲线与识别标准相比较来识别待识别煤体结构的种类。采用这种方法识别煤体对煤体结构的识别正确率高，成本低。

权利要求

1.一种煤体结构的测井识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S100：将煤体结构划分为预设破碎程度以上的碎粒煤和破碎程度比预设破碎程度小的碎块煤；

S200：建立采用电阻率相对变化率和井径相对变化率来识别碎粒煤和碎块煤的识别标准；

S300：计算出待识别煤体结构的电阻率相对变化率曲线和井径相对变化率曲线，根据电阻率相对变化率曲线和井径相对变化率曲线与识别标准相比较来识别待识别煤体结构的种类；步骤S200包括步骤S210和S220，步骤S210：获得已开采矿区内的多个测井的井径曲线、钻头曲线以及采用双侧向测井所得的电阻率曲线；

步骤S220：根据多组井径曲线、钻头曲线和电阻率曲线与其相对应的测井的煤层的实际煤体结构获得所述识别标准，所述步骤S220包括步骤S221和S222：

S221：根据下列算式计算多个测井的煤层所对应的电阻率相对变化率A，A＝(R1-R2)/R1*100％式中，R1为已开采区域测井的煤层的深电阻率测井值，R2为已开采区域测井的煤层的浅电阻率测井值；

根据下列算式计算多个测井的煤层所对应的井径相对变化率B，B＝(C1-C2)/C2*100％

式中，C1为已开采区域测井的煤层的的井径值，C2为已开采区域测井的煤层的钻头直径值，S222：根据各组电阻率相对变化率A与其相应的测井煤层的实际煤体结构相比较，获得碎块煤和碎粒煤在电阻率相对变化率A上的界限A1；根据各组井径相对变化率B与其相应的测井煤层的实际煤体结构相比较，获得碎块煤和碎粒煤在电阻率相对变化率B上的界限B1，以界限A1和界限B1为基础获得区分碎粒煤和碎块煤的识别标准：当电阻率相对变化率

当电阻率相对变化率≥A1或者井径相对变化率≥B1，煤体结构为碎粒煤。

2.根据权利要求1所述的测井识别方法，其特征在于，步骤S300还包括步骤S310和S320，S310：根据待识别煤体结构的矿区中测井的井径曲线、钻井曲线以及采用双侧向测井所得的电阻率曲线计算待识别煤体结构的矿区的煤层中的电阻率相对变化率曲线以及井径相对变化率曲线；

S320：将电阻率相对变化率曲线中煤层部分的值和井径相对变化率曲线中煤层部分的值均与所述识别标准相比较以识别出待识别煤体结构的种类。

3.根据权利要求2所述的测井识别方法，其特征在于，按下列算式计算所述电阻率相对变化率曲线RDIF：RDIF＝(Rd-Rs)/Rd*100％

式中，Rd为待识别煤体结构的矿区中测井的深电阻率测井值，Rs为待识别煤体结构的矿区中测井的浅电阻率测井值。

4.根据权利要求3所述的测井识别方法，其特征在于，按下列算式计算所述井径相对变化率曲线CDIF：CDIF＝(CAL-BIT)/BIT*100％

式中，CAL为待识别煤体结构的矿区中测井的井径曲线，BIT为待识别煤体结构的矿区中测井的钻头曲线。

5.根据权利要求4所述的测井识别方法，其特征在于，在步骤S320中，若RDIF

当RDIF≥A1或者CDIF≥B1，则煤体结构为碎粒煤。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的测井识别方法，其特征在于，在步骤S300中先对电阻率曲线和井径曲线进行进行校正，以减小电阻率曲线和井径曲线的误差。

7.根据权利要求6所述的测井识别方法，其特征在于，在步骤S300中对电阻率曲线和井径曲线进行深度校正。

8.根据权利要求6所述的测井识别方法，其特征在于，在步骤S300中对电阻率曲线进行矿化度校正。

说明书

一种煤体结构的测井识别方法

技术领域

[0001] 本发明涉及地球物理解释方法，特别涉及一种煤体结构的测井识别方法。

背景技术

[0002] 长期以来，煤与瓦斯(煤层气)突出一直是困扰煤矿安全生产的一大问题。大量的实际资料证实，煤体结构类型是控制瓦斯分布与突出发生的主要地质因素之一。煤体结构的不同不仅使煤体强度大为下降，而且改变了煤层局部瓦斯赋存及渗流状态，易于形成瓦斯异常带或突出危险区(带)，所以在煤与瓦斯突出危险区域预测中，煤体结构的识别非常重要。在煤层气勘探开发中，煤层的煤体结构对煤层气的赋存和运移起着内在的控制作用，煤体结构是控制煤层气高渗、高产关键因素之一，也是影响煤层气钻采的主要因素，它是煤层气选取评价与开发必须面对的重要问题。

[0003] 煤体结构是煤储层在构造应力作用下形变的产物。由于煤体破碎程度不一，煤体结构通常被分为原生结构煤、碎裂煤、碎粉煤和糜棱煤。其中原生结构煤-碎裂煤结构相对叫完整，强度高，储层可改造性好，碎粉煤、糜棱煤结构松软，强度低，渗透率差，容易瓦斯突出。现有煤体结构的识别方法包括直接法和间接法。

[0004] 直接法：在生产矿井中通常对钻孔煤心描述是进行煤体结构划分的最直接的方法，但是井巷编录对未采区的资料无法获得。钻井取心成本高，同时由于构造煤松软，钻孔取心常因煤层打丢、打薄、取心率低，煤体结构难以描述。受钻采工艺的影响，钻探取芯过程会对煤体结构造成一定程度的破坏，因此直接从岩心识别煤体结构较困难。

[0005] 间接法包括以下数种方法：利用煤储层的自然电位、导电性、密度、放射性和声波时差等地球物理特征进行大量的煤体结构、煤层裂缝的研究，也建立了利用测井识别煤体结构的方法，如根据煤体结构的地球物理响应特征，适当参考钻孔煤心的煤体结构描述，进行聚类分析方法初步判断，再分析测井曲线幅值和基本形态是否符合区域变化规律进行划分。或者利用声波阻抗-补偿中子交会识别煤体结构。也有学者基于岩石物理研究结果，提出利用孔隙结构指数m作为构造煤定量判识指标，该方法是没有对Archie公式在煤层适用性进行分析。或者利用井径、密度和声波求取煤体结构指数的经验公式，基于地质强度因子的煤体结构描述方法和煤层揉皱系数划分煤体结构方法。以及基于煤岩力学参数的煤体结构测井定量识别方法。间接方法都需要技术人员进行大量的定性分析，过多的依赖于技术人员的经验。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题为如何快速简便地判别煤体结构。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明提出了一种煤体结构的测井识别方法，其包括以下步骤：S100：将煤体结构划分为预设破碎程度以上的碎粒煤和破碎程度比预设破碎程度小的碎块煤；S200：建立采用电阻率相对变化率和井径相对变化率来识别碎粒煤和碎块煤的识别标准；S300：计算出待识别煤体结构的电阻率相对变化率曲线和井径相对变化率曲线，根据电阻率相对变化率曲线和井径相对变化率曲线与识别标准相比较来识别待识别煤体结构的种类。

[0008] 在一个具体的实施例中，步骤S200包括步骤S210和S220，步骤S210：获得已开采矿区内的多个测井的井径曲线、钻头曲线以及采用双侧向测井所得的电阻率曲线；步骤S220：根据多组井径曲线、钻头曲线和电阻率曲线与其相对应的测井的煤层的实际煤体结构获得所述识别标准。

[0009] 在一个具体的实施例中，所述步骤220包括步骤S221和S222：S221：根据下列算式计算多个测井的煤层所对应的电阻相对变化率A，

[0010] A＝(R1-R2)/R1*100％

[0011] 式中，R1为已开采区域测井的煤层的深电阻率测井值，R2为已开采区域测井的煤层的浅电阻率测井值；

[0012] 根据下列算式计算多个测井的煤层所对应的井径相对变化率B，

[0013] B＝(C1-C2)/C2*100％

[0014] 式中，C1为已开采区域测井的煤层的井径值，C2为已开采区域测井的煤层的钻头直径值，

[0015] S222：根据各组电阻率相对变化率A与其相应的测井煤层的实际煤体结构相比较，获得碎块煤和碎粒煤在电阻率相对变化率A上的界限A1；根据各组井径相对变化率B与其相应的测井煤层的实际煤体结构相比较，获得碎块煤和碎粒煤在电阻相对变化率B上的界限B1，以界限A1和界限B1为基础获得区分碎粒煤和碎块煤的识别标准：

[0016] 当电阻率相对变化率

[0017] 当电阻率相对变化率≥A1或者井径相对变化率≥B1，煤体结构为碎粒煤。

[0018] 在一个具体的实施例中，步骤S300还包括步骤S310和S320，

[0019] S310：根据待识别煤体结构的矿区中测井的井径曲线、钻井曲线以及采用双侧向测井所得的电阻率曲线计算待识别煤体结构的矿区的煤层中的电阻率相对变化率曲线以及井径相对变化率曲线；

[0020] S320：将电阻率相对变化率曲线中煤层部分的值和井径相对变化率曲线中煤层部分的值均与所述识别标准相比较以识别出待识别煤体结构的种类。

[0021] 在一个具体的实施例中，按下列算式计算所述电阻率相对变化率曲线RDIF：

[0022] RDIF＝(Rd-Rs)/Rd*100％

[0023] 式中，Rd为待识别煤体结构的矿区中测井的深电阻率测井值，Rs为待识别煤体结构的矿区中测井的浅电阻率测井值，

[0024] 在一个具体的实施例中，按下列算式计算所述井径相对变化率曲线CDIF：

[0025] CDIF＝(CAL-BIT)/BIT*100％

[0026] 式中，CAL为待识别煤体结构的矿区中测井的井径曲线，BIT为待识别煤体结构的矿区中测井的钻头曲线。

[0027] 在一个具体的实施例中，在步骤S320中，

[0028] 若RDIF

[0029] 当RDIF≥A1或者CDIF≥B1，则煤体结构为碎粒煤。

[0030] 在一个具体的实施例中，在步骤S300中先对电阻率曲线和井径曲线进行进行校正，以减小电阻率曲线和井径曲线的误差。

[0031] 在一个具体的实施例中，在步骤S300中对电阻率曲线和井径曲线进行深度校正。

[0032] 在一个具体的实施例中，在步骤S300中对电阻率曲线进行矿化度校正。

[0033] 本发明是利用常规的深浅电阻率差比值及井径相对变化率交汇判别煤层煤体结构方法。采用这种方法对待识别的煤体结构的识别正确率高。并且电阻率曲线和井径曲线是常规的最基本的测井资料，避开了声波测井、横波(全波)曲线、成像测井等特殊测井，具有经济、实用、容易推广的特点。

附图说明

[0034] 在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

[0035] 图1为本发明的一个实施例中的测井识别方法的流程图；

[0036] 图2显示了Y3井2#煤层的测井资料及其煤心照片；

[0037] 图3显示了Y12井2#煤层的测井资料及其煤心照片；

[0038] 图4为YC地区2号煤层采用测井识别方法来判别煤体结构的效果图。

[0039] 在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

[0040] 下面将结合附图对本发明作进一步说明。

[0041] 如图1所示，在本实施例中，煤体结构的测井识别方法包括以下步骤：

[0042] S100：将煤体结构划分为预设破碎程度以上的碎粒煤和破碎程度比预设破碎程度小的碎块煤。

[0043] 煤体的预设破碎程度可以依照瓦斯突出的危险程度来划分。例如，当煤体的破碎程度小于预设值时煤矿在被开采时不会发生瓦斯突出的危险，当煤体的破碎程度大于预设值时煤矿在被开采时会具有发生瓦斯突出的危险。当然，也可以以预期的危险大小来决定预设的煤体破碎程度。这样，识别出地下待识别的煤体结构属于碎粒煤还是碎块煤即可判断出该处煤矿在开采时发生瓦斯突出的危险大小。

[0044] S200：建立碎粒煤和碎块煤的识别标准。在本实施例中，步骤S20包括步骤S210和S220。

[0045] S210：获得已开采矿区内的多个测井的井径曲线、钻头曲线以及采用双侧向测井所得的电阻率曲线。

[0046] 电阻率曲线表示地层的电阻率与井深度的对应关系。双侧向测井是一种常规的测量电阻率曲线的方法。该方法采用探测深度不同的两种侧向测井的组合，测量时，使用同一个电极系。测量深侧向电阻率曲线时使用较长的屏蔽电极；测量浅侧向电阻率曲线时只用深侧向屏蔽电极的一部分作为屏蔽电极，而另一部分作为回路电极。双侧向测井是采用电流屏蔽方法，迫使主电极的电流经聚焦后成水平状电流束垂直于井轴侧向流入地层，使井的分流作用和低阻层对电流的影响减至最小程度，因而减少了井眼和围岩的影响，较真实地反映地层电阻率的变化。对待识别煤体结构的矿区进行双侧向测井所获得的电阻率曲线包括深电阻率曲线和浅电阻率曲线。井径曲线表示被测井的井径与井深度的对应关系。由于钻取不同的深度位置所采用的钻头可能不同，这样就可能导致钻取不同的井深所采用的钻头不相同。钻头曲线表示钻取被测井所采用的钻头的直径与相应钻头钻井的井深度的对应关系。电阻率曲线和井径曲线是煤矿地区的最基本的测井资料。

[0047] S220：根据多组井径曲线、钻头曲线和电阻率曲线与其相对应的测井的煤层的实际煤体结构获得识别碎粒煤和碎块煤的识别标准。

[0048] 步骤S220包括步骤S221和步骤S222。

[0049] S221：计算多个测井的煤层所对应的电阻率相对变化率A和井径相对变化率B。

[0050] A＝(R1-R2)/R1*100％

[0051] 式中，R1为已开采区域测井的煤层的深电阻率测井值，R2为已开采区域测井的煤层的的浅电阻率测井值；

[0052] B＝(C1-C2)/C2*100％

[0053] 式中，C1为已开采区域测井的煤层的井径值，C2为已开采区域测井的煤层的钻头直径值。

[0054] S222：根据各组电阻率相对变化率A与其相应的测井煤层的实际煤体结构相比较，获得碎块煤和碎粒煤在电阻率相对变化率A上的界限A1；根据各组井径相对变化率B与其相应的测井煤层的实际煤体结构相比较，获得碎块煤和碎粒煤在电阻相对变化率B上的界限B1。

[0055] 以界限A1和界限B1为基础获得区分碎粒煤和碎块煤的识别标准：

[0056] 当A

[0057] 当A≥A1或者B≥B1，煤体结构为碎粒煤。

[0058] S300：获得待识别煤体结构的矿区中测井的井径曲线、钻井曲线以及采用双侧向测井所得的电阻率曲线，然后将其与识别标准相比较以判断待识别煤体结构为碎粒煤还是碎块煤。

[0059] 步骤S300包括步骤S310和步骤S320。

[0060] S310：根据待识别煤体结构的矿区中测井的井径曲线、钻井曲线以及采用双侧向测井所得的电阻率曲线计算待识别煤体结构的矿区的煤层中的电阻率相对变化率曲线RDIF以及井径相对变化率曲线CDIF。

[0061] RDIF＝(Rd-Rs)/Rd*100％

[0062] 式中，Rd为待识别煤体结构的矿区中测井的深电阻率测井值，Rs为待识别煤体结构的矿区中测井的浅电阻率测井值。

[0063] CDIF＝(CAL-BIT)/BIT*100％

[0064] 式中，CAL为待识别煤体结构的矿区中测井的井径曲线，BIT为待识别煤体结构的矿区中测井的钻头曲线。

[0065] S320：将电阻率相对变化率曲线RDIF中煤层部分的值与界限A1相比较，同时将井径相对变化率曲线CDIF中煤层部分的值与界限B1相比较，

[0066] 若RDIF

[0067] 当RDIF≥A1或者CDIF≥B1，则煤体结构为碎粒煤。

[0068] 根据煤岩石物理试验测试，在相同变质程度下的不同煤体结构的电阻率存在差异，原生结构煤的电阻率明显大于破碎煤层的电阻率，平均差异在2倍到13倍之间。利用深、浅电阻率分离程度可以有效划分煤体结构。在钻井过程，由于井壁的剪切破坏而发生坍塌或掉块。不同煤体结构煤层内部内生裂隙、外生裂隙和继承性裂隙的发育程度不同。对于内生裂隙发育而外生裂隙和继承性裂隙不发育的，在钻井过程受切向力的作用，井径变化不大。对于存在多组裂隙、尤其存在相互交切的裂隙的煤层，在钻头钻进过程，煤层破裂或坍塌，造成扩径严重(井眼稳定性差)。

[0069] 优选地，在步骤S300中先对电阻率曲线和井径曲线进行进行校正，以减小电阻率曲线和井径曲线的误差。

[0070] 测井时，由于技术限制，电阻率曲线和井径曲线中的井深度通常与实际井深度之间有偏差。这时需要对电阻率曲线和井径曲线进行深度校正以使得电阻率曲线和井径曲线中的井深度与实际的井深度相符。

[0071] 在获得测井资料的过程中因受到测井环境中诸多非地层因素(井径、泥浆密度与矿化度、井壁粗糙度等)的影响，测井资料中的测井资料中的双侧向测井曲线和井径曲线不可避免的受其影响而不精确。在这些非地层因素中矿化度对电阻率曲线的有重大影响，例如高矿化度的泥浆入侵井筒时会使得井筒的井壁内的地层水矿化度上升，使得深电阻率和浅电阻率趋于等值。对电阻率曲线进行矿化度校正能削弱或消除地层水矿化度对电阻率曲线的影响。

[0072] 为消除由于不同时间和不同仪器的测量而造成的系统误差，需进行利用关键井标准层、经环境影响校正后的测井数据作直方图、作为测井数据标准化的刻度模式，通过分析各个井标准层测井数据的频率分布，并逐一与标准模式进行相关对比，检查各井测井数据的可靠性，并确定校正值。

[0073] 在一个优选的实施例中，A1＝25％，B1＝40％。

[0074] 图2为Y3井2#煤层的电阻率、井径曲线、电阻率相对变化率曲线、井径相对变化率曲线以及对应的煤心照片。从电阻率相对变化率曲线RDIF和井径相对变化率曲线CDIF看，RDIF在20％左右，CDIF在18％左右，判别为碎块煤。与煤心(图2最右侧)呈现出的较完整的煤柱相吻合。

[0075] 图3为Y12井2#煤层的电阻率、井径曲线、电阻率相对变化率曲线、井径相对变化率曲线以及对应的煤心照片。从电阻率相对变化率曲线RDIF和井径相对变化率曲线CDIF看，深度为920.2-923.4米之间的RDIF在62％左右，CDIF在27％左右，判别为碎粒煤。与煤心(图3最右侧)呈现出不成型、破碎的特征吻合。

[0076] 图4为YC工区19口井的2号煤层识别效果图，与通过煤心观察获得的煤体结构比较，利用本方法判别煤体结构符合率达到90.3％。

[0077] 电阻率曲线和井径曲线是常规的最基本的测井资料，避开了声波测井、横波(全波)曲线、成像测井等特殊测井，具有经济、实用、容易推广的特点。

[0078] 虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。