基于测井曲线的阜康西部矿区煤体结构的分布规律

石永霞 陈 星

(新疆科林思德新能源有限责任公司，新疆 830046)

1 区域地质概况

矿区位于阜康市南部山区，构造上在北天山褶皱带博格达复背斜以北，准噶尔盆地南缘乌鲁木齐山前拗陷中东段，受南部博格达复背斜的推覆，在区域范围内褶皱及断裂构造发育。目前，研究区范围主要位于阜康向斜，向斜西部宽缓而东部紧闭，轴面南倾，轴脊由西往东逐渐仰起，两翼不对称，南翼地层陡起端，褶皱多呈紧闭型，两翼派生出一系列高角度仰冲逆断层及小型的平移断层(图1)。

图1 阜康西部矿区构造位置图

区域含煤地层主要为侏罗系西山窑组(J2x)和八道湾组(J1b)，矿区西山窑组煤层受构造抬升作用，大部分均已被剥蚀。八道湾组2号煤层全区可采，厚度5.33～23.61m，平均18.03m；3-4号煤层全区大部分可采，厚度1.1～11.5m，平均6.8m；5号煤层局部可采，厚度3.89～21.37m，平均15.75m。其中2号煤层是矿区的标志煤层，也是煤层气开采主力煤层，埋深694.63～1535.70m，平均1029.82m。主力煤层平均最大镜质体反射率为0.59%～0.75%，煤质以长焰煤和气煤为主。

2 测井响应特征

2.1 不同煤体结构测井响应特征

煤体结构的差异是由于受到构造应力的破坏作用，不同的煤体结构因孔隙发育程度不同，因而其结构和物性存在差异。测井曲线解释煤体结构即从储层物性参数出发，根据不同煤体结构测井曲线特征包括电阻率、自然伽马、声波时差、井径等特征的不同识别煤体结构。

(1)电阻率测井特征。不同煤体结构煤体破碎程度不同，其物理化学性质也不相同。随着煤储层破碎程度的增加，大量小分子与煤层孔隙中水分子作用，增加煤储层导电性使电阻率减小，减小幅度越大反应煤体结构越破碎。

(2)自然伽马测井特征。自然伽马测井通过探测储层单位体积放射性物质的含量划分储层及识别煤体结构。孔隙和裂隙越发育，单位体积放射性物质含量越低，即自然伽马值随煤储层破碎程度的增加而减小。

(3)声波时差测井特征。声波时差测井原理是根据不同结构和构造储层中声波传播速度的不同来识别不同岩性，划分储层。对于不同煤体结构，由原生结构到糜棱结构的过程中，随着小分子含量不断增加及孔隙的变化，声波传播速度逐渐变小，即构造煤声波时差随着煤体破碎程度增加而增大。

(4)井径测井特征。钻井过程中井壁经常会发生垮塌现象，造成不同程度的扩径，扩径越大井径测井值越大。煤体破坏程度越高表明煤体结构越破碎，钻井过程中更易出现井壁垮塌现象。一般地，随煤体结构破碎程度的增加井径测井值增加。

2.2 矿区2号煤层煤体结构划分

矿区2号煤层全区稳定发育且厚度大、埋深适中(表1)，是区内煤层气开采的主力煤层，通过阜康向斜两翼及向斜轴部7口参数井2号煤层的钻井取芯样品和测井曲线资料综合对比分析，将2号煤层煤体结构划分为块煤、粒煤和粉煤三类，并分别编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。

表1 矿区各井场八道湾组2号煤层厚度及发育特征统计表

Ⅰ类煤(块煤)电阻率曲线特征呈箱型，最大值达3400Ω·m，曲线相对平滑，锯齿或尖峰较少；井径曲线显示扩径不明显，井径值平均约为20.8cm；除夹矸外，自然伽马显示低值，平均3.8API；声波时差曲线平滑，平均值380.8us/m(图2a)。Ⅱ类煤(粒煤)，包括含Ⅱ类煤的Ⅰ类煤，其电阻率曲线近箱型，呈小的锯齿状或波浪状，电阻率值平均580Ω·m；井径曲线显示有扩径现象，存在局部井壁垮塌；与Ⅰ类煤相比，自然伽马值明显变大，平均约6.9API；声波时差曲线显示值变大，平均447.4us/m(图2b)。Ⅲ类煤电阻率曲线形状与Ⅰ类煤相似，为曲线平滑的箱型，但电阻率值明显变低，平均为360Ω·m；井眼扩径明显，井壁垮塌严重；自然伽马测井值较高，平均可达18API；声波时差值平均489.5us/m(图2c)。

采用同样的方法对矿区内2号主力煤层各煤层气参数井测井曲线响应进行统计分析(表2)。

图2 不同煤体结构测井曲线组合特征

井场井号井段/m声波时差/(us/m)扩径率/%煤体结构识别划分3#KL-5929-931.5451.256.95Ⅱ类煤为主2#KL-6933.8-937.3436.206.39Ⅱ类煤为主3#KL-9958.8-991.4394.225.09Ⅱ类煤为主(含Ⅰ类煤)1#KL-1750-769.8380.601.31Ⅰ类煤为主4#KL-13875.3-896.1435.493.32Ⅱ类煤为主4#KL-151332.4-1351.6461.7819.59Ⅲ类煤为主(含Ⅱ类煤)4#KL-161356.6-1383.8496.647.99Ⅲ类煤为主

图3 矿区2号煤层煤体结构平面展布规律

2.3 矿区2号煤层煤体结构展布规律

矿区2号煤层在阜康向斜全区发育，煤层倾角较大，在45°～65°之间，向斜南翼倾角大于北翼。煤层往矿区西北方向逐渐变薄，往西南方向埋深逐步增大，矿区北部和东南部煤层存在火烧现象。2号煤层整体结构比较简单，含夹矸0～3层。整个矿区位于阜康向斜转折端，根据2号煤层单井煤体结构识别结果，分析了2号煤层煤体结构在矿区内的平面展布规律(图3)，阜康向斜轴部偏西方向煤体结构以Ⅰ类煤为主，在原生结构和碎裂结构之间，有利于煤层气的生成和富集；往向斜南北两翼方向，煤体结构呈现由Ⅰ类煤向Ⅱ、Ⅲ类煤转变的过程，主要受煤层倾角、应力、埋深增大的影响；向斜南翼比北翼倾角大、埋深大，其煤体结构破碎程度强于北翼。

3 结论

(1)利用测井曲线特征并结合煤岩钻井取芯资料识别了阜康西部矿区2号煤层煤体结构，并将其划分为块煤(Ⅰ)、粒煤(Ⅱ)、粉煤(Ⅲ)三类：Ⅰ类煤至Ⅲ类煤随着煤体破碎程度的增加，电阻率值由高变低，声波时差值由低变高，由于井壁垮塌井径值变大。

(2)分析了2号煤层煤体结构平面展布规律，受构造挤压作用，由向斜转折端往南北两翼煤岩破碎程度逐渐增加；由于南翼地层陡于北翼，南翼煤岩破碎程度强于北翼。

(3)根据煤体结构平面展布规律分析阜康西部矿区下一步勘探开发潜力，对井位部署工作具有一定指导意义。