0 引 言

受不同程度构造作用的改造，煤层呈现出不同的煤体结构，使其含气量、破裂压力、硬度、杨氏模量、泊松比等参数发生了根本性的变化，影响着压裂方案和排采制度的制定。因此，在缺乏这些参数的煤层气开采阶段，正确识别煤体结构具有非常重要的意义。在缺少煤心资料的开采阶段，不能利用岩心直观的判别煤体结构，含气量等参数的获取受到限制。测井资料可以反映煤储层的岩性、电性和孔隙性等特征[1-3]。不同煤体结构的煤储层孔隙、裂隙的大小不同，导致测井响应特征存在不同程度的差异，因此利用测井资料对煤体结构进行划分是很好的选择。

中子(CNL)、密度(DEN)和声波时差(AC)测井能够反映岩石孔隙特性，利用这3种测井曲线可以区分煤体结构[4-5]。煤体破碎越严重，在钻进过程中煤层越容易坍塌，扩径越大，井径(CAL)曲线形态和扩径严重程度可用来区分煤体结构[6-8]。煤体破坏程度增高，煤的孔隙度增大，引起电阻率变化，从而区分煤体结构[9-11]。由于煤层容易垮塌，使得测井曲线质量降低，依靠单种测井项目识别煤体结构误差较大，综合使用多种测井项目以及其他资料进行分析识别煤体结构会取得更好的效果[12-14]；基于BP神经网络和聚类分析方法，同样可以有效区分煤体结构[15-16]。

党的十九大报告作出“经过长期努力，中国特色社会主义进入了新时代，这是我国发展新的历史方位”的重大判断。正确认识“时代”的内涵及判断标准，是我们深刻理解这一重大判断的重要前提。

沁水盆地南部高阶煤层含气量较高，已达到商业化开采[17-18]。煤层的孔隙和渗透特征制约着煤层气的产出[19]。安泽区块3号煤层属低孔、特低渗储层，对煤层气的采出带来困难。笔者依据煤的破坏程度将煤体结构主要划分为4类：原生结构、碎裂结构、碎粒结构、糜棱结构[20-22]。利用煤心分析试验资料，结合测井资料、夹矸位置对煤心正确归位；分析不同煤体结构的测井响应特征，优选出对煤体结构敏感的测井曲线，建立研究区3号煤层GR-DEN和AC-DEN测井交会图，有效地识别出原生结构煤和碎裂结构煤，为后期煤层气开采阶段的压裂和排采设计提供了有力的依据。

1 煤心归位

煤心资料是识别煤体结构最准确的资料。煤层取心收获率较低，尤其是粉煤，导致煤心的获取不是连续的；为了做煤心分析测试，煤取心到地面之后，卸取心筒、煤心整理、煤心拍照、煤心装罐等程序，必须在15 min之内完成。这些原因使得煤心的真实深度产生一定的误差。研究区煤层垂向上非均质性较强，煤心归位不准确，对研究结果造成很大的影响。测井深度则真实的反映了井轨迹的深度。利用测井资料，结合煤心分析测试资料，将岩心进行准确归位，有利于后期研究工作的开展。

煤心归位可利用自然伽马测井值与灰分的线性关系[5，11]。在安泽区块，灰分中主要含有Al2O3和SiO2，占80%以上，另外含有少量TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5。其中只有40K是放射性同位素，以K2O的形式存在，含量0.01%～2.53%。由于灰分中K的含量很低，自然伽马受灰分的影响小，仅仅靠灰分与自然伽马进行煤心归位，其误差较大。选取研究区3号煤层井眼扩径较小、煤层厚度较大、测井曲线比较稳定、煤体结构均质性较强的井段，发现密度测井值和煤心分析化验中的真密度呈线性相关，相关度较好；灰分与自然伽马测井值线性拟合相关度偏小(图1)。煤层中，夹矸的存在会使自然伽马测井值增大(图2)，因此，煤层中夹矸的存在，有助于煤心归位工作的开展。

  

图1 测井参数与岩心分析化验数据相关性示意Fig.1 Correlation diagram of well logging and core data

本文结合夹矸处自然伽马测井值增大的特点，利用密度测井值与真密度、自然伽马测井值与灰分之间的相关性开展了煤心归位工作，提高了归位的准确性。具体方法如下：

何良诸回到省城，走进公安厅对过的咖啡店，在吧台打过电话后，捡个临窗位置坐下。服务小姐送上热毛巾和晨报。何良诸一怔，头版赫然刊登消息：省领导关心北大坎市矿工生活，拨专款雪中送炭。

煤心扫描电镜结果表明安泽区块3号煤心中大部分孔隙被黏土矿物充填(图3)。粘土矿物密度大于煤的密度，且所含放射性同位素40K比较多。随着矿物填充增加，煤的自然伽马值增大，密度值增大、声波时差值减小。原生结构煤大孔含量最少，能充填的黏土矿物含量也最少，呈现出声波时差测井值大、密度和自然伽马测井值小的特征；碎裂结构煤在构造作用下，产生了大量的裂缝，部分裂缝被粘土矿物充填，造成声波时差、密度和自然伽马测井值则表现出与原生结构煤相反的特点；而糜棱结构煤和碎粒结构煤的这三种测井值处于原生结构煤和碎裂结构煤之间(图4)。通过对不同煤体结构的测井响应特征分析认为，声波时差、密度和自然伽马测井对安泽区块3号煤层原生结构煤和碎裂结构煤反映敏感；而糜棱结构煤和碎粒结构煤的声波时差、密度和自然伽马测井响应之间差异不明显，但与原生结构煤和碎裂结构之间的差异相对明显一些。

2)高真密度、高灰分的煤心样点对应高密度测井值、高自然伽马测井值，低真密度、低灰分的煤心样点对应低密度测井值、低自然伽马测井值。

3)真密度大于1.70 g/cm3的煤心样点对应密度测井值约为1.60 g/cm3；真密度为1.60～1.70 g/cm3的煤心样点对应密度测井值为1.40～1.50 g/cm3 ；真密度为1.35～1.60 g/cm3的煤心样点对应密度测井值为1.20～1.40 g/cm3。

XX井位于研究区南部，山西组3号煤层埋深1 198.40～1 205.00 m，煤层厚度6.6 m。该井煤层段取心6桶，因糜棱结构煤收获率较低，取心长度只有5.49 m，对岩心进行归位后直观观察判别煤心煤体结构。其中1 198.41—1 200.00 m、1 201.58—1 203.59 m、1 204.20—1 205.01 m为碎裂结构，1 200.40—1 200.90 m为原生结构，1 203.60—1 204.20 m为糜棱结构。利用DEN-GR交会图和AC-DEN交会图共同识别3号煤煤体结构，位于1 198.41—1 200.00 m、1 201.60—1 203.70 m、1 204.15—1 205.00 m为碎裂结构煤，位于1 200.15—1 200.35 m、1 200.95—1 201.40 m、1 203.8—1 204.0 m为糜棱-碎粒结构煤，位于1 200.4—1 200.9 m为原生结构煤(图6)。利用交会图识别煤体结构基本与岩心直观观察结果一致，准确率较高。但在煤体结构变化过渡段，多种煤体结构均存在，煤体结构比较复杂，导致2种交会图识别出煤体结构不一致，不能判别 。

4)灰分小于20%的煤心样点对应自然伽马测井值为20～76 API；灰分大于20%的煤心样点对应自然伽马测井值大于76 API。

根据煤心样点在AC-DEN交会图中的分布，确定了煤体结构识别参数n3=0.0008x-y+0.8917；n4=0.000 8x+y-1.716 7。当n3>0且n4<0时，为原生结构煤；糜棱结构煤和碎粒结构煤的点聚在一起，很难区分开来，当n3<0且n4<0时，为糜棱结构煤或者碎粒结构煤；当n3<0且n4>0时，为碎裂结构煤(图5b)。利用AC-DEN交会图，正确率达到82.8%。

5)在每一个对应范围内，先确定高值点和低值点的位置，其他样点随着高值点和低值点整体移动，个别样点根据真密度、灰分和曲线变化趋势进行小范围的移动。

  

图2 含夹矸煤层的测井数据和煤心照片Fig.2 Well logging in coal seam with gangue andphoto of coal core

2 不同煤体结构测井响应特征

1)安泽区块部分井3号煤层段以糜棱结构煤或碎粒结构煤为主，其中夹杂着多段厚度较薄碎裂结构煤，取心时糜棱结构煤或碎粒结构煤收获率较低，只收获碎裂结构煤，导致认为煤层中原本为糜棱-碎粒结构煤是碎裂结构煤。这是岩心观察的误判。

在孔隙和裂隙没有被充填的情况下，不同煤体结构的声波时差和密度测井值表现出或大、或小的差异。原生结构煤呈现声波时差测井值小、密度测井值大的特点，糜棱煤声波时差测井值比原生结构煤大一些、密度测井值较原生结构煤小，碎裂煤声波时差测井值最大、密度测井值最小。对于中子测井，仪器测量的是地层中氢含量，煤岩本身含有很高的氢元素，一般不能用来识别煤体结构。

1)夹矸存在时，将夹矸对应于自然伽马测井值增大处，煤心样点随夹矸的移动，进行移动。

  

图3 安泽区块3号煤层煤心扫描电镜照片Fig.3 Scanning electron microscope of coal core ofNo.3 coal seam in Anze Block

  

图4 安泽区块3号煤层不同煤体结构的测井响应特征Fig.4 Logging response of different coal structure ofNo.3 coal seam in Anze Block

3 煤体结构识别

输尿管上段结石伴同侧肾结石是泌尿外科常见疾病。输尿管结石多为单发，肾内结石可单发或多发。随着腔内泌尿外科和微创泌尿外科技术的迅猛发展，新的手术方法不断创新涌现，近年来常有多种方法联合应用于上尿路结石的治疗，联合应用可以是同时操作或先后进行，甚至于反复进行，即“三明治”方法[2]。

选取安泽区块3号煤厚度较大、垂向上煤体结构变化小的19口井76筒煤心，其中15筒原生结构煤、3筒碎裂-碎粒结构煤、20筒碎裂结构煤、12筒碎粒结构煤、7筒碎粒-糜棱结构煤和19筒糜棱结构煤。在精准煤心归位的基础上，建立了GR-DEN和AC-DEN测井交会图。交会图中，原生结构煤主要分布在密度小于1.27 g/cm3、声波时差大于411 μs/m、自然伽马为15～50API；碎裂结构煤的密度大于1.35 g/cm3、自然伽马大于45 API、声波时差为384～475 μs/m ；糜棱结构煤和碎粒结构煤则主要分布在密度为1.27～1.35 g/cm3、声波时差为390～445 μs/m、自然伽马为25～65 API (图5)。

  

图5 测井交会图Fig.5 Well logging cross plots

3.1 GR-DEN交会

根据样点在GR-DEN交会图中的分布特征，确定了煤体结构识别参数n1=y+0.001 9x-1.318 8；n2=y+0.001 7x-1.433 3。当n1<0时，为原生结构煤；当n2>0时，为碎裂结构煤；当n1>0且n2<0时，为糜棱结构煤或者碎粒结构煤。糜棱结构煤和碎粒结构煤的点聚集在一起，很难区分开来(图5a)。利用GR-DEN交会图，煤体结构识别准确率达到了86.8%。

3.2 AC-DEN交会

比较两组的治疗疗效,痊愈:治疗后患者的运动功能和语言功能恢复正常,能够参加工作,CT检查中病灶部位完全吸收或软化;显效:治疗过后肌力水平恢复≥4级,语言表达能力一般,具备生活自理能力,CT检查出血灶吸收≥60%,梗死部位显著减少;显效:治疗过后肌力水平恢复≥3级,语言表达有一定改善,具备部分日常生活自理能力,CT检查出血灶吸收≥40%,梗死部位减少;无效:患者治疗后病情无改善甚至有加重的趋势。有效率=(痊愈+显效+有效)/总病例数×100%。

3.3 应用效果

点评：这两张叠加的照片都是颜色浓重的照片，不好驾驭，但作者完成得不错，框架的照片可以不透明度再低一些。

3.4 误差分析

利用GR-DEN和AC-DEN交会图识别安泽区块3号煤煤体结构时，存在原生结构煤和碎裂结构煤误判为糜棱-碎粒结构煤，糜棱-碎粒结构煤误判为碎裂结构煤和原生结构煤的现象。分析认为主要来源于以下4个方面。

依据煤体结构分类将煤分为4类：原生结构煤、碎裂结构煤、碎粒结构煤和糜棱结构煤[20]。试验表明，煤的孔隙和裂隙的空间并不一定随着煤的破坏程度增大而增大，碎裂煤的孔隙和裂隙最为发育，其次依次为糜棱结构煤、原生结构煤[23-24]。

2)通过对原生结构煤误判岩心的分析化验资料进行研究，原生结构煤裂隙中充填碳酸盐矿化物，密度测井值增大，n1、n2和n4值增大，n3值减小，在交会图中位于糜棱-碎粒结构煤或碎裂结构煤区域，误判为糜棱-碎粒结构煤或碎裂结构煤。但是此种原生结构煤煤体较稳定，不容易产生扩径现象，且其电阻率测井值通常为高值，结合井径测井曲线和电阻率测井曲线可以正确判别。

3)从糜棱-碎粒结构煤误判岩心发现，含有少量泥岩，自然伽马值和密度值增大，n1、n2和n4值增大，n3值减小，导致糜棱-碎粒结构煤误判为碎裂结构煤，但糜棱结构煤或碎粒结构煤稳定性不好，容易产生扩径现象，井径测井值较大，结合井径测井曲线基本可以将误判消除。

4)部分碎粒结构煤破碎的程度刚达到碎粒结构煤，裂隙发育，并且未被填充。此煤层密度值和自然伽马值较小，声波时差值大，n1、n2值减小，n3 、n4值增大，在交会图中位于原生结构煤的区域，误判为原生结构煤。但此煤层由于破碎严重，并且没有泥质胶结，稳定性差，容易扩径。

  

图6 XX井煤体结构识别柱状Fig.6 Coal structure identification histogram of Well XX

4 结 论

1)煤心准确归位是识别煤体结构的关键基础。基于沁水盆地南部安泽区块3号煤层测井资料和煤心分析化验资料，利用密度测井值与真密度、自然伽马测井值与灰分的线性关系，结合夹矸位置自然伽马测井值增大的特点，提高了煤心归位的精准度，为煤体结构的识别与预测提供了可靠依据。

老福一进办公室的门，大伙儿都围过来了，他们急于知道他的决定。老福说：“我还没想好，现在我是以老百姓的身份来报案的。”他坐在高超对面详细地做了个笔录，看了看手腕上的表，对大伙儿说：“快下班了，谁也别走，我请你们去喝酒，然后赶紧给我找这个人。”大家高兴地跟他一起到他们的“老地方”痛快地吃了一顿。

2) 原生结构煤大孔含量少，粘土矿物充填较少，呈现声波时差测井值大、密度和自然伽马测井值小的特征，碎裂结构煤裂隙发育且大量被粘土矿物充填，呈现声波时差测井值小、密度和自然伽马测井值大的特征，糜棱结构煤和碎粒结构煤的这三种测井值则处于原生结构煤和碎裂结构煤之间；利用GR-DEN和AC-DEN交会图识别煤体结构，准确率分别为86.8%和82.8%，其中原生结构煤和碎裂结构煤识别效果最好，为研究区压裂方案和排采制度的制定提供了有力的依据。

3) 煤心的低采取率、裂隙中碳酸盐矿物的充填，使得原生结构煤和碎裂结构煤误判为糜棱煤-碎粒结构煤；泥岩的存在和裂隙未被充填的情况，导致糜棱-碎粒结构煤误判为碎裂结构煤和原生结构煤。结合井径测井曲线和电阻率测井曲线可以降低误判概率。

【12】汤显祖《牡丹亭记题词》，见《牡丹亭记题词》，见徐朔方笺校《汤显祖全集》，北京古籍出版社1999年版，第1153页。

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