深层煤岩气作为非常规油气开采领域的重点勘探目标之一, 已逐渐成为我国天然气资源供给的重要来源^{[1, 2, 3]}。尽管尚处于探索阶段, 但其广阔的勘探潜力已初步显现。近两年来, 鄂尔多斯盆地腹部煤岩气勘探全面开花, 展现出良好的勘探前景。深层煤岩气地层自上而下发育10套煤层, 其中, 山西组5^#、本溪组8^#煤层为主力煤层, 5^#煤层形成于陆相岸后沼泽环境, 8^#煤层发育于滨海沼泽环境, 从整体勘探效果看, 8^#煤层含气性整体好于5^#煤层^{[4, 5]}。然而, 深层煤岩气储层的复杂性显著, 受构造演化、沉积成岩作用及热演化历史影响, 储层非均质性强、孔隙结构复杂、渗透率普遍低于0.1 mD, 且气水关系复杂, 导致传统录井甜点识别方法存在精度不足、动态响应滞后等问题, 为此开展了深层煤岩气录井甜点识别方法的研究。煤岩气勘探开发的关键是找出有利区（层）、识别甜点区（段）、钻进甜点小层、压开甜点井段、采出甜点流体。运用录井技术构建了“ 气体录井-岩石热解录井-元素录井” 三位一体评价体系：通过敏感参数优选表征含气特性, 揭示烃源岩质量, 解析脆性指数、物性参数及流体特征等, 最终建立适合8^#煤层5个层面的深层煤岩气储层分级评价标准（Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 类）, 作为进一步评估鄂尔多斯盆地煤岩气资源潜力与实现产能的依据。

鄂尔多斯盆地晚古生代海陆过渡环境形成广泛分布的煤系地层, 深层煤岩气资源量达3× 10¹² m³, 以石炭-二叠系煤层为主, 其中, 5^#煤层与8^#煤层孔隙度分别为4.1%和6.4%, 渗透率均达1 mD级, 含气饱和度均超80%, 游离气占比显著高于传统煤层气, 兼具“ 自生自储、近源成藏” 特征, 为高产奠定基础^[6]。但随着勘探力度的加大, 煤岩气勘探开发也面临着一些难题, 主要表现在：①深层煤岩储层中常伴生煤矸石、碳质泥岩、黑色泥岩等夹层, 其矿物组成和化学特性与煤岩高度相似, 常规录井手段难以快速精准识别, 导致煤岩储层非均质性强; ②深层煤岩气游离气占比高, 钻井过程中气测值波动剧烈, 传统气测录井难以区分游离气与吸附气释放, 游离气与吸附气比例缺乏定量评价标准, 影响含气饱和度评价; ③水平井钻井过程中, 煤矸石与碳质泥岩夹层易引发井壁失稳、钻头磨损等问题, 需不断优化井眼轨迹, 以避免优质储层钻遇率低^[7]; ④人工智能与数智化技术在甜点预测、压裂优化等领域的应用仍处于初级阶段, 尚未形成工业化方案。未来需聚焦“ 地质-工程一体化” 技术攻关、低成本工艺研发及智能化升级, 以突破深层煤岩气高效开发的技术瓶颈^{[8, 9]}。

深层煤岩气甜点（优质储层）评价需综合地质特征、储层物性及开发潜力等多维度指标。2025年收集HS 14H、S 29H、TZ 1H、TZ 2H井等20口深层煤层气水平井录井资料, 并进行归类整理, 结合近些年理论突破与实践经验, 主要围绕煤岩气储层品质、适宜的生烃条件、充足的游离组分、良好的可压性能等指标, 从储集性、烃源岩特性、含气性、流动性及脆性评价5个方面对8^#煤层开展了录井关键技术及煤岩气甜点识别与评价方法研究。

2.1 储集性评价

储层品质评价主要考虑物性特征, 即从储集空间类型、孔隙结构和孔渗分布3个方面进行评价。煤的次生结构可以通过岩心描述准确识别, 分为原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤、糜棱煤4种, 其中原生结构煤和碎裂煤的储集性能相对较好^[10]。但是在水平井段的钻进过程中, 使用PDC钻头钻井, 导致岩屑细碎, 岩屑描述识别效果差, 增加了储集性评价的难度。在水平井段尝试引入工程参数求取功指数（W_m）、机械比能（E_m）等间接判断深层煤岩气储层物性, 见公式（1）、公式（2）^[11], 其中涉及的常量参数为统计区域经验值, 比如W_max值修改为该井的最大钻压值, n_max值修改为该井的最大转速。功指数、机械比能越小, 代表储层储集性越好。TZ 1H井评价效果如图1所示, 蓝框内代表Ⅰ 类储层, 红色箭头指示物性差, 根据功指数、机械比能曲线变化能够较直观地指示储层物性好坏。功指数和机械比能的计算公式分别如下：

$W_{\mathrm{m}}=\left(W+W^{3 \sqrt{W / W_{\max }+n / n_{\max }}}+\pi B_{\mathrm{s}} N / 4\right) n T \times 10^{-6}$（1）

Em=4W/（πBs2）×106+480nN/（60Bs2/T）（2）

式中：W_m为功指数, 无量纲; W为钻压, N; W_max为最大钻压, N; n为转速, r/min; n_max为最大转速, r/min; B_s为钻头尺寸, mm; N为扭矩, N· m; T为钻时, min; E_m为机械比能, MPa。

图1

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	图1 TZ 1H井物性评价随钻录井综合图

2.2 烃源岩特性评价

煤岩的生烃条件是控制其物理化学性质（孔隙结构、吸附能力及力学特性）及含气性特征的核心因素, 其中, 烃源岩的有机质丰度及生烃潜力通常通过关键参数总有机碳含量（TOC）和热解烃含量（S₁+S₂）来表征。统计鄂尔多斯盆地7口重点井水平段煤层数据分析, S 29H井的有机质丰度最高, TZ 1H、HS 14H、S 8X井次之, NL 15X井数据分散, 但TOC值也大于10%, 有机质丰度较好, 生烃潜力大（图2）。根据有机质成熟度变化曲线（图3）进行有机质成熟度评价, 发现大部分井T_max值大于490 ℃, 处于高成熟-过成熟阶段, 液态烃大量裂解, 具有较大的生气潜力, 已经生成天然气。

图2

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	图2 有机质丰度对比图

图3

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	图3 有机质成熟度变化曲线

2.3 含气性评价

含气性评价是煤岩气勘探的核心环节, 但研究和经验表明^{[12, 13]}, 仅依赖全烃值、S₁或P_g值等单一参数时, 含气性规律难以明确表征。为此, 提出采用派生参数总产率指数（TPI=（S₀+S₁）/P_g）与TOC或S元素含量的交会分析法, TPI越小, TOC与S元素含量越大, 储层的含气性越好。其中TPI反映烃类生成效率, 数值降低指示生烃潜力释放, TOC或S元素含量的增加则表征有机质富集程度增加。通过每两个参数的协同响应关系, 可有效识别煤岩气富集区：二者交会面积越大, 储层含气性与资源丰度越高。从含气性动态表征模型随钻录井图（图4）来看, S元素含量与TPI交会趋势更明显, 图中蓝色标注框内的油气富集明显, 划分为Ⅰ 类储层; 蓝色框外其他未标注区域气测异常也较为明显, P_g值没有明显变小趋势, 但综合分析含气性差, 划分为Ⅱ 、Ⅲ 类储层。

图4

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	图4 含气性动态表征模型随钻录井图

2.4 流动性评价

深层煤岩气储层气体赋存表征更复杂, 吸附气与游离气共存, 关注吸附态和游离态的比例变化, 确定储层渗流能力是提高产量的关键。煤岩气的吸附能力与有机质含量存在显著正相关关系, 但TOC过高的煤岩将降低游离烃的比例, 使得储层渗流能力降低, 加大煤岩气的开采难度。笔者利用气测数据派生参数结合TOC, 建立了煤岩气气体游离指数评价图板（图5）, 该指数直接反映了储层有机质丰度及游离烃的关系, 气体游离指数> 1, 储层以游离气为主, 能够更好地指示煤岩气储集空间气体的赋存状态。

图5

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	图5 煤岩气气体游离指数评价图板

煤岩气水平井主要利用“ 气体录井-岩石热解录井-元素录井” 三位一体评价体系, 充分挖掘每项录井的技术优势, 统计鄂尔多斯盆地深层煤岩气20口井数据、326个划分层结合测试结论, 利用储集性、含气性、烃源岩特性、脆性、流动性等重点评价参数建立本溪组8^#煤层煤岩气Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 类储层录井评价标准（表1）。

表1

表1

表1 鄂尔多斯盆地8#煤层煤岩气Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 类储层录井评价标准 储层 类型 储集性 含气性 烃源岩特性 脆性 流动性 功指数 机械比能 煤体结构 Pg/ （mg· g-1） S含量/ % TPI S1+S2/（mg· g-1） TOC/ % Tmax/ ℃ 脆性 指数/% 气体游离 指数 Ⅰ 趋势 变小 趋势 变小 原生结构煤为主, 碎裂煤次之 > 20 > 10 < 0.05 > 20 > 20 510 > 60 > 1 Ⅱ 趋势微变大 趋势微 变大 原生结构煤、碎裂煤为主 10~20 5~10 < 0.05 10~20 10~20 490~510 50~60 < 1 Ⅲ 趋势 变大 趋势 变大 以碎裂、碎粒结构为主, 偶见糜棱煤 < 10 < 5 > 0.05 < 10 < 10 < 490 < 50 < 1

表1 鄂尔多斯盆地8#煤层煤岩气Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 类储层录井评价标准

以S 8X井煤岩气储层为例, 说明如何应用甜点评价标准对煤岩气进行解释评价。S 8X井钻探目的为探索以深层煤为主的煤灰组合煤岩气成藏模式, 探索本溪组8^#煤层勘探开发技术, 求取大斜度井产能, 实现盆地中东部接替领域战略突破。本溪组8^#煤层为该大斜度井实施的主要目的层, 录井井段为65.00~2 715.00 m, 大斜度段长度200 m, 煤岩长160 m, 煤岩钻遇率80.00%, 录井采集资料齐全, 随钻录井综合图如图6所示, 煤岩段TOC均值为24.65%, 有机质丰度较好, 生烃潜力大。利用S含量与TPI曲线判断储层含气性, 明显看出本井共有3段储层油气富集, 显示含气性好, 对应的功指数、机械比能参数较小, 脆性指数变大, 进一步分析储集空间较好, 可压裂性好, 气体游离指数均值为2.63（大于界限值1）, 显示储层以游离气为主, 综合解释为Ⅰ 类储层。其他非标注段, 对应油气富集程度稍差, 但仍以游离气为主, 结合储集性划分为Ⅱ 类储层。统计分析本井大斜度段共计解释Ⅰ 类储层3层/98.00 m, Ⅱ 类储层4层/62.00 m。根据录井解释进行甜点综合分析及有利射孔井段的优选, 后期求产测试产气3.6× 10⁴ m³/d, 排采计量91 d, 累产气208.58× 10⁴ m³, 返排率52.70%, 录井技术准确地指示了储层流体性质, 解释标准更加可靠。

图6

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	图6 S 8X井随钻录井综合图

使用鄂尔多斯盆地8^#煤层煤岩气储层录井评价标准重新解释了鄂尔多斯盆地深层煤岩气15口井数据, 结合其最终测试产气效果, 甜点识别效率较传统方法提高了约20%, 典型区块Ⅰ 类储层预测准确率超过85%。

（1）面向鄂尔多斯盆地深层煤岩气勘探开发需求, 紧密结合勘探生产任务, 针对其地质特征, 以“ 地质-工程一体化” 理念为指导, 通过整合气测分析、岩石热解评价及高精度元素录井等关键技术, 建立含气性动态表征模型、渗流能力分级标准及脆性指数计算方程, 形成“ 数据采集-模型构建-现场验证” 的螺旋式认知提升机制。

（2）按照“ 实践、认识、再实践、再认识” 的客观规律, 不断深化甜点识别方法探究, 实现了煤岩气甜点层精准预测和精细评价, 最大化发挥录井作用, 推动录井技术从“ 事后解释” 向“ 实时决策” 转型, 为深层煤岩气高效优质勘探开发提供全面的、可量化的技术路径和支撑。

（3）本研究在甜点识别与储层评价方面取得了阶段性成果, 但在实际应用中仍面临一些尚未完全突破的技术难点：一是深层煤岩气储层物性差、压力系数高, 导致常规录井数据受工程因素干扰较大, 影响解释精度; 二是目前建立的模型在不同构造背景下的适应性仍有待进一步验证与拓展; 三是对于低渗透、强吸附型煤岩储层, 如何实现含气量的原位动态准确评估仍是亟待攻克的关键难题。未来还需结合实验模拟、数值建模与现场试验等多种手段, 持续深化对深层煤岩气成藏机理与工程响应特性的综合研究, 推动形成更加完善、智能、高效的非常规油气录井评价体系。

（编辑 孔宪青）