三侧向测井在煤田测井中的应用

三侧向测井在煤田测井中的应用
摘要：现阶段我国各个领域资源能源需求持续上涨，尤其是煤化工行业茁壮
发展等原因，促使煤炭需求越来越大，从而为煤矿开采创造了更大发展机遇，现
如今我国煤矿开采技术及开采设备有了明显创新升级，但是在实际的煤炭开采作
业中，煤田测井仍然面对着一些难题，亟需借助测井方法优化改进，促进煤田测
井作业高效开展，基于此本文首先详细分析三侧向电阻率测井的工作原理，继而
探讨该项测井方法在煤田测井中的具体应用，希望对煤田测井作业有所助益。

关键词：三侧向测井；煤田测井；技术应用
引言
煤炭开采是一项具有高危特点的社会生产活动，提高生产效率和保证安全生
产是煤炭开采基本要求，开展科学高效的煤田测井作业，确保煤田测井成果准确
可靠性，可以为保证煤田开采效率和煤炭质量提高有效保障，但是由于我国煤矿
水文地质环境非常复杂，煤炭开采过程中极易出现一些问题，对煤田测井造成负
面影响，因此需要借助煤田测井方法优化改进，促进煤田测井作业高质量进行，
由此可见，积极开展煤田测井作业对于三侧向测井方法的应用研究意义重大。

一、三侧向电阻率测井原理
该方法利用了岩石对电流的导电性质以及电极间距离与电流路径的关系，通
过测量不同方向上的电阻率值，进而计算出岩石的相关物理参数。

在三侧向电阻
率测井中，屏蔽电极的作用是有效地减少了泥浆等环境因素对电流流动的干扰，
从而提高了测量的探测深度和精度。

具体来说，屏蔽电极与主电极之间相互绝缘，两屏蔽电极之间用导线相连。

当给屏蔽电极和主电极供同极性电流时，根据电学
原理，同极性电流会相斥，即会排除主电极的电流不能沿着井轴流动，而是垂直
于井轴流入地层。

这样可以使电流在地层中流动时呈现出较为均匀的分布状态，
从而更加准确地进行电阻率测量。

首先，三侧向电阻率公式为Ps=KU0/I0，其中电阻率K和电极系数U0为固定值，电流I0和电压U0会随岩石类型的变化而变化。

恒功率供电方式可以使探测
电流和电压随着地层性质的变化而变化。

与恒流供电方式相比，电流和电压的变
化更加灵敏地反映出地层的变化，提高了识别地层和解释地层结构的能力。

第二，获得三侧向电压曲线、三侧向电流曲线和三侧向电阻率曲线，特别是三侧向电流
曲线的变化非常好地反映了地层的变化。

当出现地层岩性突变或煤层垮塌时，三
侧向电流曲线会产生明显的变化，这使得三侧向电阻率技术具有很强的识别能力，可准确地识别出地层岩性的变化界面。

第三，三侧向电阻率技术不仅可以识别
出地层岩性的变化，还可以判断出地层厚度，特别是薄层的厚度。

通过三侧向电
流曲线，可以准确计算出薄层的厚度，这是其他地球物理方法难以做到的。

二、三侧向测井在煤田测井中的应用分析
杨柳矿井的北约10km有宿（州）永（城）公路，东约20km有合(肥)徐（州）高速宿州出口。

东距京沪铁路宿州站约26km（图1201），交通很便利。

矿井南
部以杨柳断层为界，与孙疃煤矿接壤；西北部以小陈家断层为界，与临涣煤矿毗邻；西侧为童亭煤矿。

地形、地貌：矿井位于淮北平原中部，区内地势平坦，地面标高25.98～
28.26m，一般27m左右。

矿区内有许多人工灌溉沟渠，近年来植树造林较多，尤
其在大小道路两旁，屋前宅后均已绿树成荫。

水文：矿内地表水有浍河和人工沟渠及塌陷区积水。

浍河从本矿西南部穿过，河水自西流向东。

浍河属淮河水系，为中小型季节性河流。

河水受大气降雨控制，每年7～9月份雨季，河水位迅速上涨，流量突增；10月至次年3月份为枯水季节，河水位较低，流量减少，干旱严重时甚至干枯断流。

濉溪县水务局2005年3
月8日提供工业场地附近浍河历史最高洪水位标高28.40m，矿井工业场地防洪以
标高28.40m作为设计计算水位，场地内主要建筑物如井口、提升机房、35kV变
电所、通风机房等均以29.20m作为防洪设计标高。

气候：淮北地区属季风暖温带半湿润气候，春秋季多东北风，夏季多东～东
南风，冬季多北～西北风。

平均风速为3米/秒，最大风速可达18米/秒。

平均
气温为14.4℃，最低气温（1988年12月16日）为-10.9℃，最高气温(1988年
7月8日)为40.3℃。

年平均降雨量为834mm，雨量多集中在七、八两个月。

无霜
期为208-220天，冻结期一般在十二月上旬至次年的2月中旬，冻结深度为0.20米。

2.1三侧向电极参数的选择
三侧向电阻率测井是一种通过测量地层的电阻率分布来识别和描述地层性质
和构造的方法。

在进行三侧向电阻率测井时，正确选择电极参数非常重要，下面
是一些要点：电极长度：电极长度应该足够长，以确保电流能够充分地通过测量
介质，同时避免因使用过短的电极而引起的误差。

电极间距：电极间距应根据测
井目的和地层条件来选择。

在测量低阻率地层时，应缩小电极间距，在高阻率地
层时可以适当增大电极间距。

电极形状：电极形状通常有圆柱形、扁平形和针状等。

选择合适的电极形状可以减小测量误差，并提高测量精度。

电极材料：电极
材料的选择也会影响到测量的精度和可靠性。

常用的电极材料包括金属和碳材料等。

具体选择应根据测量环境和要求来确定。

电极数量：电极数量的选择也要考
虑测量目的和地层条件，通常使用三个或四个电极进行测量。

在使用三个电极时，中央电极作为注入电极，外侧两个电极作为接收电极；在使用四个电极时，一对
电极用于注入电流，另一对电极用于接收电压。

总之，正确选择电极参数可以提
高三侧向电阻率测井的精度和可靠性，从而更好地揭示地层的电性特征和构造。

2.2低阻无烟煤层
三侧向电阻率测井在低阻无烟煤层的测井中可以发挥很大的作用，利用该技
术可以识别煤层和非煤层：由于低阻无烟煤层周围常常存在着含水层等非煤层，
三侧向电阻率测井可以通过测量不同介质的电阻率差异来识别煤层和非煤层，从
而确定煤层厚度和底界位置。

2.3井径扩大的煤层
井径扩大后，三侧向电阻率测井可以更准确地识别煤层和非煤层，从而确定
煤层的厚度和底界位置，提高了勘探和开发效率。

除此之外，因为增加了电极与
地层接触面积，使电流能够更充分地通过地层，从而提高了测量精度。

由于井径
扩大后测量范围变大，因此可以更准确地测定煤层的孔隙度和含水饱和度，为开采方案的制定提供参考。

三侧向电阻率测井可以通过测量不同方向的电阻率来揭示煤层的构造特征，如煤层褶皱、断层等。

这对于沉积环境和演化历史的研究具有重要意义。

最后三侧向电阻率测井可以更准确地识别煤层和非煤层，从而确定煤层的厚度和底界位置，提高了勘探和开发效率。

为煤层勘探、开发和管理提供了重要的技术支持。

三、解决问题及效果
根据测井结果可知如下图，由于煤层垮塌较严重，造成视电阻率极低，电阻率曲线几乎为一条直线，拐点难以确定，而三侧向电流曲线对该煤层反映较好，
界面清楚，煤层定性定厚可靠。

图1垮塌煤层
这说明在煤层垮塌严重、视电阻率极低的情况下，使用三侧向电流测井可以提高测量精度和解释能力，更能显示电性参数的意义。

三侧向电阻率测井对于结构复杂的煤系地层、垮塌严重的煤层、以及煤线多的地层具有明显的优势。

在这些情况下，使用三侧向电阻率测井方法可以更准确地识别不同岩性、划分不同层位，提高煤层勘探、开发和管理的效率和成功率。

综上所述，三侧向电阻率测井在煤层垮塌严重、结构复杂、岩性种类多等情况下具有优越性，是煤层勘探和开发中不可或缺的测井手段。

结束语：对于煤矿开采来说，煤田测井的极其重要又必不可少的作业环节，煤田测井水平与煤田测井方法应用，是影响煤田测井成果准确性的主要因素，有研究发现，科学性的利用三侧向电阻率测井方法，可以有效改善测井曲线测量以及绘制受影响问题，因此上文针对该种测井方法的工作原理及其在煤田测井作业中的应用进行了分析，供煤矿企业参考。