[發明專利]一種煤巖脆性指數的確定方法

有效

• 申請號: 201610682014.5
• 申請日: 2016-08-17
• 公開（公告）號: CN106054279B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 湯小燕
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01V11/00
• 分類號: G01V11/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 弋才富

技術領域

本發明屬于煤儲層壓裂施工方案設計過程中的工程測井評價技術，特別涉及一種煤巖脆性指數的確定方法。

背景技術

實際生產中，通過排水降壓解吸來開采煤層氣。為了快速排水降壓，幾乎絕大多數煤層氣公司都通過對煤儲層壓裂來實現。煤儲層的可壓裂性受制于煤巖脆性等諸多因素的影響。一般而言，脆性越大的煤儲層，可壓裂性越好，反之亦然。

現有的脆性指數確定方法，多針對的是石油天然氣領域的砂巖、碳酸鹽巖地層，比如泊松比、楊氏模量參數法和脆性礦物含量法等。煤巖與砂巖、碳酸鹽巖地層的地質特性截然不同，其礦物成分和力學性能差異較大，將常規石油天然氣領域中的脆性指數確定方法用于煤儲層顯然是不適用的。為此，名稱為“一種基于煤巖工業組分的脆性指數確定方法”的專利充分考慮了灰分、固定碳的脆性具有一定的差異，進而構建了基于煤巖工業組分的脆性指數計算模型，在實際生產中取得了一定的應用效果。然而，不同地區、不同地層的煤儲層，由于受地應力等影響，造成煤巖具有不同的煤體結構。不同煤體結構的煤巖，其泊松比、楊氏模量差異巨大，因此，其脆性指數變化范圍也非常大，而上述專利忽視了煤體結構對脆性指數的影響。此外，灰分、固定碳的泊松比、楊氏模量也不盡相同，而上述專利中的計算模型也并未考慮該因素。

從現有煤巖脆性指數確定方法來看，尚且沒有既考慮煤體結構對脆性指數的影響，又兼顧灰分、固定碳的泊松比和楊氏模量的差異性影響的方法，這給煤儲層壓裂施工方案設計帶來不便。

發明內容

為了克服上述現有方法的不足，本發明的目的在于提供一種煤巖脆性指數的確定方法，首次提出針對不同煤體結構的煤儲層，基于灰分、固定碳和泊松比、楊氏模量力學參數，探討泊松比、楊氏模量與灰分、固定碳含量間的內在定量關系，查明灰分和固定碳的泊松比、楊氏模量值，并通過詳細分析不同煤體結構的測井響應特征，建立煤體結構指數測井評價模型，進而構建考慮煤體結構影響的煤巖脆性指數計算模型，以此計算模型對煤巖的脆性指數進行計算，能夠有效地進行煤巖脆性指數計算，提高不同煤體結構地質情況下的煤巖脆性指數的計算精度，將為煤儲層壓裂施工方案設計提供技術支持。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種煤巖脆性指數的確定方法，包括以下步驟：

步驟一、概率統計法計算煤巖工業組分：利用實驗室分析化驗的灰分和固定碳含量及測井數據，對其煤巖心歸位的基礎上，進行灰分和固定碳含量的測井敏感性參數分析，得知補償密度與灰分含量、灰分含量與固定碳含量的敏感性最強，于是，構建煤巖的工業組分測井響應方程，具體如下：

V_a＝7.2501·ρ_b-0.5603(1)

V_f＝-6.6035·V_a+144.72(2)

式中：V_a、V_f分別是灰分、固定碳的含量，％；ρ_b是煤巖的密度值，g/cm³；

通過上述兩個方程建立的煤巖工業組分概率統計模型，即可求取煤巖中的灰分和固定碳含量；

步驟二、灰分、固定碳的泊松比、楊氏模量計算：依據步驟一計算的灰分和固定碳，并結合方程(3)、(4)計算的泊松比和楊氏模量，統計待計算井區的固定碳、灰分、泊松比和楊氏模量，以固定碳和灰分為自變量，泊松比和楊氏模量為因變量進行相關性分析，查明固定碳和灰分與泊松比和楊氏模量的內在定量關系，通過對實測資料擬合分析，得出式(5)～(8)所示方程：

泊松比：

楊氏模量：

式中：μ為煤巖的泊松比，無量綱；Δt、Δt_s分別為煤巖的縱波時差、橫波時差，μs/ft；E為煤巖的楊氏模量，10⁴MPa；

μ＝-0.004·V_a+0.5426(5)

E＝0.5209·V_a-3.8094(6)

μ＝0.0022·V_f+0.2743(7)