[發明專利]一種確定煤層煤體結構的方法

有效

• 申請號: 201710557196.8
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107227953B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 黃科;萬金彬;熊先鉞;董彥喜;任龍;程道解;何羽飛;王偉;邢軍;趙建斌;胡燕婷;田揚;袁野;張麗娜
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油集團測井有限公司
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21C41/18;E21C41/28;G06Q50/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李宏德

本發明提供一種確定煤層煤體結構的方法，通過建立煤體結構判別因子和判別標準，為連續評價煤層煤體結構類型，對煤層射孔選層、滲透性的評價以及煤粉產出等問題提供了技術支持。其包括如下步驟：步驟(1)對煤心進行煤體結構判別；步驟(2)測量煤心對應段測井曲線并進行歸一化處理；所述的測井曲線值包括井徑CAL，原狀地層電阻率Rt和自然伽馬GR；步驟(3)根據步驟(2)中歸一化處理后的測井曲線構建煤體結構因子F_cs；步驟(4)根據步驟(1)中對煤心進行煤體結構判別的結果，得到不同煤體結構煤層的煤體結構因子F_cs的劃分標準；步驟(5)根據建立好的煤體結構判別因子和劃分標準后，利用測井資料連續確定煤層煤體結構。

技術領域

本發明涉及煤層氣儲層評價領域，具體為一種確定煤層煤體結構的方法。

背景技術

不同結構煤體發育不同的裂隙系統，直接影響煤層滲透率、含氣量以及煤粉產出等因素。同時一個井田或小范圍區塊內，煤儲層經歷的地質發展史近似，某一階段儲層所承受的溫度、壓力、應力接近，且井田或區塊內部沒有明顯的邊界，那么煤體變形取決于含煤巖系的巖體結構。巖體力學與巖石力學相比最大的差別是，將巖體作為一個整體討論其力學性質，無論是完整巖體還是發育節理、裂隙的不完整巖體；而巖石力學僅僅考慮完整巖體的力學性質。

煤體結構與滲透率的對應關系可以通過實驗含氣條件下的力學實驗揭示。力學實驗的應力—應變曲線充分揭示了煤體變形的階段性與滲透性之間的關系，如圖1所示。

在應力-應變曲線上，煤體變形可劃分為兩個區、六個階段。峰前區包括OA段(裂隙閉合階段)、AB段(彈性階段)、BC段(彈塑性階段)和 CD段(塑性階段)四個階段；峰后區包括DE段(沿某破裂面破壞階段)和 EF段(流變破壞階段)兩個階段。

OA段(裂隙閉合階段)：一般煤巖由于軸向壓力作用，與軸向呈垂直或傾斜的裂隙受壓閉合。其應力-應變曲線表現為軸向應變量較大，而應力相對較小，曲線呈下凹狀。該階段對應于原生結構煤，且處于高應力作用下，滲透率低，但可通過壓裂強化增透。

AB段(彈性階段)：煤巖樣除產生彈性變形外，還表現為部分微裂隙摩擦滑動，開始不穩定擴展破裂，應力-應變讀值不穩定跳躍，但應力-應變曲線大體呈線性比例關系。該階段仍然對應于原生結構煤體，但由于裂隙的出現使得滲透率增大。此類煤體是最需要壓裂強化，且強化效果最好的煤體。

BC段(彈塑性階段)：擴容現象是巖石破裂前最重要的前兆，此時巖石的非彈性體積增長，巖樣裂隙明顯大量出現、擴展、轉化聯結、密集、新裂隙出現、體積膨脹、裂隙再擴展。這時應力-應變曲線明顯偏離直線段，且跳躍變化較大。預示著巖石即將出現宏觀斷裂破壞。此階段對應于碎裂煤體，是滲透率增大速率最大階段，也是理想狀態下壓裂所能達到的最佳增透階段。

CD段(塑性階段)當擴容發展到一定程度時，巖石便開始產生宏觀的斷裂，并且這一斷裂過程發生較迅速和突然。此階段對應于碎裂煤體形成階段，是滲透率達到極大值階段。此類煤體本身滲透率就較大，壓裂強化時濾失將較嚴重。

DE段(沿某破裂面破壞階段)：被貫通裂隙分割后的煤沿貫通裂隙發生滑移，并有新的裂隙面繼續擴展貫通。次階段對應于碎裂煤晚期和碎粒煤早期形成階段，由于裂隙的相互切截，造成滲透率越過極大值開始降低。

EF段(流變破壞階段)：表現為裂隙面不斷擴展，形成流變破壞。對應于糜棱煤階段，滲透率急劇降低，且不可進行強化作業，是目前煤層氣開發的禁區。

利用測井資料劃分煤體結構類型，傅雪海等利用常規測井曲線主要采用圖版或者聚類分析的方法直接進行煤體結構的判別。但是依然存在著至少以下幾個方面的問題：(1)煤體結構劃分標準不統一，不具備通用性；(2)劃分的標準沒有具體介紹，圖版判別人為因素比較強；(3)缺乏對多種敏感曲線的進一步融合，和連續評價煤體結構的能力。