一种确定煤岩工业组分物理参数的方法
【专利摘要】本发明提供了一种煤岩各工业组分（灰分、固定碳、挥发分）物理参数（密度、声波速度）的确定方法。其技术方案是通过测定煤岩各工业组分的相对含量以及煤岩的密度、声波速度。在大量样品的测试基础上，采用枚举法标定出灰分、固定碳、挥发分的密度和声波速度值。本发明为煤田和煤层气勘探开发过程中煤层测井解释提供了最基础的参数，为煤质、煤储层物性和煤层气含量的定量解释奠定了基础。
【专利说明】一种确定煤岩工业组分物理参数的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤田勘探和煤层气勘探开发领域，涉及一种确定煤岩工业组分物理参数的方法，具体为煤岩各工业组分(灰分、固定碳、挥发分)的密度和声波速度的确定方法。
【背景技术】
[0002]上世纪八十年代，随着煤田数字测井技术的发展，煤田地质测井及解释技术不断完善，对煤层厚度、煤质的评价日趋完善，基本可以满足煤矿开采的需要。但是随着近十多年国内外对煤层气开发的需求，对煤储层参数的解释精度要求越来越高，解释的指标数量也越来越多，原来为煤矿开采建立起来的解释系统和方法已经满足不了煤层气开发评价的需要。
[0003]砂岩储层通常可以划分成“双矿物”或“三矿物”物理模型，通过测定各矿物单元的电性参数，建立储层参数的数学模型。而目前国内外应用于煤层气井测井解释的方法基本上是沿用了砂岩储层的解释方法，即把煤储层看作由灰分、固定碳、挥发分、水分(孔隙中充满的水)四部分，即“三矿物”物理模型。根据各自对补偿密度、补偿声波速度的贡献，建立响应方程，求出煤岩工业组分含量、孔隙度以及含气量。这样就需要准确的灰分、固定碳、挥发分的密度和声波速度值。
[0004]煤岩中的三种工业组分(灰分、固定碳、挥发分)是以复杂的化合物的形式组合在一起的，不同于砂岩储层各组分是以物理混合的形式组合在一起的。煤岩工业组分中的挥发分是煤样在隔绝空气的条件下，加热到900±10°C温度下挥发掉的部分，用实验室方法根本不可能直接测定出挥发分的密度、声波速度等物理参数。灰分的声波速度直接测定也存在很大困难和误差，因为实验得到的灰分样本制作成测量声波速度的样品时就会改变其结构，影响测试结果。固定碳是根据水分、灰分、挥发分实验结果计算出来的。即常规的实验方法很难得到准确的灰分、固定碳和挥发分的密度参数和声波速度参数，因此，就影响了煤储层参数的测井解释。在这样的背景下，发明了煤岩各工业组分(灰分、固定碳、挥发分)的密度和声波速度确定方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种能够准确确定煤岩各工业组分(灰分、固定碳、挥发分)的密度和声波速度，进而为煤田勘探开发过程中开展煤层测井解释提供煤岩工业组分物理参数的确定方法。
[0006]本发明的核心内容是在大量样品的实验基础上，采用枚举法标定出灰分、固定碳、挥发分的密度和声波速度值，为建立准确的测井响应方程提供基础参数。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]通过矿井或钻井煤岩样品，分别测定煤岩样品各工业组分的相对含量、煤岩的密度、煤岩的声波速度，其中:煤岩样品不少于15个(当然，样品越多越准确)；利用公式(I) D=DAdVAd+DrcdVFC；d+DvdafVvdaf+DMadVMad，式中:D—干燥煤岩测试密度，g/cm3 ;DAd—灰分密度，g/cm3 ；VAd—灰分相对含量，小数；Drcd—固定碳密度，g/cm3 ;VFed—固定碳相对含量，小数；Dvdaf—挥发分密度，g/cm3 ;Vvdaf—挥发分相对含量，小数；DMad—水分(内在水)密度，g/cm3 ;VMad—水分相对含量，小数；把各煤岩样品测试的密度、灰分含量、挥发分含量、固定碳含量、水分含量参数分别带入公式(I)中，水的密度取1.0g/cm3,作为已知条件(煤岩密度测试时，为空气干燥煤样)；通过枚举法标定出灰分、固定碳、挥发分三种工业组分各自的密度；利用公式(2)T_TAdVAd+TFCdVFCd+TvdafV Vdaf+T]V[ad+w^Mad+w 式中:T一煤岩测试声波速度，m/s ；TAd一灰分声波速度，m/s ；TFCd一固定碳声波速度，m/s ；Tvdaf一挥发分声波速度，m/s ；TMad+w一水的声波速度，m/s ；VMad+w—内在水与孔隙水相对含量，小数；把各煤岩样品的测定参数分别带入公式(2)中，内在水和孔隙水的声波速度一样，取1500m/s，作为已知条件，二者合并为一项(煤岩声波速度实验时，孔隙中饱含水，此时工业组分的百分含量要与孔隙水和内在水一起重新换算，使之总和为100%);采用枚举法标定出煤岩中灰分、固定碳、挥发分三种工业组分各自的声波速度。
[0009]本发明的优点是:确定的煤岩各工业组分(灰分、固定碳、挥发分)的密度和声波速度精确度高，为煤田、煤层气勘探开发过程中煤层测井解释提供了最基础的参数，适应于不同煤阶的煤层物理性质研究和测井解释。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1.本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0011]本发明的技术方案是通过室内实验，按照中华人民共和国国家标准《煤的工业分析方法》(GB/T212-2008)、《煤和岩石物理力学性质测定方法》(GB/T23561-2009)和《岩石声波特性的实验室测定》(SY/T6351-1998)等标准提供的技术方法，分别测定煤岩各工业组分的相对含量，煤岩的密度、声波速度。在大量样品数据的测定基础上，然后采用枚举法标定出灰分、固定碳、挥发分的密度和声波速度。具体流程如附图1所示。
[0012]干燥煤岩样品的密度等于灰分、固定碳、挥发分和水分(内在水)各自百分比的贡献，即:
[0013]D-DAdVAd+DFCdVFCd+Dvdaf Vvdaf+DMad VMad(I)
[0014]式中:D—干燥煤岩测试密度，g/cm3 ;DAd—灰分密度，g/cm3 ;VAd—灰分相对含量，小数；Drcd—固定碳密度，g/cm3 ;VFed—固定碳相对含量，小数；Dvdaf—挥发分密度，g/cm3 ；Vvdaf—挥发分相对含量，小数；DMad—7jC分(内在水)密度，g/cm3 ；VMad一7jC分相对含量,小数；
[0015]煤岩样品的声波速度等于灰分、固定碳、挥发分、水分(内在水)和孔隙水各自百分比的贡献(声波速度实验时，孔隙中饱含了水，此时工业组分的百分含量要与孔隙水和内在水一起重新换算，使之总和为100%),即:
[0016]T-TAdVAd+TFCdVFCd+TvdafV Vdaf^^Mad+w^Mad+w (2)
[0017]式中:T一煤岩测试声波速度，m/s ；TAd一灰分声波速度，m/s ；TFCd一固定碳声波速度,m/s ；Tvdaf一挥发分声波速度,m/s ；TMad+w一水的声波速度,m/s ；VMad+w一内在水与孔隙水相对含量，小数；
[0018]虽然煤岩各工业组分的物理参数不能直接测试得到，但依据实验数据，采用枚举法间接计算煤岩工业组分物理参数的方法，实践证明结果能够满足煤储层参数解释的精度要求。
[0019]实施例:
[0020]下面以一个实例说明本发明的【具体实施方式】。
[0021]可以通过矿井或钻井岩心取得煤岩样品，分别测定煤岩各工业组分的相对含量，煤岩的密度、声波速度。实验结果如附表I。
[0022]把实验参数分别带入公式(I)中。水的密度取1.0g/cm3，作为已知条件，只标定其他三组分的密度。依据表I中的数据采用枚举法标定结果:灰分密度2.47g/cm3,固定碳密度1.39g/cm3，挥发分密度1.05g/cm3，所有样品的平均相对误差率2.0%，精度比较高。
[0023]同样方法，把实验参数分别带入公式(2)中。内在水和孔隙水的声波速度一样，取1500m/s，作为已知条件，二者合并为一项。采用枚举法表定其它三组分的声波速度。结果为:灰分的声波速度3480m/s，固定碳的声波速度2310m/s，挥发分的声波速度1770m/s，所有样品的平均相对误差率3.9%。
[0024]本发明提供的技术方法适应于不同煤阶的煤层物理性质研究和测井解释，计算的结果(附表2)可直接作为煤层解释的基本参数使用。
[0025]表I煤岩物理参数实验结果
[0026]
【权利要求】
1.一种确定煤岩工业组分物理参数的方法，其特征是:通过钻井岩心或矿井取样，取得煤岩样品，分别测定煤岩样品各工业组分的相对含量、煤岩的密度、煤岩的声波速度，其中:煤岩样品不少于15个；把实验得到的煤岩密度、灰分含量、挥发分含量、固定碳含量、水分含量代入到公式(I) D=DAdVAd+DrcdVTCd+DvdafVvdaf+DMadVMad，式中:D—干燥煤岩测试密度，g/cm3 ;DAd—灰分密度，g/cm3 ;VAd—灰分相对含量，小数；Drcd—固定碳密度，g/cm3 ;Vrcd—固定碳相对含量，小数；Dvdaf—挥发分密度，g/cm3 ;Vvdaf—挥发分相对含量，小数；DMad—水分(内在水)密度，g/cm3 ;VMad—水分相对含量，小数；水的密度取1.0g/cm3，作为已知条件；采用枚举法计算出煤岩中灰分、固定碳、挥发分三种工业组分各自的密度； 把实验得到的煤岩声波速度、灰分含量、挥发分含量、固定碳含量、水分含量代入公式(2)T=TAdVAd+TFCdVrcd+TvdafVvdaf+TMad+wVMad+w 式中:T一煤岩测试声波速度，m/s ;TAd—灰分声波速度,m/s ；TFCd一固定碳声波速度,m/s ；Tvdaf一挥发分声波速度,m/s ；TMad+w一水的声波速度,m/s ；VMad+w一内在水与孔隙水相对含量,小数；内在水和孔隙水的声波速度一样，取1500m/s,作为已知条件，二者合并为一项，采用枚举法计算出煤岩中灰分、固定碳、挥发分三种工业组分各自的声波速度。
【文档编号】E21B49/00GK103790581SQ201410019938
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】邵先杰 申请人:燕山大学