基于测井资料计算煤岩工业组分含量的方法与流程

本发明涉及煤层气勘探开发中的测井评价技术，具体地指一种基于测井资料计算煤岩工业组分含量的方法。

背景技术：

煤岩工业组分包括固定碳、灰分、挥发分和水分，煤储层含气性与灰分含量密切相关。明确煤岩工业组分含量，有助于了解煤储层煤质特征、优选煤层气富集区块，可提高对工区煤和煤层气资源的综合利用率。

目前煤岩工业组分含量主要由对取心进行试验测定，存在如下问题：

①分析精度取决于煤心采取率，实际采取率低往往导致分析结果误差；

②取心煤样不是原始地下环境，煤粉污染对分析结果有很大影响；

③实验分析工作中成本过高且操作复杂。

测井资料分析工业组分具有简便、迅速、及时和经济等优越性。测井资料包含地层信息丰富且简单易得，可以弥补取心不足或丢失煤层的情况，可提高经济效益。开展利用测井资料计算工业组分含量的工作具有现实意义。

目前针对利用测井资料计算煤岩工业组分含量的研究不足。有学者利用工业组分的内在联系，分别建立煤心密度与灰分的线性关系及各工业组分间的线性关系，得出煤层四元工业组分的测井计算模型；有学者利用测井数据、岩心分析数据及生产数据等资料，应用相关数学方法及经验，并采用复合参数来建立煤层含气量及工业组分的测井预测模型；有学者基于测井资料与工业组分间的关系，采用回归分析法对沁水盆地南部煤层气勘探目标层进行了工业组分含量的计算；有学者采用神经网络和支持向量机算法基于测井资料对工业组分含量进行预测。这些测井解释方法精度不高，且方法可操作性不强。目前没有一个适用于各个地区的通用公式。

现有方法中尚未有一种基于测井参数简单直接准确计算煤岩工业组分含量的方法应用于现场。

技术实现要素：

本发明目的提供了一种基于测井资料计算煤岩工业组分含量的方法，该方法研究得到4条对工业组分敏感测井曲线gr、den、cnl、ac；该方法是基于测井资料多元回归计算灰分和水分含量的方法；该方法是灰分与固定碳含量极好的线性关系，利用此关系能有效简化解释模型。该方法解决了现有利用测井资料计算工业组分含量的不足，准确度不高，方法可操作性不强的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于测井资料计算煤岩工业组分含量的方法，包括以下步骤：

1)从测井响应机理研究出发，结合实验数据和实际资料统计，从9条常规测井曲线中优选得出反映煤岩工业组分的敏感测井参数；

2)测量4条敏感测井参数，并对其进行环境校正；

采用现有测井仪器测量目的层4条敏感测井曲线，读取所采煤样所在深度段测井值，并对其进行环境校正，得到4条敏感测井曲线的校正值；

3)建立煤岩工业组分含量的定量计算公式

步骤1)中优选了煤岩工业组分敏感测井参数，在此基础上进行煤岩工业组分与明测井参数的数理统计和数值模拟计算，建立计算工业组分的方程组。

依据工业组分体积模型：

fc+ad+vm+mad＝1(1)

结合大量数理统计及工业组分测井响应机理分析，为了减少计算量同时提高计算精度，四种工业组分中灰分和水分和测井多元回归关系最好，分别建立灰分和水分含量的测井计算公式如下：

ad＝6.3879+3.8879den+0.0691gr-0.0186ac+0.1141cnl(2)

mad＝-0.0301+0.9003den-0.0047gr-0.0002ac+0.0048cnl(3)

统计分析发现灰分与固定碳具有极好的相关性，得到灰分与固定碳关系式：

fc＝93.692-1.179ad(4)

由(1)、(2)、(3)、(4)最终可得：

vm＝1-ad-fc-mad(5)

上面各式中：ad为工业组分中灰分的百分含量，％；

fc为工业组分中固定碳的百分含量，％；

mad为工业组分中水分的百分含量，％；

vm为工业组分中挥发分的百分含量，％；

cnl为补偿中子测井值，％；

gr为自然伽马测井值，api；

ac为声波时差测井值，μs/m；

den为体积密度测井值，g/cm³；

4)测量待测井敏感测井参数，将校正后的测井值代入步骤3)中公式(2)(3)(4)(5)中，计算该待测井的四种工业组分含量。

进一步地，所述步骤1)中，所述4条敏感测井参数分别为体积密度den、声波时差ac、自然伽马gr和补偿中子cnl。

再进一步地，所述步骤2)中，所述4条敏感测井曲线资料环境校正方法是利用密度、自然伽马及电阻率测井曲线识别煤层的基础上，对比煤层段的钻头直径与井径测井曲线，判断煤层段受扩径等环境影响程度。依据实验室煤岩的实测密度、声波时差为约束条件，针对不同系列的测井仪器，优选相应的环境影响校正图版，将图版读值拟合成校正公式的基础上进行数值模拟计算机自动校正，将煤层密度、声波时差的测井值校正到真实标准。

本发明的有益效果在于：

①目前进行工业组分含量评价准确度较高的方法是直接取心进行实验，耗费较高、操作复杂、且煤岩存在取心率低和钻粉污染的问题，本发明所提供的方法所获取的测井资料丰富，沿井剖面具有高分辨率和连续性，包含地层信息丰富，仅用其中4条常规测井曲线即可实现工业组分含量的计算，公式简单，计算准确度高。

②本发明方法较原有通过四种工业组分直接与测井资料建立多元回归模型(四元方程组求解)，基于工业组分测井响应机理，简化为仅针对四种工业组分中与测井资料敏感性较好的灰分和水分建立回归模型(二元方程组求解)，减少计算量的同时也提高了求解的稳定性和精度。

③本发明的方法作为一种利用测井资料计算工业组分含量方法，在缺少岩心实验资料的情况下，可作为一种获取工业组分含量的有效补充方法。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的利用测井资料计算工业组分含量的操作流程示意图；

图2为本发明实施例所提供的煤岩工业组分体积模型示意图；

图3为本发明实施例所提供的灰分与固定碳含量相关性示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

以煤田的a煤井为例，基于测井资料的煤岩工业组分含量计算的方法，包括以下步骤：

1)获取a煤井中目标煤层gr、ac、den、cnl4种测井参数平均值，进行环境校正。

由测井仪器测得目标煤层工业组分4种敏感测井参数值，对其进行环境影响校正：利用密度、自然伽马及电阻率测井曲线识别煤层的基础上，对比煤层段的钻头直径与井径测井曲线，判断煤层段受扩径等环境影响程度，依据实验室煤岩的实测密度、声波时差为约束条件，针对不同系列的测井仪器，优选相应的环境影响校正图版，将图版读值拟合成校正公式的基础上进行数值模拟计算机自动校正，将煤层密度、声波时差测井值校正到真实标准，以保障用于煤体结构参量计算的测井资料真实可靠。

2)将经环境校正后的测井参数值代入(2)、(3)计算得灰分和水分含量。

ad＝6.3879+3.8879den+0.0691gr-0.0186ac+0.1141cnl(2)

mad＝-0.0301+0.9003den-0.0047gr-0.0002ac+0.0048cnl(3)

3)由灰分和固定碳含量线性关系代入灰分值计算固定碳含量。

如图3，实施例煤田：

fc＝93.692-1.179ad(4)

4)由煤岩工业组分体积模型计算得到挥发分含量；

由fc+ad+vm+mad＝1(1)

得挥发分：

vm＝100-ad-fc-mad(5)

由(2)、(3)、(4)计算结果，代入所得灰分、水分和固定碳值即可计算得到挥发分含量，解释结果见表2。

5)实验测得工业组分含量与测井解释结果对比验证准确率。表1a煤田3号煤层煤岩工业组分实验数据

表2a煤田3号煤层煤岩工业组分含量测井解释结果

将实验结果与测井解释结果进行对比分析，得到总的相对误差为5.38％，效果较好，可推广应用到现场。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。