一种基于煤岩工业成分分析的孔隙度计算方法与流程

本实用发明涉及一种基于煤岩工业成分分析的孔隙度计算方法。

技术背景

岩石物理学是架起孔隙介质的储层特性和地震特性之间的桥梁。在岩石物理分析中，根据储层特性建立精确的模型有助于提高正演的准确性，从而更好的模拟介质的地震特性以及提高反演解释的精度。储层特性中孔隙度、岩性、流体类型是建立岩石物理模型的基础，其中孔隙度是一个重要的参数。在以往的研究中，孔隙度通常采用压汞法和波尔法测定，不过这两种方法实验过程复杂，压汞法在测量过程中由于煤岩极软，容易破坏内部结构而造成结果偏差，波尔法在测量过程中由于煤本身具有吸附的性质，会造成结果偏大。

在煤炭领域，作为煤质关键指标的工业成分分析、体密度等数据则大量存在。在目前还未见到通过煤工业成分数据求取孔隙度的方法，这里建立一种快速计算煤岩孔隙的方法，利用工业成分获取孔隙度参数，即方便快捷又能提高岩石物理正演模拟的精度。

技术实现要素：

本技术方法主要目的是计算煤岩岩石中的孔隙度，利用研究区煤质分析成果报告获取的煤岩视密度、煤工业成份(灰分、挥发分、固定碳、硫含量)，通过本发明计算公式获得煤岩孔隙度。它给出了快速计算煤岩孔隙度的方法，具有简单、快速的特点。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案：

(1)煤工业分析数据获取：通过资料收集获或者实验测试的方式取研究区内煤工业分析数据。

(2)有机质密度：参考已有煤岩中的有机质密度参数。

(3)矿物密度计算：通过本发明中的公式计算矿物平均密度，其中需要用到的某种矿物质量分数可以根据X-ray或者电子探针分析获得，也可以根据研究区内已有的资料获得。

(4)孔隙度计算：通过本发明中的公式计算煤岩孔隙度。

优选地，所述煤岩孔隙度计算方法具体包括以下步骤：

(1)煤工业分析数据获取：收集研究区内已有的煤质分析报告，或者根据国标GB/T212-2008实验测试获取煤工业分析数据，为煤岩孔隙度的计算提供必要的参数：空气干燥基灰分(Aad)——灰分质量分数；空气干燥基挥发分(Vad)——挥发分质量分数、空气干燥基固定碳(FCad)——固定碳质量分数；黄铁矿硫含量(Sp,d)——黄铁矿硫质量分数。

(2)煤岩体密度：根据国标GB/T6949-2010煤的相对视密度测定方法确定，或者根据研究区内已有资料获得。

(3)有机质密度：参考已有煤岩中的有机质密度参数。

(4)矿物密度确定：通过X-ray分析或者电子探针，或者已有资料，获得研究区煤岩矿物质量含量数据，通过本发明中的公式计算矿物平均密度。

(5)孔隙度计算：输入上述步骤中得到的参数，通过本发明公式计算煤岩孔隙度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是孔隙度计算流程图

图2是煤岩组成模型

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明，但本发明并不限于此。

根据大量的岩石样品成分分析，岩石的组成主要包括矿物(碳酸盐岩矿物、粘土、石英、黄铁矿等)、孔隙流体(水、油或气)和有机质。根据组成成分，建立简单的岩石模型，如图2所示。

煤工业成分分析中的四大组分为水分、灰分、挥发分和固定碳。其中水分是吸附在煤孔隙表面的内在水，属于孔隙空间的一部分；灰分是是赋存于煤中的矿物质在815o±10℃条件下完全燃烧后所得残留物但并不完全等同于矿物，可以利用Parr校正公式进行校正从而表征矿物含量；挥发分是煤中有机质高温隔绝空气状态下热解的产物；固定碳是煤中有机质的主要部分。因此，利用工业成分分析中的灰分表征矿物含量，挥发分和固定碳表征有机质含量就可以计算出煤岩的孔隙度。

根据图2所示，孔隙度、矿物体积含量以及有机质含量应该满足如下关系：

其中：

Φ-孔隙度，％；

F_矿-全部矿物体积分量，％；

F_有机质-煤岩有机质体积分量，％；

根据如上公式，要确定煤岩孔隙度，关键是求取煤岩中矿物以及有机质的体积分量。下面分以下三个步骤实现煤岩孔隙度的计算。

①煤岩中矿物体积含量的确定：

式中

F_矿＝矿物占煤岩体积分量，％；

W_M＝煤中矿物占煤基质的质量分数，％；

ρ_矿＝全部矿物平均体密度，g/cm³；

ρ_体＝煤岩的体密度，g/cm³；

全部矿物平均密度ρ_矿，通过公式(3)计算：

其中W_i和ρ_i分别为岩石各组成矿物的质量分数和体密度。通过电子探针或者X-ray分析、或者已有资料，获得各种矿物含量数据。其中各种矿物密度值可以参考已有的测试成果，比如岩石物理手册。

W_M由Parr公式(1975年)给定

W_M＝1.08A_ad+0.55S_p,d (4)

式中

A_ad＝灰分质量分量，％；

S_p,d＝煤岩中黄铁矿硫质量分数，％；

②对于岩石的有机质，通过煤的工业成份分析，可以用挥发分与固定碳之和来代替。

式中

F_有机质＝有机质占煤体积分量，％；

V_ad＝挥发分质量分数，％；

FC_ad＝固定碳质量分数，％；

ρ_体＝煤岩体密度，g/cm³；

ρ_有机质＝有机质密度，g/cm³；

③煤岩孔隙度求取

式中

φ_预测＝煤岩预测孔隙度值，％；

V_ad＝挥发分质量分数，％；

A_ad＝灰分质量分数，％；

FC_ad＝固定碳质量分数，％；

S_p,d＝煤岩中黄铁矿硫质量分数，％；

ρ_体＝煤岩体密度，g/cm³；

ρ_有机质＝有机质密度，g/cm³；

公式(6)即为煤岩孔隙度的计算公式。从中可以看出，孔隙度Φ计算时的输入参数是矿物平均体密度ρ_矿、煤岩体密度ρ_体、挥发分质量分数、灰分质量分数V_ad、固定碳质量分数FC_ad、黄铁矿硫质量分数S_t,d。

实施例1：山西晋城赵庄矿煤岩孔隙度计算，于2016年7月15日进行。

利用公式(6)计算煤岩孔隙度需要的输入参数是体密度(ρ_体)、矿物平均密度(ρ_矿)、有机质平均密度(ρ_有机质)、空气干燥基灰分(Aad)、空气干燥基挥发分(Vad)、空气干燥基固定碳(FCad)、黄铁矿硫含量(S_p,d)。收集研究区内煤质分析报告，其中ρ_体、Aad、Vad、FCad、S_p,d可以直接从煤质分析报告中获取。通过查阅已有文献资料，得知有机质密度为1.37g/cc。通过X-ray衍射得到工区煤岩矿物含量为：粘土矿物占8.59％、石英占11.4％、长石占1.7％、黄铁矿为1％，根据此结果，由本专利公式(3)计算得到矿物密度ρm为2.7g/cc。根据本专利中的公式(6)计算获得研究区内煤岩孔隙度，结果如表1所示。

表1研究区煤岩孔隙度计算表

注：表中密度单位均为(g/cc)