一种基于煤岩力学参数的煤体结构测井定量识别方法
【专利摘要】本发明提供一种基于煤岩力学参数的煤体结构测井定量识别方法，基于煤岩力学参数，充分利用完整性系数、破裂系数及稳定性系数与煤体结构间的内在关系，构建基于煤岩力学参数的煤体结构指数计算模型，进而对煤体结构指数进行计算，能够有效地利用测井资料进行煤体结构指数计算，将测井计算的煤岩力学参数与煤体结构有机结合在一起，所定量识别的煤体结构与煤岩心观察分析的煤体结构值基本一致，从而提高了煤体结构测井定量识别的精度大大提高，为煤层气储层压裂层位优选提供测井技术支持。
【专利说明】一种基于煤岩力学参数的煤体结构测井定量识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于煤层气勘探、排采开发中的测井评价技术，特别涉及一种基于煤岩力 学参数的煤体结构测井定量识别方法。
【背景技术】
[0002] 煤体结构对压裂效果具有重要影响。构造煤的发育程度是制约煤层气开发的关键 因素，构造煤既降低了煤层的渗透性，又不利于压裂施工等工艺措施。构造煤机械强度低、 煤体结构松散，不能脆性开裂，于是难以形成裂缝。压裂时形成缝壁的同时，这些崩离剥落 的大量煤粉会堵塞缝道，进而致使煤层的渗透性能得不到改善。因此，如何利用测井资料， 对其煤层气储层的煤体结构做出合理划分，不仅对煤层气储层品质的划分具有重要意义， 而且对压裂层位优选是十分必要的。
[0003] 由于煤岩性脆、易碎，机械强度低，钻井取心过程中极易受到破坏，取心收获率低， 而且取心成本昂贵，因此利用岩心识别煤体结构受到岩心完整程度和数量的限制。不容置 疑的是，测井资料非常丰富，蕴藏着识别煤体结构的重要煤岩物理信息。傅雪海、汤友谊等 学者利用电阻率、自然伽玛、密度、声波时差等测井资料，依据不同的煤体结构，具有不同的 测井响应特征这一思想，对煤体结构进行过识别研宄，并取得了一定的成果。
[0004] 煤岩在构造应力的作用下，煤体结构会从原生结构煤向碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤 转化，相应地，其煤岩的力学特性会发生变化。也就是说，不同的煤体结构，其煤岩的力学参 数也具有一定的差异性。利用测井资料，在计算煤岩力学参数的基础上，系统剖析不同煤体 结构与其力学参数间的内在关系，并构建煤体结构测井定量识别模型，并以此开展煤体结 构识别，无疑对煤层气勘探开发是十分必要的。
[0005] 从现有方法来看，尚且没有利用测井资料在计算煤岩力学参数的基础上，系统剖 析煤岩力学参数与煤体结构间的内在关系，并构建煤体结构识别方法，这给煤层气储层压 裂层位优选等带来不便。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服上述现有方法的不足，提供一种基于煤岩力学参数的煤体 结构测井定量识别方法，提高煤体结构测井定量识别精度的同时，为煤层气储层压裂层位 优选提供测井技术支持。
[0007] 为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
[0008] 一种基于煤岩力学参数的煤体结构测井定量识别方法，包括以下步骤：
[0009] 步骤一、测井资料环境影响校正：
[0010] 对测井资料环境影响进行校正，保证用于煤岩力学参数计算的测井资料真实可 罪；
[0011] 步骤二：计算煤岩的完整性系数Kv:
[0012] 完整性系数Kv值反映煤岩的完整性，Kv值越大，裂缝越不发育，煤体结构越完整； 反之，裂缝越发育，煤体结构越不完整；
[0013] 步骤三：计算煤岩的破裂系数Rf:
[0014] 煤岩的破裂程度与杨氏模量关系密切，煤岩越破裂，杨氏模量越小；对同一种煤岩 来说，煤岩骨架的杨氏模量是一常数，于是煤岩越破碎，杨氏模量计算的破裂系数越大；
[0015] 步骤四：计算煤岩的稳定性系数Rg:
[0016] 煤层发育裂缝时，密度测井将不同程度地降低，声波时差会增大，因此杨氏模量E 和切变模量G降低，进而致使煤岩的稳定性系数Rg下降；
[0017] 步骤五：确定煤岩的完整性系数1、破裂系数Rf及稳定性系数1与煤体结构内在 关系：
[0018] 以完整性系数和稳定性系数为横坐标，破裂系数为纵坐标，制作完整性系数?破 裂系数、稳定性系数?破裂系数交会图版；由该套图版可知，由原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤 和糜棱煤逐渐过渡，煤岩的完整性系数和稳定性系数减小，破裂系数逐渐增大；
[0019] 步骤六：构建煤体结构指数计算模型：
[0020] 构建公式（4)所示的煤体结构指数计算模型：
[0021]
【权利要求】
1. 一种基于煤岩力学参数的煤体结构测井定量识别方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤一、测井资料环境影响校正： 对测井资料环境影响进行校正，保证用于煤岩力学参数计算的测井资料真实可靠； 步骤二：计算煤岩的完整性系数Kv: 完整性系数Kv值反映煤岩的完整性，Kv值越大，裂缝越不发育，煤体结构越完整；反 之，裂缝越发育，煤体结构越不完整； 步骤三：计算煤岩的破裂系数Rf: 煤岩的破裂程度与杨氏模量关系密切，煤岩越破裂，杨氏模量越小；对同一种煤岩来 说，煤岩骨架的杨氏模量是一常数，于是煤岩越破碎，杨氏模量计算的破裂系数越大； 步骤四：计算煤岩的稳定性系数Rg: 煤层发育裂缝时，密度测井将不同程度地降低，声波时差会增大，因此杨氏模量E和切 变模量G降低，进而致使煤岩的稳定性系数Rg下降； 步骤五：确定煤岩的完整性系数Kv、破裂系数Rf及稳定性系数Rg与煤体结构内在关 系： 以完整性系数和稳定性系数为横坐标，破裂系数为纵坐标，制作完整性系数?破裂系 数、稳定性系数?破裂系数交会图版；由该套图版可知，由原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜 棱煤逐渐过渡，煤岩的完整性系数和稳定性系数减小，破裂系数逐渐增大； 步骤六：构建煤体结构指数计算模型： 构建公式（4)所示的煤体结构指数计算模型：
煤体结构指数1?越大，表明煤岩越趋近于碎裂煤和原生结构煤；煤体结构指数I?越 小，表明煤岩越趋近于碎粒煤和糜棱煤； 步骤七、识别煤体结构： 针对不同矿区的煤岩心，在对其分析描述煤体结构的基础上，将计算的完整性系数、破 裂系数及稳定性系数代入步骤六中的公式（4)，求得煤体结构指数Ies，并对其、值进行归 一化处理，统计分析原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤及糜棱煤的煤体结构指数1?值，便可得出 如下不同煤体结构的Ies值划分标准： Ics值大于〇. 7时为原生结构煤，Ics介于〇. 7至〇. 4之间为碎裂煤，Ics介于0. 4至0. 2 之间为碎粒煤，1?小于〇. 2为糜棱煤，依据此标准实现基于煤岩力学参数的煤体结构测井 定量识别。
2. 根据权利要求1所述的基于煤岩力学参数的煤体结构测井定量识别方法，其特征在 于：步骤一中采用图版法和迭代反演相结合的方法进行测井资料环境影响校正。
3. 根据权利要求1所述的基于煤岩力学参数的煤体结构测井定量识别方法，其特征在 于：步骤二中煤岩的完整性系数Kv用骨架的声波时差与煤岩的声波时差比值的平方用来 表征，如公式（1):
式中：KV为煤岩的完整性系数，无量纲；At"为煤岩骨架的声波时差，ys/ft;At为 煤岩的声波时差，ys/m。
4. 根据权利要求1所述的基于煤岩力学参数的煤体结构测井定量识别方法，其特征在 于：所述步骤三中破裂系数Rf采用纵、横波时差和密度测井资料计算的杨氏模量与煤岩骨 架的杨氏模量相比来表征，如公式（2):
式中：Rf为煤岩的破裂系数，无量纲；Ema为无裂缝煤岩的杨氏模量值，MPa;E为杨氏模 量，MPa;pb为煤岩的体积密度，g/cm3;Ats为煤岩的横波时差，ys/m;At为煤岩的声波 时差，Us/m。
5. 根据权利要求1所述的基于煤岩力学参数的煤体结构测井定量识别方法，其特征在 于：所述步骤四中煤岩的稳定性系数&采用体积模量与切变模量的积来求取，如公式（2):
式中：Rg为煤岩稳定性系数，无量纲；Kb为体积模量，MPa;G为切变模量，MPa;Pb为煤 岩的体积密度，g/cm3;Ats为煤岩的横波时差，ys/m;At为煤岩的声波时差，ys/m。
【文档编号】G01V1/40GK104483706SQ201410566684
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】汤小燕 申请人:西安科技大学