CN103674803B - 一种计算煤岩割理渗透率的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤层气勘探与开发技术领域，公开了一种计算煤岩割理渗透率的方法及系统。本发明提供的计算煤岩割理渗透率的方法及系统，通过对煤心样品进行核磁共振实验得到核磁共振T₂谱，再基于不同情况下的核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；接着基于不同情况下的割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c计算割理宽度d，最后通过公式计算得到割理渗透率k，实现了对煤岩割理渗透率的计算。

Description

一种计算煤岩割理渗透率的方法及系统

技术领域

本发明涉及煤层气勘探与开发技术领域，主要适用于计算煤岩割理渗透率的方法及系统。

背景技术

煤层气是非常规油气中十分重要的洁净能源，其资源量大，勘探程度低，发展潜力巨大。煤层气的勘探开发对于增加天然气的有效供给、提高煤炭及天然气资源的安全开发及综合利用、发展绿色经济等都具有十分重要的意义。在煤层气的勘探开发过程中，煤岩渗透率是煤层气勘探开发选区的重要指标之一。煤岩渗透率的好坏直接影响着煤层气储层压裂和排采制度的制定。

煤层的孔隙系统主要以煤层基质孔隙和割理孔隙为主，具有典型的双重孔隙的结构。其中，基质孔隙表面主要吸附煤层气，而割理孔隙主要存储水。在煤层气的排采过程中，水不断从割理孔隙中排出，煤储层压力降低，气体不断从煤颗粒表面解吸出来，进入割理孔隙进而采出。其中，割理孔隙是主要的渗流通道，由于基质渗透率相对割理渗透率可以忽略，因此割理渗透率可以直接代表煤岩渗透率。

但是目前，并没有比较好的方法对煤岩的割理渗透率进行测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种计算煤岩割理渗透率的方法及系统，它能够通过核磁共振T₂谱计算煤岩割理渗透率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种计算煤岩割理渗透率的方法，包括：

对煤心样品进行核磁共振实验，测量其核磁共振T₂谱；

基于所述核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；

其中，所述核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}具体分两种情况：

当割理孔隙有独立的谱峰时，所述割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}取割理孔隙谱峰与前一个谱峰之间的极小值点对应的横向弛豫时间；

当割理孔隙没有独立的谱峰时，所述割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}取割理孔隙谱峰与前一个谱峰之间的拐点对应的横向弛豫时间；

基于割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c计算割理宽度d；

其中，所述割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c具体分两种情况：

当割理孔隙有独立的谱峰时，所述横向弛豫时间T_2c取极大值点对应的横向弛豫时间；

当割理孔隙没有独立的谱峰时，所述横向弛豫时间T_2c取斜率绝对值最小值点对应的横向弛豫时间；

计算割理渗透率k；具体地，割理渗透率k的计算公式为

其中，a为转换系数，通过最小二乘法拟合得到。

进一步地，所述转换系数a的具体确定方法为：利用最小二乘法，使最小来得到；

其中，m为用于核磁共振实验的煤心样品个数，φ_ci为计算得到第i块煤心的核磁区间孔隙度，d_i为计算得到第i块煤心的割理宽度，K_i为实验测量得到第i块煤心的割理渗透率。

进一步地，所述核磁区间孔隙度φ_c的计算公式为：

${\mathrm{\φ}}_c={\∫}_{T_{2cutoff\_c}}^{T_{2\max }}\mathrm{\φ}\left(T_2\right);$

其中，T_2max为最大弛豫时间。

进一步地，所述计算割理宽度d包括：假设割理孔隙为圆柱形，则所述割理宽度d的计算公式为：

d＝2ρT_2c；

其中，ρ为煤表面弛豫率，取1.8×10^-6mm/ms。

本发明还提供了一种计算煤岩割理渗透率的系统，包括：

核磁共振谱测量模块，用于对煤心样品进行核磁共振实验，测量其核磁共振T₂谱；

核磁区间孔隙度计算模块，用于基于所述核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；

具体地，所述核磁区间孔隙度计算模块，包括：

第一割理孔隙的截止值获取单元，用于当割理孔隙有独立的谱峰时，取割理孔隙谱峰与前一个谱峰之间的极小值点对应的横向弛豫时间为所述割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}；

第二割理孔隙的截止值获取单元，用于当割理孔隙没有独立的谱峰时，取割理孔隙谱峰与前一个谱峰之间的拐点对应的横向弛豫时间为所述割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}；

核磁区间孔隙度获取单元，用于计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；

割理宽度计算模块，用于基于割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c计算割理宽度d；

具体地，所述割理宽度计算模块，包括：

第一横向弛豫时间获取单元，用于当割理孔隙有独立的谱峰时，取极大值点对应的横向弛豫时间为所述割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c；

第二横向弛豫时间获取单元，用于当割理孔隙没有独立的谱峰时，取斜率绝对值最小值点对应的横向弛豫时间为所述割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c；

割理宽度获取单元，用于计算割理宽度d；

割理渗透率计算模块，用于计算割理渗透率k；

具体地，所述割理渗透率计算模块，具体用于基于公式计算割理渗透率k；其中，割理渗透率k的计算公式为其中，a为转换系数，通过最小二乘法拟合得到。

进一步地，还包括：转换系数获取模块，用于获取转换系数a；具体地，所述转换系数获取模块，具体用于利用最小二乘法，使最小获取转换系数a；

其中，m为用于核磁共振实验的煤心样品个数，φ_ci为计算得到第i块煤心的核磁区间孔隙度，d_i为计算得到第i块煤心的割理宽度，K_i为实验测量得到第i块煤心的割理渗透率。

进一步地，所述核磁区间孔隙度获取单元，具体用于基于公式计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；其中，所述核磁区间孔隙度φ_c的计算公式为：

${\mathrm{\φ}}_c={\∫}_{T_{2cutoff\_c}}^{T_{2\max }}\mathrm{\φ}\left(T_2\right);$

其中，T_2max为最大弛豫时间。

进一步地，所述割理宽度获取单元，具体用于假设割理孔隙为圆柱形，基于公式计算割理宽度d；其中，所述割理宽度d的计算公式为：

d＝2ρT_2c；

其中，ρ为煤表面弛豫率，取1.8×10^-6mm/ms。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的计算煤岩割理渗透率的方法及系统，通过对煤心样品进行核磁共振实验得到核磁共振T₂谱，再基于不同情况下的核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；接着基于不同情况下的割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c计算割理宽度d，最后通过公式计算得到割理渗透率k，实现了对煤岩割理渗透率的计算。

附图说明

图1为本发明实施例提供的计算煤岩割理渗透率的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的计算煤岩割理渗透率的系统的结构框图；

图3为通过本发明实施例提供的计算煤岩割理渗透率的方法得到的一种煤心核磁共振T₂谱示意图；

图4为通过本发明实施例提供的计算煤岩割理渗透率的方法得到的另一种煤心核磁共振T₂谱示意图；

图5为通过本发明实施例提供的计算煤岩割理渗透率的方法得到的另一种煤心核磁共振T₂谱示意图；

图6为通过本发明实施例提供的计算煤岩割理渗透率的方法计算得到的割理渗透率与通过实验测量得到的割理渗透率的对比图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的计算煤岩割理渗透率的方法及系统的具体实施方式及工作原理进行详细说明。

参见图1，本发明实施例提供的计算煤岩割理渗透率的方法，包括：

步骤S110：对煤心样品进行核磁共振实验，测量其核磁共振T₂谱；

步骤S120：基于核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；

其中，核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}具体分两种情况：

当割理孔隙有独立的谱峰时，核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}取割理孔隙谱峰与前一个谱峰之间的极小值点对应的横向弛豫时间；

当割理孔隙没有独立的谱峰时，核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}取割理孔隙谱峰与前一个谱峰之间的拐点对应的横向弛豫时间；

核磁区间孔隙度φ_c的计算公式为：

${\mathrm{\φ}}_c={\∫}_{T_{2cutoff\_c}}^{T_{2\max }}\mathrm{\φ}\left(T_2\right);$

其中，T_2max为最大弛豫时间。

步骤S130：基于割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c计算割理宽度d；

其中，割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c具体分两种情况：

当割理孔隙有独立的谱峰时，横向弛豫时间T_2c取极大值点对应的横向弛豫时间；

当割理孔隙没有独立的谱峰时，横向弛豫时间T_2c取斜率绝对值最小值点对应的横向弛豫时间；

具体地，假设割理孔隙为圆柱形，则割理宽度d的计算公式为：

d＝2ρT_2c；

其中，ρ为煤表面弛豫率，取1.8×10^-6mm/ms。

步骤S140：计算割理渗透率k；具体地，割理渗透率k的计算公式为

其中，a为转换系数，通过最小二乘法拟合得到。

在本实施例中，转换系数a的具体确定方法为：利用最小二乘法，使最小来得到；

其中，m为用于核磁共振实验的煤心样品个数，φ_ci为计算得到第i块煤心的核磁区间孔隙度，d_i为计算得到第i块煤心的割理宽度，K_i为实验测量得到第i块煤心的割理渗透率。

再将拟合得到的转换系数a代入步骤S140的公式中，就可以实现通过核磁共振T₂谱计算煤岩割理渗透率。

参见图2，本发明实施例提供的计算煤岩割理渗透率的系统，包括：

核磁共振谱测量模块100，用于对煤心样品进行核磁共振实验，测量其核磁共振T₂谱；

核磁区间孔隙度计算模块200，用于基于核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；

具体地，核磁区间孔隙度计算模块200，包括：

第一割理孔隙的截止值获取单元210，用于当割理孔隙有独立的谱峰时，取割理孔隙谱峰与前一个谱峰之间的极小值点对应的横向弛豫时间为割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}；

第二割理孔隙的截止值获取单元220，用于当割理孔隙没有独立的谱峰时，取割理孔隙谱峰与前一个谱峰之间的拐点对应的横向弛豫时间为割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}；

核磁区间孔隙度获取单元230，用于计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；

在本实施例中，核磁区间孔隙度获取单元230，具体用于基于公式计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；其中，核磁区间孔隙度φ_c的计算公式为：

${\mathrm{\φ}}_c={\∫}_{T_{2cutoff\_c}}^{T_{2\max }}\mathrm{\φ}\left(T_2\right);$

其中，T_2max为最大弛豫时间。

割理宽度计算模块300，用于基于割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c计算割理宽度d；

具体地，割理宽度计算模块300，包括：

第一横向弛豫时间获取单元310，用于当割理孔隙有独立的谱峰时，取极大值点对应的横向弛豫时间为割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c；

第二横向弛豫时间获取单元320，用于当割理孔隙没有独立的谱峰时，取斜率绝对值最小值点对应的横向弛豫时间为割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c；

割理宽度获取单元330，用于计算割理宽度d；

在本实施例中，割理宽度获取单元330，具体用于假设割理孔隙为圆柱形，基于公式计算割理宽度d；其中，割理宽度d的计算公式为：

d＝2ρT_2c；

其中，ρ为煤表面弛豫率，取1.8×10^-6mm/ms。

割理渗透率计算模块400，用于计算割理渗透率k；

具体地，割理渗透率计算模块400，具体用于基于公式计算割理渗透率k；其中，割理渗透率k的计算公式为其中，a为转换系数，通过最小二乘法拟合得到。

转换系数获取模块500，用于获取转换系数a；具体地，转换系数获取模块500，具体用于利用最小二乘法，使最小获取转换系数a；

其中，m为用于核磁共振实验的煤心样品个数，φ_ci为计算得到第i块煤心的核磁区间孔隙度，d_i为计算得到第i块煤心的割理宽度，K_i为实验测量得到第i块煤心的割理渗透率。

再将拟合得到的转换系数a用于割理渗透率计算模块400的公式中，就可以实现通过核磁共振T₂谱计算煤岩割理渗透率。

实施例

(1)选取测量地区具有能够代表本地区特征的一系列煤心样品，进行核磁共振实验，得到煤样的核磁共振T₂谱；

由于煤易碎，获取难度大，因此本实施例选取8块煤心样品进行核磁共振实验，得到每块煤心样品的核磁共振T₂谱，得到的部分煤心样品的核磁共振T₂谱如图3、图4和图5所示。

(2)确定核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}，计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；

根据确定的核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}，通过公式计算煤样的核磁共振T₂谱割理孔隙度φ_c；

其中，T_2max为最大弛豫时间，φ_c为孔隙度；

(3)确定割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c，计算割理宽度d；

假设割理孔隙为圆柱形，则割理宽度d的计算公式为：

d＝2ρT_2c

其中，ρ为煤表面弛豫率，取1.8×10^-6mm/ms。

(4)计算煤样割理渗透率k，计算公式为：

$k=\frac{a\×{\mathrm{\φ}}_c\×d^2}{1-{\mathrm{\φ}}_c}$

其中，转换系数a＝8.442×10⁷。

表1 煤心实验及发明公式计算处理数据表

由表1可知，通过本发明实施例计算得到的割理渗透率与实验测量得到的结果基本一致，由此可知，本发明实施例的计算准确性高，可以作为一种煤心割理渗透率的获取方式。

此外，参见图6，利用本发明实施例提供的方法及系统计算得到的煤岩割理渗透率与实验室按照《岩心常规分析方法(SY/T5336-1996)》标准流程进行实验及计算得到的煤层渗透率趋于一致，并且在可接受的误差范围内，进一步证明了本发明实施例的割理渗透率的计算精度。

本发明实施例提供的计算煤岩割理渗透率的方法及系统，通过对煤心样品进行核磁共振实验得到核磁共振T₂谱，再基于不同情况下的核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；接着基于不同情况下的割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c计算割理宽度d，最后通过公式计算得到割理渗透率k，实现了对煤岩割理渗透率的计算。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种计算煤岩割理渗透率的方法，其特征在于，包括：

对煤心样品进行核磁共振实验，测量其核磁共振T₂谱；

基于所述核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；

其中，所述核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}具体分两种情况：

当割理孔隙有独立的谱峰时，所述割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}取割理孔隙谱峰与前一个谱峰之间的极小值点对应的横向弛豫时间；

当割理孔隙没有独立的谱峰时，所述割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}取割理孔隙谱峰与前一个谱峰之间的拐点对应的横向弛豫时间；

基于割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c计算割理宽度d；

其中，所述割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c具体分两种情况：

当割理孔隙有独立的谱峰时，所述横向弛豫时间T_2c取极大值点对应的横向弛豫时间；

当割理孔隙没有独立的谱峰时，所述横向弛豫时间T_2c取斜率绝对值最小值点对应的横向弛豫时间；

计算割理渗透率k；具体地，割理渗透率k的计算公式为

其中，a为转换系数，通过最小二乘法拟合得到。

2.如权利要求1所述的计算煤岩割理渗透率的方法，其特征在于，所述转换系数a的具体确定方法为：利用最小二乘法，使最小来得到；

其中，m为用于核磁共振实验的煤心样品个数，φ_ci为计算得到第i块煤心的核磁区间孔隙度，d_i为计算得到第i块煤心的割理宽度，K_i为实验测量得到第i块煤心的割理渗透率。

3.如权利要求1或2所述的计算煤岩割理渗透率的方法，其特征在于，所述核磁区间孔隙度φ_c的计算公式为：

${\mathrm{\φ}}_c={\∫}_{T_{2cutoff\_c}}^{T_{2\max }}\mathrm{\φ}\left(T_2\right);$

其中，T_2max为最大弛豫时间。

4.如权利要求1或2所述的计算煤岩割理渗透率的方法，其特征在于，所述计算割理宽度d包括：假设割理孔隙为圆柱形，则所述割理宽度d的计算公式为：

d＝2ρT_2c；

其中，ρ为煤表面弛豫率，取1.8×10^-6mm/ms。

5.如权利要求3所述的计算煤岩割理渗透率的方法，其特征在于，所述计算割理宽度d包括：假设割理孔隙为圆柱形，则所述割理宽度d的计算公式为：

d＝2ρT_2c；

其中，ρ为煤表面弛豫率，取1.8×10^-6mm/ms。

6.一种计算煤岩割理渗透率的系统，其特征在于，包括：

核磁共振谱测量模块，用于对煤心样品进行核磁共振实验，测量其核磁共振T₂谱；

核磁区间孔隙度计算模块，用于基于所述核磁共振T₂谱割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；

具体地，所述核磁区间孔隙度计算模块，包括：

第一割理孔隙的截止值获取单元，用于当割理孔隙有独立的谱峰时，取割理孔隙谱峰与前一个谱峰之间的极小值点对应的横向弛豫时间为所述割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}；

第二割理孔隙的截止值获取单元，用于当割理孔隙没有独立的谱峰时，取割理孔隙谱峰与前一个谱峰之间的拐点对应的横向弛豫时间为所述割理孔隙的截止值T_{2cutoff_c}；

核磁区间孔隙度获取单元，用于计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；

割理宽度计算模块，用于基于割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c计算割理宽度d；

具体地，所述割理宽度计算模块，包括：

第一横向弛豫时间获取单元，用于当割理孔隙有独立的谱峰时，取极大值点对应的横向弛豫时间为所述割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c；

第二横向弛豫时间获取单元，用于当割理孔隙没有独立的谱峰时，取斜率绝对值最小值点对应的横向弛豫时间为所述割理孔隙谱峰对应的横向弛豫时间T_2c；

割理宽度获取单元，用于计算割理宽度d；

割理渗透率计算模块，用于计算割理渗透率k；

具体地，所述割理渗透率计算模块，具体用于基于公式计算割理渗透率k；其中，割理渗透率k的计算公式为其中，a为转换系数，通过最小二乘法拟合得到。

7.如权利要求6所述的计算煤岩割理渗透率的系统，其特征在于，还包括：转换系数获取模块，用于获取转换系数a；具体地，所述转换系数获取模块，具体用于利用最小二乘法，使最小获取转换系数a；

其中，m为用于核磁共振实验的煤心样品个数，φ_ci为计算得到第i块煤心的核磁区间孔隙度，d_i为计算得到第i块煤心的割理宽度，K_i为实验测量得到第i块煤心的割理渗透率。

8.如权利要求6或7所述的计算煤岩割理渗透率的系统，其特征在于，所述核磁区间孔隙度获取单元，具体用于基于公式计算煤样的割理孔隙对应的核磁区间孔隙度φ_c；其中，所述核磁区间孔隙度φ_c的计算公式为：

${\mathrm{\φ}}_c={\∫}_{T_{2cutoff\_c}}^{T_{2\max }}\mathrm{\φ}\left(T_2\right);$

其中，T_2max为最大弛豫时间。

9.如权利要求6或7所述的计算煤岩割理渗透率的系统，其特征在于，所述割理宽度获取单元，具体用于假设割理孔隙为圆柱形，基于公式计算割理宽度d；其中，所述割理宽度d的计算公式为：

d＝2ρT_2c；

其中，ρ为煤表面弛豫率，取1.8×10^-6mm/ms。

10.如权利要求8所述的计算煤岩割理渗透率的系统，其特征在于，所述割理宽度获取单元，具体用于假设割理孔隙为圆柱形，基于公式计算割理宽度d；其中，所述割理宽度d的计算公式为：

d＝2ρT_2c；

其中，ρ为煤表面弛豫率，取1.8×10^-6mm/ms。