CN106501149B - 一种基于煤岩工业成分分析的孔隙度计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种计算煤岩孔隙度的方法。原则上所计算的孔隙度要求研究区具有煤质分析数据，包括煤的工业成份(灰分、挥发分、固定碳，含硫量)、煤岩视密度。其主要计算步骤为：获取煤样的体密度，获取煤样的工业成份数据(灰分、挥发分、固定碳，含硫量)，结合已有的有机质密度和矿物密度数据，通过本发明专利的计算公式进行孔隙度计算。利用本发明的孔隙度计算方法，可以简单、大量的计算煤岩孔隙度，对地震岩石物理的研究有很大帮助。
Description
所属领域
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。
发明内容
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，％；
WM＝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Wi和ρi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。
WM由Parr公式(1975年)给定
WM＝1.08Aad+0.55Sp，d (4)
式中
Aad＝灰分质量分量，％；
Sp,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，％；
Vad＝挥发分质量分数，％；
FCad＝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，％；
Vad＝挥发分质量分数，％；
Aad＝灰分质量分数，％；
FCad＝固定碳质量分数，％；
Sp,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Aad、固定碳质量分数FCad、黄铁矿硫质量分数Sp,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(Sp,d)。收集研究区内煤质分析报告，其中ρ体、Aad、Vad、FCad、Sp,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)。
Claims (5)
1.一种基于煤岩工业成分分析的孔隙度计算方法，包括四个步骤：(1)煤工业分析数据获取，(2)确定有机质密度，(3)计算矿物密度，(4)计算孔隙度；其特征是：(1)通过收集资料获取工区内煤工业分析数据，(2)通过已有文献确定有机质密度，(3)计算矿物密度，(4)根据所述有机质密度和所述矿物密度计算煤岩孔隙度；
步骤(4)中，通过公式(2)，计算获得煤岩孔隙度φ预测；
其中，φ预测是煤岩预测孔隙度值；
F矿是矿物占煤岩体积分量；
F有机质是煤岩有机质体积分量；
Vad是挥发分质量分数；
Aad是灰分质量分数；
FCad是固定碳质量分数；
Sp,d是煤岩中黄铁矿硫质量分数；
ρ体是煤岩体密度；
ρ矿是矿物平均密度；
ρ有机质是有机质密度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，(1)通过资料收集获取煤岩工业成分数据，(2)通过已有文献资料确定煤岩中有机质密度，(3)结合X-ray衍射结果，利用矿物密度计算矿物平均密度，(4)根据所述有机质密度和所述矿物平均密度计算孔隙度。
3.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，通过工区资料收集获取煤岩工业成分数据，为煤岩孔隙度计算提供5个输入参数，即空气干燥基灰分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Sp,d、ρ体。
4.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，通过已有测试成果获取有机质密度，为煤岩孔隙度计算提供一个输入参数ρ有机质。
5.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，利用X-ray射线衍射得到工区矿物含量，利用公式(1)计算矿物平均密度，为煤岩孔隙度计算提供一个输入参数ρ矿；其中Wi和ρi分别为岩石各组成矿物的质量分数和体密度。
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