CN107227953B - 一种确定煤层煤体结构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种确定煤层煤体结构的方法，通过建立煤体结构判别因子和判别标准，为连续评价煤层煤体结构类型，对煤层射孔选层、渗透性的评价以及煤粉产出等问题提供了技术支持。其包括如下步骤：步骤(1)对煤心进行煤体结构判别；步骤(2)测量煤心对应段测井曲线并进行归一化处理；所述的测井曲线值包括井径CAL，原状地层电阻率Rt和自然伽马GR；步骤(3)根据步骤(2)中归一化处理后的测井曲线构建煤体结构因子Fcs；步骤(4)根据步骤(1)中对煤心进行煤体结构判别的结果，得到不同煤体结构煤层的煤体结构因子Fcs的划分标准；步骤(5)根据建立好的煤体结构判别因子和划分标准后，利用测井资料连续确定煤层煤体结构。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气储层评价领域，具体为一种确定煤层煤体结构的方法。
背景技术
不同结构煤体发育不同的裂隙系统，直接影响煤层渗透率、含气量以及煤粉产出等因素。同时一个井田或小范围区块内，煤储层经历的地质发展史近似，某一阶段储层所承受的温度、压力、应力接近，且井田或区块内部没有明显的边界，那么煤体变形取决于含煤岩系的岩体结构。岩体力学与岩石力学相比最大的差别是，将岩体作为一个整体讨论其力学性质，无论是完整岩体还是发育节理、裂隙的不完整岩体；而岩石力学仅仅考虑完整岩体的力学性质。
煤体结构与渗透率的对应关系可以通过实验含气条件下的力学实验揭示。力学实验的应力—应变曲线充分揭示了煤体变形的阶段性与渗透性之间的关系，如图1所示。
在应力-应变曲线上，煤体变形可划分为两个区、六个阶段。峰前区包括OA段(裂隙闭合阶段)、AB段(弹性阶段)、BC段(弹塑性阶段)和 CD段(塑性阶段)四个阶段；峰后区包括DE段(沿某破裂面破坏阶段)和 EF段(流变破坏阶段)两个阶段。
OA段(裂隙闭合阶段)：一般煤岩由于轴向压力作用，与轴向呈垂直或倾斜的裂隙受压闭合。其应力-应变曲线表现为轴向应变量较大，而应力相对较小，曲线呈下凹状。该阶段对应于原生结构煤，且处于高应力作用下，渗透率低，但可通过压裂强化增透。
AB段(弹性阶段)：煤岩样除产生弹性变形外，还表现为部分微裂隙摩擦滑动，开始不稳定扩展破裂，应力-应变读值不稳定跳跃，但应力-应变曲线大体呈线性比例关系。该阶段仍然对应于原生结构煤体，但由于裂隙的出现使得渗透率增大。此类煤体是最需要压裂强化，且强化效果最好的煤体。
BC段(弹塑性阶段)：扩容现象是岩石破裂前最重要的前兆，此时岩石的非弹性体积增长，岩样裂隙明显大量出现、扩展、转化联结、密集、新裂隙出现、体积膨胀、裂隙再扩展。这时应力-应变曲线明显偏离直线段，且跳跃变化较大。预示着岩石即将出现宏观断裂破坏。此阶段对应于碎裂煤体，是渗透率增大速率最大阶段，也是理想状态下压裂所能达到的最佳增透阶段。
CD段(塑性阶段)当扩容发展到一定程度时，岩石便开始产生宏观的断裂，并且这一断裂过程发生较迅速和突然。此阶段对应于碎裂煤体形成阶段，是渗透率达到极大值阶段。此类煤体本身渗透率就较大，压裂强化时滤失将较严重。
DE段(沿某破裂面破坏阶段)：被贯通裂隙分割后的煤沿贯通裂隙发生滑移，并有新的裂隙面继续扩展贯通。次阶段对应于碎裂煤晚期和碎粒煤早期形成阶段，由于裂隙的相互切截，造成渗透率越过极大值开始降低。
EF段(流变破坏阶段)：表现为裂隙面不断扩展，形成流变破坏。对应于糜棱煤阶段，渗透率急剧降低，且不可进行强化作业，是目前煤层气开发的禁区。
利用测井资料划分煤体结构类型，傅雪海等利用常规测井曲线主要采用图版或者聚类分析的方法直接进行煤体结构的判别。但是依然存在着至少以下几个方面的问题：(1)煤体结构划分标准不统一，不具备通用性；(2)划分的标准没有具体介绍，图版判别人为因素比较强；(3)缺乏对多种敏感曲线的进一步融合，和连续评价煤体结构的能力。
现有技术中，依据国家标准GB/T 30050-2013从瓦斯地质角度，煤体宏观和微观结构特征，把煤体结构划分为4种类型，即原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤，如表1所示。
表1煤体结构划分类型
根据煤田勘探、煤层气开发阶段的钻井、测井、测试资料和煤矿开采的揭露，查明含煤岩系的岩体结构，建立工区煤体结构标准，即可对煤岩体变形特征做出定量评价，为煤层气勘探开发部署和煤矿瓦斯灾害治理提供依据。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种确定煤层煤体结构的方法，通过建立煤体结构判别因子和判别标准，为连续评价煤层煤体结构类型，对煤层射孔选层、渗透性的评价以及煤粉产出等问题提供了技术支持。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种确定煤层煤体结构的方法，包括如下步骤：
步骤(1)对煤心进行煤体结构判别；
步骤(2)测量煤心对应段测井曲线并进行归一化处理；所述的测井曲线值包括井径CAL，原状地层电阻率Rt和自然伽马GR；
步骤(3)根据步骤(2)中归一化处理后的测井曲线构建煤体结构因子 Fcs；
步骤(4)根据步骤(1)中对煤心进行煤体结构判别的结果，得到不同煤体结构煤层的煤体结构因子Fcs的划分标准；
步骤(5)根据建立好的煤体结构判别因子和划分标准后，利用测井资料连续确定煤层煤体结构。
优选的，步骤(1)中对煤心按照《GB/T 30050-2013煤体结构分类》进行煤体结构判别。
进一步，步骤(2)中对测井曲线归一化处理方法如下：
其中，Δf为归一化后测井曲线值；f为测井曲线原始值；fmin为曲线最小值；fmax为曲线最大值。
优选的，所述步骤(2)中原状地层电阻率Rt曲线在归一化之前进行对数转化。
优选的，所述步骤(3)中煤体结构因子表达式如下：
其中，Fcs为煤体结构因子；ΔGR为归一化后的自然伽马曲线；ΔCAL 为归一化后的井径曲线；Δlog10(Rt)为归一化后的电阻率对数曲线。
优选的，所述步骤(4)中不同煤体结构煤层的煤体结构因子Fcs的划分标准获取方法如下：
步骤4.1假定3个煤体结构因子值CS1、CS2和CS3，其中 CS1<CS2<CS3；把煤体结构划分为四类，并分对应于《GB/T 30050-2013煤体结构分类》中的原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤与糜棱煤，以及对应的取心数量分别为m1，m2，m3和m4，具体如下表所示：
| 煤体结构 | 符号 | 标准区间 | 取心数量 |
| 原生结构煤 | MJ-Ⅰ | 0-CS1 | m<sub>1</sub> |
| 碎裂煤 | MJ-Ⅱ | CS1-CS2 | m<sub>2</sub> |
| 碎粒煤 | MJ-Ⅲ | CS2-CS3 | m<sub>3</sub> |
| 糜棱煤 | MJ-Ⅳ | >CS3 | m<sub>4</sub> |
步骤4.2，根据下式计算每个取心点对应的煤体结构因子；
并定义函数f(x)为
调整CS1，使
来确定CS1，其中i为原生结构煤，j为碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤；
调整CS2，使
来确定CS2，其中i为原生结构煤和碎裂煤，j为碎粒煤和糜棱煤；
调整CS3，使
来确定CS3，其中i为原生结构煤、碎裂煤和碎粒煤，j为糜棱煤；
步骤4.3，根据确定的煤体结构因子值CS1、CS2和CS3得到不同煤体结构煤层的煤体结构因子Fcs的划分标准。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种确定煤层煤体结构的方法，利用岩心和测井曲线构建煤体结构判别因子和标准，对煤层煤体结构进行判别；从而实现了在煤层气储层中，利用测井曲线判别煤层煤体结构的方法，能够准确、连续、可靠的判别煤层煤体结构，可以有效指导煤层射孔选层、渗透性的评价以及煤粉产出等，为目前我国大面积的煤层储层勘探开发评价提供技术支持。
附图说明
图1是现有技术中由力学实验揭示的煤体结构与渗透性的对应关系图。
图2是本发明实施例煤体结构因子判别效果图。
图3是本发明实施例提供的利用测井资料连续评价煤层煤体结构图。
图4是本发明所述的原生结构煤的煤心典型照片。
图5是本发明所述的碎裂煤的煤心典型照片。
图6是本发明所述的碎粒煤的煤心典型照片。
图7是本发明所述的糜棱煤的煤心典型照片。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种确定煤层煤体结构的方法，首先对煤心进行煤体结构判别，利用常规测井资料构建煤体结构因子，并结合取心分析结果确定煤体结构因子划分标准，最后利用测井资料连续判别煤层煤体结构。本发明实现了在煤层气储层中，利用常规测井资料构建煤体结构因子，并连续判别煤层煤体结构的方法。该方法定量判别煤层煤体结构，准确率高，基本满足现场勘探开发需求，为目前我国煤层气勘探开发提供可靠的依据。
本发明实施例提供了一种确定煤层煤体结构的方法，按照如下步骤进行操作：
步骤一、结合煤心照片和取心描述，按照《GB/T 30050-2013煤体结构分类》进行煤体结构判别，为后续煤体结构判别标准奠定基础；以如图4到 7的煤心典型照片示例作为比照；
步骤二、获取测量煤心对应段测井曲线，包括井径CAL，原状地层电阻率Rt，自然伽马GR等，对电阻率曲线取对数，并进行归一化处理，归一化处理方法如下：
Δf为归一化后测井曲线值；
f为测井曲线原始值；
fmin为曲线最小值；
fmax为曲线最大值。
本实施例中，CAL最大最小值分别取48cm和10cm，GR最大最小值分别取120API和10API，log10(RT)最大和最小值分别取4.3和1.7。
步骤三、利用归一化处理后的测井曲线构建煤体结构因子Fcs，煤体结构因子表达式如下：
ΔGR为归一化后的自然伽马曲线；
ΔCAL为归一化后的井径曲线；
△log10(Rt)为归一化后的电阻率对数曲线；
步骤四、根据煤心结果，得到不同煤体结构煤层Fcs区间标准，方法如下：
定义函数f(x)为
调整CS1，使
来确定CS1，其中i为原生结构煤，j为碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤；
调整CS2，使
来确定CS2，其中i为原生结构煤和碎裂煤，j为碎粒煤和糜棱煤；
调整CS3，使
来确定CS3，其中i为原生结构煤、碎裂煤和碎粒煤，j为糜棱煤。
本实施例，得到煤体结构因子判别标准为，CS1＝0.54，CS2＝0.77， CS3＝1.05。具体效果如图2所示，基本能够有效判别煤层煤体结构类型。
步骤五，在建立好煤体结构判别因子和划分标准后，利用测井资料连续确定煤层煤体结构，如图3所示。
本实施例具体数据如表2所示。
表2
本发明实施例提供的方法，通过对煤心数据结合标准进行煤心标定，然后对测井数据进行归一化处理，构建煤体结构因子，确定煤体结构因子划分标准，进而连续评价煤层煤体结构类型，整体效果良好，为煤层射孔选层、渗透性的评价以及煤粉产出等现场问题提供指导，为目前我国大面积的煤层储层勘探开发评价提供技术支持。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种确定煤层煤体结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)对煤心进行煤体结构判别；
步骤(2)测量煤心对应段测井曲线并进行归一化处理；所述的测井曲线值包括井径CAL，原状地层电阻率Rt和自然伽马GR；
步骤(3)根据步骤(2)中归一化处理后的测井曲线构建煤体结构因子Fcs；所述的煤体结构因子表达式如下：
其中，Fcs为煤体结构因子；ΔGR为归一化后的自然伽马曲线；ΔCAL为归一化后的井径曲线；Δlog10(Rt)为归一化后的电阻率对数曲线；
步骤(4)根据步骤(1)中对煤心进行煤体结构判别的结果，得到不同煤体结构煤层的煤体结构因子Fcs的划分标准；
步骤(5)根据建立好的煤体结构因子和划分标准，利用测井资料连续确定煤层煤体结构。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中对煤心按照《GB/T 30050-2013煤体结构分类》进行煤体结构判别。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中对测井曲线归一化处理方法如下：
其中，Δf为归一化后测井曲线值；f为测井曲线原始值；fmin为曲线最小值；fmax为曲线最大值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中原状地层电阻率Rt曲线在归一化之前进行对数转化。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中不同煤体结构煤层的煤体结构因子Fcs的划分标准获取方法如下：
步骤4.1假定3个煤体结构因子值CS1、CS2和CS3，其中CS1<CS2<CS3；把煤体结构划分为四类，并分对应于《GB/T 30050-2013煤体结构分类》中的原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤与糜棱煤，以及对应的取心数量分别为m1，m2，m3和m4，具体如下表所示：
步骤4.2，根据下式计算每个取心点对应的煤体结构因子；
并定义函数f(x)为
调整CS1，使
来确定CS1，其中i为原生结构煤，j为碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤；
调整CS2，使
来确定CS2，其中i为原生结构煤和碎裂煤，j为碎粒煤和糜棱煤；
调整CS3，使
来确定CS3，其中i为原生结构煤、碎裂煤和碎粒煤，j为糜棱煤；
步骤4.3，根据确定的煤体结构因子值CS1、CS2和CS3得到不同煤体结构煤层的煤体结构因子Fcs的划分标准。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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