CN107389521A - 一种基于煤心实验由测井资料确定煤岩物性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于煤心实验由测井资料确定煤岩物性的方法，包括以下步骤：1)确定煤岩孔隙度随压力的变化规律；2)确定煤岩渗透率随压力的变化规律；3)依据煤岩孔隙度随压力的变化规律确定地层条件下的煤岩孔隙度；4)依据煤岩渗透率随压力的变化规律确定地层条件下的煤岩渗透率；5)统计地层条件下的煤岩孔隙度与测井量的关系，建立测井计算煤岩孔隙度模型；6)统计地层条件下的煤岩渗透率与测井量的关系，建立测井计算煤岩渗透率模型。利用本发明提供的由测井资料确定的煤层孔隙度、渗透率，有助于煤层气勘探开发中制定合理的井位部署、射孔层段、压裂以及排采方案。
Description
【技术领域】
本发明属于煤层气勘探开发领域，涉及一种基于煤心实验由测井资料确定煤岩物性的方法。
【背景技术】
当前所用的由测井资料计算煤层孔隙度的计算公式，一般包括两种：
一种是借用常规沉积岩(如砂岩)的体积模型，即：测井量＝(1-煤岩孔隙度)×煤岩骨架测井值+煤岩孔隙度×流体测井值；上述体积公式中还可将煤岩骨架细分为固定碳+挥发分及灰分，形成更精细的体积模型。
体积模型的物理基础是存在的，但计算结果可靠性很差，根本原因在于煤岩的煤质变化大而快，造成煤岩的测井骨架值是一个变量(而不像砂岩是固定值)，地下到地面变化大，地下在平面上变化也很大，且这一变量不好预测。
第二种方法是经验公式法，属于区域性模型，可靠性比第一种有所提高。但建立模型时所用的样本孔隙度一般都是煤心(破碎粉末状)地面分析得到的视孔隙度，主要原因是受煤岩易碎特性的影响，煤岩的实验室制样技术一直没能突破，造成得不到覆压条件下的煤岩孔隙度。由于煤岩的易压实性使得煤岩的地面视孔隙度与地层条件下(覆压条件下)孔隙度差别很大，致使这种方法的可靠性不能得到保证。基于同样的原因，煤岩的渗透率测井评价方法几乎空白。
【发明内容】
本发明的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种基于煤心实验由测井资料确定煤岩物性的方法，该方法是在煤岩制样(柱塞样)技术获得进展的前提下，利用煤样覆压物性实验结果，形成了由测井资料确定地下原装煤层孔隙度、渗透率的方法。本发明所提供的地下原状煤层孔隙度、渗透率两项参数是预测煤层渗流能力和煤层气产能的基础，可用于煤层气勘探开发方案(部井、开采层位、压裂规模、排采方案等)的制定，实现煤层气高效开发。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于煤心实验由测井资料确定煤岩物性的方法，包括以下步骤：
1)确定煤岩孔隙度随压力变化规律；
2)确定煤岩渗透率随压力变化规律；
3)依据煤岩孔隙度随压力的变化规律确定地层条件下的煤岩孔隙度；
4)依据煤岩孔隙度随压力的变化规律确定地层条件下的煤岩渗透率；
5)统计地层条件下的的煤岩孔隙度与测井量的关系、建立测井计算煤岩孔隙度模型；
6)统计地层条件下的的煤岩渗透率与测井量的关系、建立测井计算煤岩渗透率模型。
本发明进一步的改进在于：
步骤1)中，确定煤岩孔隙度随压力变化规律的具体方法如下：
将煤心岩样加围压，从3.5MPa-11MPa共6个压力点，再将常温常压下的物性分析数据引入，分析7个围压下孔隙度的变化；统计多块岩心各点围压与孔隙度及对应的常压孔隙度，建立煤岩孔隙度随围压的变化规律；研究区域17块煤岩所建立的数学模型为：
PHI＝ln(PHI0)+a×P+b (1)
上式中，PHI为覆压孔隙度，％；PHI0为常温压孔隙度，％；P为围压，MPa；a、b为系数。
步骤2)中，确定煤岩渗透率随压力变化规律具体方法如下：
统计多块岩心各点围压与渗透率及对应的常压渗透率，建立煤岩渗透率随围压的变化规律；研究区域17块煤岩建立的数学模型为：
ln(K)＝ln(K0)+a×P (2)
上式中，K为覆压渗透率，10-3μm2；K0为常温压渗透率，10-3μm2；P为围压，MPa；a为系数。
步骤3)中，依据煤岩孔隙度随压力的变化规律确定地层条件下的煤岩孔隙度的具体方法如下：
3-1)依据煤岩样品深度DEP确定所对应的地层压力P；
研究区域建立的数学模型为：
P＝a×DEP+b (3)
上式中，DEP为煤层埋深，a、b为系数
3-2)结合常温压实验孔隙度PHI0和(3)式得到的地层压力P，由公式(1)得到实验样品地层条件下的孔隙度PHI。
步骤4)中，依据煤岩孔隙度随压力的变化规律确定地层条件下的煤岩渗透率的具体方法如下：
4-1)依据煤岩样品深度DEP确定所对应的地层压力P；
数学模型与上述步骤3)中(3)式相同；
4-2)结合常温压实验渗透率K0和(3)式得到的地层压力P，由公式(2)得到实验样品地层条件下的孔隙度K。
步骤5)中，统计地层条件下的的煤岩孔隙度与测井量的关系、建立测井计算煤岩孔隙度模型的具体方法如下：
5-1)由实验煤样所在井的测井资料读取每个煤样对应的测井量；
5-2)地层条件下的的煤岩孔隙度PHI与各个测井量的相关性，选取相关性好的测井量，建立由测井资料计算煤岩孔隙度PHI的模型；研究区域建立的数学模型为：
PHI＝A0+A1×(ln(RD))+A2×(ln(RS))+A3×DEN
上式中，RD、RS为深、浅电阻率，由测井资料得到；DEN为地层密度，由测井测量；A0、A1、A2、A3为区域系数。
步骤6)中，统计地层条件下的的煤岩渗透率与测井量的关系、建立测井计算煤岩渗透率模型的具体方法如下：
5-1)由实验煤样所在井的测井资料读取每个煤样对应的测井量；
5-2)地层条件下的的煤岩渗透率K与各个测井量的相关性，选取相关性好的测井量，建立由测井资料计算煤岩渗透率K的模型；研究区域建立的数学模型为：
K＝A0+A1×RCY+A2×WX
上式中，RCY：电阻率差异指数，由测井资料得到；WX：物性指数，与测井纵波时差和体积密度有关；A0、A1、A2为区域系数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明是在煤岩柱塞样制样技术获得进展的前提下，开展了煤岩覆压物性实验，取得了模拟地层条件下的煤岩实验孔隙度、渗透率，为标定由测井资料确定煤层孔隙度、渗透率奠定了基础。相对于现有的体积模型和经验公式评价煤岩物性的方法，本发明所提供的经实验标定的、由测井资料确定的煤层孔隙度、渗透率的方法，有标准、有基础，计算结果更接近于地下原状煤层的开心的和渗透率，精度和可靠性明显提高。利用本发明提供的由测井资料确定的煤层孔隙度、渗透率，有助于煤层气勘探开发中制定合理的井位、射孔层段、压裂以及排采方案。
【附图说明】
图1是不同煤心孔隙度随围压的变化图；
图2是煤心不同压力下计算孔隙度与实验孔隙度的关系图；
图3是不同煤心渗透率随围压、常压渗透率的二元自变量函数图；
图4是煤心计算渗透率与实验渗透率的关系图；
图5是测井资料计算的地层条件下煤岩孔隙度与实验孔隙度的关系图；
图6是测井资料计算的地层条件下煤岩渗透率与实验渗透率的关系图；
图7是CZ区块测井计算的煤岩孔隙度与排采日产气量的关系图；
图8是CZ区块测井计算的煤岩渗透率与排采日产气量的关系图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1-6，本发明基于煤心实验由测井资料确定煤岩物性的方法，包括以下步骤：
1)确定煤岩孔隙度随压力变化规律的方法为：
将煤心岩样加围压，从3.5MPa-11MPa共6个压力点，再将常温常压(0.1MPa)下的物性分析数据引入，分析7个围压下孔隙度的变化。每块岩心围压孔隙度分析表明，煤岩随围压P增大，孔隙度PHI明显减小，减小规律呈幂函数或直线关系。统计多块岩心各点围压与孔隙度及对应的常压孔隙度，建立煤岩孔隙度随围压的变化规律。研究区域17块煤岩所建立的数学模型为：
PHI＝ln(PHI0)+a×P+b (1)
上式中，PHI为覆压孔隙度，％；PHI0为常温压孔隙度，％；P为围压，MPa；a、b为系数。
2)确定煤岩渗透率随压力变化规律的具体方法为：
每块岩心围压渗透率分析表明，煤岩随围压P增大，渗透率K明显减小，且每块岩心都呈幂函数降低规律，但关系式不同。统计多块岩心各点围压与渗透率及对应的常压渗透率，建立煤岩渗透率随围压的变化规律。研究区域17块煤岩建立的数学模型为：
ln(K)＝ln(K0)+a×P (2)
上式中，K为覆压渗透率，10-3μm2；K0为常温压渗透率，10-3μm2；P为围压，MPa；a为系数。
3)依据煤岩孔隙度随压力的变化规律确定地层条件下的煤岩孔隙度的具体方法为：
①依据煤岩样品深度DEP确定所对应的地层压力P。
研究区域建立的数学模型为：
P＝a×DEP+b (3)
上式中，DEP为煤层埋深，a、b为系数
②结合常温压实验孔隙度PHI0和(3)式得到的地层压力P，由公式(1)得到实验样品地层条件下的孔隙度PHI。
4)依据煤岩孔隙度随压力的变化规律确定地层条件下的煤岩渗透率的具体方法为：
①依据煤岩样品深度DEP确定所对应的地层压力P。
数学模型与上述步骤3)中(3)式相同；
②结合常温压实验渗透率K0和(3)式得到的地层压力P，由公式(2)得到实验样品地层条件下的孔隙度K。
5)统计地层条件下的的煤岩孔隙度与测井量的关系、建立测井计算煤岩孔隙度模型的具体方法为：
①由实验煤样所在井的测井资料读取每个煤样对应的测井量。
②地层条件下的的煤岩孔隙度PHI与各个测井量的相关性，选取相关性好的测井量，建立由测井资料计算煤岩孔隙度PHI的模型。研究区域建立的数学模型为：
PHI＝A0+A1×(ln(RD))+A2×(ln(RS))+A3×DEN
上式中，RD、RS为深、浅电阻率，由测井资料得到；DEN为地层密度，由测井测量；A0、A1、A2、A3为区域系数。
6)统计地层条件下的的煤岩渗透率与测井量的关系、建立测井计算煤岩渗透率模型的具体方法为：
①由实验煤样所在井的测井资料读取每个煤样对应的测井量。
②地层条件下的的煤岩渗透率K与各个测井量的相关性，选取相关性好的测井量，建立由测井资料计算煤岩渗透率K的模型。研究区域建立的数学模型为：
K＝A0+A1×RCY+A2×WX
上式中，RCY：电阻率差异指数，由测井资料得到；WX：物性指数，与测井纵波时差和体积密度有关；A0、A1、A2为区域系数。
实施例
本发明以山西煤层气田Z区块为例，提供了由测井资料确定煤岩物性的方法,应包括步骤1-6。
步骤1：从研究区域的煤层钻井取心中制作直径1.5英寸的煤岩柱塞样，分别进行常压和覆压条件下的物性实验，常压实验24块，覆压实验17块。覆压孔渗测试条件：围压3.5、4、6、8、10、11MPa，共6个围压下孔渗测量。
图1展示的是不同煤心孔隙度随围压的变化。
分析1个常压、6个围压共7个压力下每块煤心孔隙度的变化。每块岩心围压孔隙度分析表明，煤岩随围压P增大，孔隙度PHI明显减小，减小规律呈幂函数或直线关系。统计多块岩心各点围压与孔隙度及对应的常压孔隙度，建立煤岩孔隙度随围压的变化规律。研究区域17块煤岩所建立的数学模型为：
PHIc＝ln(PHI0)-0.030916×P-0.117626 (1)
相关系数0.8699
上式中，PHI为覆压孔隙度，％；PHI0为常温压孔隙度，％；P为围压，MPa。
图2是17块煤心应用公式(1)得到的不同压力下孔隙度PHIc与实验得到的不同压力下孔隙度PHI的关系图。可以看出二者的一致性较好，但在低孔隙区域差异增加，为此将(1)式得到的孔隙度再进行一次校正，由下式：
PHI＝-0.0616×PHIc2+1.8432×PHIc-2.5207
相关系数R＝0.9423
步骤2：确定煤岩渗透率随压力变化规律的具体方法为：
做常压、围压3.5、4、6、8、10、11MPa，共7个压力下的孔渗测量。
图3展示的是不同煤心渗透率随围压、常压渗透率的二元自变量函数图。
分析1个常压、6个围压共7个压力下每块煤心渗透率的变化。每块岩心围压渗透率分析表明，煤岩随围压P增大，渗透率K明显减小，且每块岩心都呈幂函数降低规律，但关系式不同。统计多块岩心各点围压与渗透率及对应的常压渗透率，建立煤岩渗透率随围压的变化规律。研究区域17块煤岩建立的数学模型为：
K＝K0×e^(-0.409583×P) (2)
相关系数为R＝0.9782
上式中，K为覆压渗透率，10-3μm2；K0为常温压渗透率，10-3μm2；P为围压，MPa。
图4是17块煤心应用公式(2)得到的不同压力下渗透率K与实验得到的不同压力下渗透率的关系图。可以看出二者一致性非常好，明显好于不同压力下的计算孔隙度PHIc与实验得到的不同压力下孔隙度PHI的关系。
渗透率的围压实验分析证明，煤岩渗透率随压力呈很好的指数规律变化。
步骤3依据煤岩孔隙度随压力的变化规律确定地层条件下的煤岩孔隙度的具体方法为：
①依据煤岩样品深度DEP确定所对应的地层压力P。
分析研究区域的压力测试资料，发现地层压力与埋深存在较好的关系。统计分析得到的地层压力预测模型为：
P＝0.0093×DEP-0.5546 (3)
相关系数R＝0.9081
上式中，DEP为煤层埋深
②结合常温压实验孔隙度PHI0和(3)式得到的地层压力P，由公式(1)得到实验样品地层条件下的孔隙度PHI。
步骤4依据煤岩孔隙度随压力的变化规律确定地层条件下的煤岩渗透率的具体方法为：
①依据煤岩样品深度DEP确定所对应的地层压力P。
数学模型与上述步骤3)中(3)式相同
②结合常温压实验渗透率K0和(3)式得到的地层压力P，由公式(2)得到实验样品地层条件下的孔隙度K。
步骤5统计地层条件下的的煤岩孔隙度与测井量的关系、建立测井计算煤岩孔隙度模型的具体方法为：
①由实验煤样所在井的测井资料读取每个煤样对应的测井量。如下表。
②地层条件下的的煤岩孔隙度PHI与各个测井量的相关性，选取相关性好的测井量，建立由测井资料计算煤岩孔隙度PHI的模型。研究区域建立的数学模型为：
PHI＝A0+A1×(ln(RD))+A2×(ln(RS))+A3×DEN (4)
上式中，RD、RS为深、浅电阻率，由测井资料得到；DEN为地层密度，由测井测量；A0、A1、A2、A3为区域系数。A0＝4.520050，A1＝-2.700259，A2＝0.194074，A3＝14.933733。
图5是利用(4)式由测井资料计算的孔隙度与由实验得到的煤岩地层条件下孔隙度的关系图。
步骤6统计地层条件下的的煤岩渗透率与测井量的关系、建立测井计算煤岩渗透率模型的具体方法为：
①由实验煤样所在井的测井资料读取每个煤样对应的测井量。
②地层条件下的的煤岩渗透率K与各个测井量的相关性，选取相关性好的测井量，建立由测井资料计算煤岩渗透率K的模型。研究区域建立的数学模型为：
K＝A0+A1×RCY+A2×WX (5)
上式中，RCY：电阻率差异指数，由测井资料得到；WX：物性指数，与测井纵波时差和体积密度有关；A0、A1、A2为区域系数。A0＝1.311069，A1＝-0.000833，A2＝-0.046964。
图6是利用(5)式由测井资料计算的渗透率与由实验得到的煤岩地层条件下渗透率的关系图。
发明中所提供的方法已经在沁水盆地南部煤层气田应用，为煤层气开发提供了可靠的信息。
图7是CZ区块测井计算的煤岩孔隙度与排采日产气量的关系。从图中可以看出，煤岩孔隙度与日产气量关系较好。计算的煤岩孔隙度以微孔隙为主，包含了少部分可动孔隙，而微孔隙是煤层气吸附的主要空间。由此证实，煤岩孔隙度与煤层的含气量以及煤层的产气量密切相关。
图8是CZ区块测井计算的煤岩渗透率与排采日产气量的关系。从图中可以看出计算的煤岩渗透率与日产气量的规律不明显，但有产气量随渗透率增加的趋势。分析认为，煤层排采都经过了压力改造，压裂后的渗透率受原装煤层渗透率和压裂效果的的影响，可能是造成计算的煤岩渗透率与日产气量的规律不明显重要原因。
本发明所提供的公式在不同地区会有所调整，公式中的系数依据不同地区而定。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于煤心实验由测井资料确定煤岩物性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定煤岩孔隙度随压力变化规律；
2)确定煤岩渗透率随压力变化规律；
3)依据煤岩孔隙度随压力的变化规律确定地层条件下的煤岩孔隙度；
4)依据煤岩孔隙度随压力的变化规律确定地层条件下的煤岩渗透率；
5)统计地层条件下的的煤岩孔隙度与测井量的关系、建立测井计算煤岩孔隙度模型；
6)统计地层条件下的的煤岩渗透率与测井量的关系、建立测井计算煤岩渗透率模型。
2.根据权利要求1所述的基于煤心实验由测井资料确定煤岩物性的方法，其特征在于，步骤1)中，确定煤岩孔隙度随压力变化规律的具体方法如下：
将煤心岩样加围压，从3.5MPa-11MPa共6个压力点，再将常温常压下的物性分析数据引入，分析7个围压下孔隙度的变化；统计多块岩心各点围压与孔隙度及对应的常压孔隙度，建立煤岩孔隙度随围压的变化规律；研究区域17块煤岩所建立的数学模型为：
PHI＝ln(PHI0)+a×P+b (1)
上式中，PHI为覆压孔隙度，％；PHI0为常温压孔隙度，％；P为围压，MPa；a、b为系数。
3.根据权利要求1所述的基于煤心实验由测井资料确定煤岩物性的方法，其特征在于，步骤2)中，确定煤岩渗透率随压力变化规律具体方法如下：
统计多块岩心各点围压与渗透率及对应的常压渗透率，建立煤岩渗透率随围压的变化规律；研究区域17块煤岩建立的数学模型为：
ln(K)＝ln(K0)+a×P (2)
上式中，K为覆压渗透率，10-3μm2；K0为常温压渗透率，10-3μm2；P为围压，MPa；a为系数。
4.根据权利要求1所述的基于煤心实验由测井资料确定煤岩物性的方法，其特征在于，步骤3)中，依据煤岩孔隙度随压力的变化规律确定地层条件下的煤岩孔隙度的具体方法如下：
3-1)依据煤岩样品深度DEP确定所对应的地层压力P；
研究区域建立的数学模型为：
P＝a×DEP+b (3)
上式中，DEP为煤层埋深，a、b为系数
3-2)结合常温压实验孔隙度PHI0和(3)式得到的地层压力P，由公式(1)得到实验样品地层条件下的孔隙度PHI。
5.根据权利要求1所述的基于煤心实验由测井资料确定煤岩物性的方法，其特征在于，步骤4)中，依据煤岩孔隙度随压力的变化规律确定地层条件下的煤岩渗透率的具体方法如下：
4-1)依据煤岩样品深度DEP确定所对应的地层压力P；
数学模型与上述步骤3)中(3)式相同；
4-2)结合常温压实验渗透率K0和(3)式得到的地层压力P，由公式(2)得到实验样品地层条件下的孔隙度K。
6.根据权利要求1所述的基于煤心实验由测井资料确定煤岩物性的方法，其特征在于，步骤5)中，统计地层条件下的的煤岩孔隙度与测井量的关系、建立测井计算煤岩孔隙度模型的具体方法如下：
5-1)由实验煤样所在井的测井资料读取每个煤样对应的测井量；
5-2)地层条件下的的煤岩孔隙度PHI与各个测井量的相关性，选取相关性好的测井量，建立由测井资料计算煤岩孔隙度PHI的模型；研究区域建立的数学模型为：
PHI＝A0+A1×(ln(RD))+A2×(ln(RS))+A3×DEN
上式中，RD、RS为深、浅电阻率，由测井资料得到；DEN为地层密度，由测井测量；A0、A1、A2、A3为区域系数。
7.根据权利要求1所述的基于煤心实验由测井资料确定煤岩物性的方法，其特征在于，步骤6)中，统计地层条件下的的煤岩渗透率与测井量的关系、建立测井计算煤岩渗透率模型的具体方法如下：
5-1)由实验煤样所在井的测井资料读取每个煤样对应的测井量；
5-2)地层条件下的的煤岩渗透率K与各个测井量的相关性，选取相关性好的测井量，建立由测井资料计算煤岩渗透率K的模型；研究区域建立的数学模型为：
K＝A0+A1×RCY+A2×WX
上式中，RCY：电阻率差异指数，由测井资料得到；WX：物性指数，与测井纵波时差和体积密度有关；A0、A1、A2为区域系数。
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