CN108956943A - 煤岩割理压缩系数测定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种煤岩割理压缩系数测定方法及装置，该方法包括：确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度，并确定所述煤岩岩样的弹性模量、泊松比、及在不同有效围压下的渗透率无量纲比值；根据所述孔隙度、所述弹性模量、所述泊松比及所述渗透率无量纲比值构建所述煤岩岩样的煤岩割理压缩系数模型；根据所述煤岩割理压缩系数模型确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的煤岩割理压缩系数。本申请实施例可获得更为准确的煤岩割理压缩系数。

Description

煤岩割理压缩系数测定方法及装置

技术领域

本申请涉及煤层气开发中煤岩实验分析技术领域，尤其是涉及一种煤岩割理压缩系数测定方法及装置。

背景技术

层气作为新兴的非常规清洁能源，兼具经济价值和社会价值，是我国能源结构的重要组成部分。煤层即是生烃层也是储集层，通过地面排水的方式将煤层压力降至临界解吸压力后甲烷开始解吸，甲烷扩散至割理系统(面割理、端割理)后以渗流的方式运移至井筒，煤岩割理压缩系数是影响煤岩应力敏感性的重要因素，准确测定割理压缩系数在测定煤层气井产气潜能、科学制定排采制度、合理编制煤层气开发方案等方面都有重要的应用价值。

目前，对于煤岩割理压缩系数的测定，主要按照《岩石孔隙体积压缩系数测定方法》(SY/T 5815-2016)测定煤岩割理压缩系数，但存在以下问题：1、行标中的实验方法是基于压缩系数定义设计的，实验测定的压缩系数是煤岩压缩系数而非割理压缩系数，实验结果大于真实割理压缩系数。2、行标中采用已知矿化度的盐水作为渗流介质，煤岩中含有的黏土等水敏矿物遇水后会发生不同程度的化学反应，孔喉堵塞后影响介质流动，降低测量精度。3、由于缺少保温线圈和温度控制模块，实验时无法模拟温度对压缩系数的影响。4、实验设计方案没有统筹优化实验资源，考虑到煤岩钻柱成功率低而且测定时间长，实验无法同时测定割理压缩系数和渗透率，造成实验资源的浪费。此外，目前也有基于煤岩火柴棍模型推导出割理压缩系数测定方法，但是该方法忽略了煤岩基质体积弹性变形对渗透率的影响，导致实验结果不够准确。

综上所述，目前亟需可准确测定煤岩割理压缩系数的技术方案。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种煤岩割理压缩系数测定方法及装置，以提高煤岩割理压缩系数测定的准确性。

为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种煤岩割理压缩系数测定方法，包括：

确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度，并确定所述煤岩岩样的弹性模量、泊松比、及在不同有效围压下的渗透率无量纲比值；

根据所述孔隙度、所述弹性模量、所述泊松比及所述渗透率无量纲比值构建所述煤岩岩样的煤岩割理压缩系数模型；

根据所述煤岩割理压缩系数模型确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的煤岩割理压缩系数。

本申请实施例的煤岩割理压缩系数测定方法中，所述确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度，包括：

根据公式确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度；

其中，Φ₀为煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度；P₁为基准室初始绝对压力；P₂为气体重新平衡后的绝对压力；P_a为煤岩岩样的初始绝对大气压力；Z₁为P₁与实验温度下的气体偏差因子；Z₂为P₂与实验温度下的气体偏差因子；Z_a为P_a与实验温度下的气体偏差因子；L为煤岩岩样平均长度；D_c为煤岩岩样平均直径；V_r为基准室体积；V_v为阀门驱替体积；V_d为系统死体积。

本申请实施例的煤岩割理压缩系数测定方法中，所述基准室体积、所述阀门驱替体积和所述系统死体积通过以下公式确定：

其中，A＝a₁c₂-a₂c₁；B＝b₁c₂-b₂c₁；C＝a₁c₃-a₃c₁；D＝b₁c₃-b₃c₁；E＝d₁c₂-d₂c₁；F＝d₁c₃-d₃c₁；a_i＝P_1iZ_aiZ_2i-P_2iZ_1iZ_ai；b_i＝P_aiZ_1iZ_2i-P_2iZ_1iZ_ai；c_i＝P_2iZ_1iZ_ai；d_i＝(P_2iZ_1iZ_ai-P_aiZ_1iZ_2i)V_pi；i表示实验次数(i＝1,2,3)；P_1i为第i次实验时的基准室初始绝对压力；P_2i为第i次实验时气体重新平衡后绝对压力；P_ai为第i次实验时煤岩岩样中初始绝对大气压；Z_1i为P_1i与实验温度下的气体偏差因子；Z_2i为P_2i与实验温度下的气体偏差因子；Z_ai为P_ai与实验温度下的气体偏差因子；V_pi为第i次实验的标准岩样的孔隙体积。

本申请实施例的煤岩割理压缩系数测定方法中，所述确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的渗透率无量纲比值，包括：

根据公式确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的气体渗透率；

根据公式确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的渗透率无量纲比值；

其中，K为不同有效围压下煤岩岩样的气体渗透率；K₀为初始有效围压状态下煤岩岩样的气体渗透率；μ为气体动力粘度；A为煤岩岩样截面积；P₀为大气压力；L为岩样平均长度；ΔP₀为初始有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；ΔP为不同有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；Q₀为初始有效围压下气体流量；Q为不同有效围压状态下的气体流量；P_in0为初始有效围压下煤岩岩样的进口压力；P_in为不同有效围压状态下煤岩岩样的进口压力；P_out0为初始有效围压下煤岩岩样的出口压力；P_out为不同有效围压状态下煤岩岩样的出口压力。

本申请实施例的煤岩割理压缩系数测定方法中，所述煤岩岩样的煤岩割理压缩系数模型，包括：

其中，C_f为煤岩岩样的煤岩割理压缩系数；E为煤岩岩样的弹性模量；ν为煤岩岩样的泊松比；Φ₀为煤岩岩样的初始孔隙度；P_e为煤岩岩样的有效围压；P_e0为煤岩岩样的初始有效围压；ΔP₀为初始有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；ΔP为不同有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；Q₀为初始有效围压下气体流量；Q为不同有效围压状态下的气体流量；P_in0为初始有效围压下煤岩岩样的进口压力；P_in为不同有效围压状态下煤岩岩样的进口压力；P_out0为初始有效围压下煤岩岩样的出口压力；P_out为不同有效围压状态下煤岩岩样的出口压力。

另一方面，本申请实施例还提供了一种煤岩割理压缩系数测定装置，包括：

参数确定模块，用于确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度，并确定所述煤岩岩样的弹性模量、泊松比、及在不同有效围压下的渗透率无量纲比值；

模型构建模块，用于根据所述孔隙度、所述弹性模量、所述泊松比及所述渗透率无量纲比值构建所述煤岩岩样的煤岩割理压缩系数模型；

系数确定模块，用于根据所述煤岩割理压缩系数模型确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的煤岩割理压缩系数。

本申请实施例的煤岩割理压缩系数测定装置中，所述确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度，包括：

根据公式确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度；

其中，Φ₀为煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度；P₁为基准室初始绝对压力；P₂为气体重新平衡后的绝对压力；P_a为煤岩岩样的初始绝对大气压力；Z₁为P₁与实验温度下的气体偏差因子；Z₂为P₂与实验温度下的气体偏差因子；Z_a为P_a与实验温度下的气体偏差因子；L为煤岩岩样平均长度；D_c为煤岩岩样平均直径；V_r为基准室体积；V_v为阀门驱替体积；V_d为系统死体积。

本申请实施例的煤岩割理压缩系数测定装置中，所述基准室体积、所述阀门驱替体积和所述系统死体积通过以下公式确定：

其中，A＝a₁c₂-a₂c₁；B＝b₁c₂-b₂c₁；C＝a₁c₃-a₃c₁；D＝b₁c₃-b₃c₁；E＝d₁c₂-d₂c₁；F＝d₁c₃-d₃c₁；a_i＝P_1iZ_aiZ_2i-P_2iZ_1iZ_ai；b_i＝P_aiZ_1iZ_2i-P_2iZ_1iZ_ai；c_i＝P_2iZ_1iZ_ai；d_i＝(P_2iZ_1iZ_ai-P_aiZ_1iZ_2i)V_pi；i表示实验次数(i＝1,2,3)；P_1i为第i次实验时的基准室初始绝对压力；P_2i为第i次实验时气体重新平衡后绝对压力；P_ai为第i次实验时煤岩岩样中初始绝对大气压；Z_1i为P_1i与实验温度下的气体偏差因子；Z_2i为P_2i与实验温度下的气体偏差因子；Z_ai为P_ai与实验温度下的气体偏差因子；V_pi为第i次实验的标准岩样的孔隙体积。

本申请实施例的煤岩割理压缩系数测定装置中，所述确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的渗透率无量纲比值，包括：

根据公式确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的气体渗透率；

根据公式确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的渗透率无量纲比值；

其中，K为不同有效围压下煤岩岩样的气体渗透率；K₀为初始有效围压状态下煤岩岩样的气体渗透率；μ为气体动力粘度；A为煤岩岩样截面积；P₀为大气压力；L为岩样平均长度；ΔP₀为初始有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；ΔP为不同有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；Q₀为初始有效围压下气体流量；Q为不同有效围压状态下的气体流量；P_in0为初始有效围压下煤岩岩样的进口压力；P_in为不同有效围压状态下煤岩岩样的进口压力；P_out0为初始有效围压下煤岩岩样的出口压力；P_out为不同有效围压状态下煤岩岩样的出口压力。

本申请实施例的煤岩割理压缩系数测定装置中，所述煤岩岩样的煤岩割理压缩系数模型，包括：

其中，C_f为煤岩岩样的煤岩割理压缩系数；E为煤岩岩样的弹性模量；ν为煤岩岩样的泊松比；Φ₀为煤岩岩样的初始孔隙度；P_e为煤岩岩样的有效围压；P_e0为煤岩岩样的初始有效围压；ΔP₀为初始有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；ΔP为不同有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；Q₀为初始有效围压下气体流量；Q为不同有效围压状态下的气体流量；P_in0为初始有效围压下煤岩岩样的进口压力；P_in为不同有效围压状态下煤岩岩样的进口压力；P_out0为初始有效围压下煤岩岩样的出口压力；P_out为不同有效围压状态下煤岩岩样的出口压力。

另一方面，本申请实施例还提供了一种煤岩割理压缩系数测定装置，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：

确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度，并确定所述煤岩岩样的弹性模量、泊松比、及在不同有效围压下的渗透率无量纲比值；

根据所述孔隙度、所述弹性模量、所述泊松比及所述渗透率无量纲比值构建所述煤岩岩样的煤岩割理压缩系数模型；

根据所述煤岩割理压缩系数模型确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的煤岩割理压缩系数。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例中，首先确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度，并确定煤岩岩样的弹性模量、泊松比、及在不同有效围压下的渗透率无量纲比值；然后根据孔隙度、弹性模量、泊松比及渗透率无量纲比值构建煤岩岩样的煤岩割理压缩系数模型；最后根据煤岩割理压缩系数模型确定煤岩岩样在不同有效围压下的煤岩割理压缩系数。由于本申请实施例中的煤岩割理压缩系数模型充分考虑了孔隙度、弹性模量、泊松比及渗透率无量纲比值对煤岩割理压缩系数的影响，因而基于本申请实施例可以获得更为准确的煤岩割理压缩系数。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本申请一实施例中煤岩割理压缩系数测定方法所用到的实验装置；

图2为本申请一实施例中煤岩割理压缩系数测定方法的流程图；

图3为本申请一实施例中渗透率无量纲比值的对数随有效围压差变化曲线；

图4为本申请一实施例中煤岩割理压缩系数随有效围压变化曲线；

图5为本申请一实施例中煤岩割理压缩系数测定装置的结构框图；

图6为本申请另一实施例中煤岩割理压缩系数测定装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。例如在下面描述中，在第一部件上方形成第二部件，可以包括第一部件和第二部件以直接接触方式形成的实施例，还可以包括第一部件和第二部件以非直接接触方式(即第一部件和第二部件之间还可以包括额外的部件)形成的实施例等。

而且，为了便于描述，本申请一些实施例可以使用诸如“在…上方”、“在…之下”、“顶部”、“下方”等空间相对术语，以描述如实施例各附图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件之间的关系。应当理解的是，除了附图中描述的方位之外，空间相对术语还旨在包括装置在使用或操作中的不同方位。例如若附图中的装置被翻转，则被描述为“在”其他元件或部件“下方”或“之下”的元件或部件，随后将被定位为“在”其他元件或部件“上方”或“之上”。

在描述本申请实施例的煤岩割理压缩系数测定方法之前，先对本申请实施例的煤岩割理压缩系数测定方法所用到的实验装置进行说明。

参考图1所示，本申请实施例的煤岩割理压缩系数测定方法所用到的实验装置可以包括依次通过管路连接的高压气源(例如高压氦气罐等)、高压气体截止阀V₀、基准室、上游压力传感器P_u、上游压力截止阀V₁、岩心夹持器、下游压力截止阀V₃、下游压力传感器P_d、流量计截止阀和V₄流量计。此外，该实验装置还可以包括温度控制系统和围压系统；通过温度控制系统可为位于岩心夹持器内的煤岩岩样提供指定恒温环境，从而考虑到了温度对割理压缩系数的影响；通过围压系统可为位于岩心夹持器内的煤岩岩样提供所需的围压环境；所述围压系统可以包括依次相连的围压泵(例如平流泵等)、围压截止阀V₂和围压传感器P_c。

参考图2所示，本申请实施例的煤岩割理压缩系数测定方法可以包括以下步骤：

S201、确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度，并确定所述煤岩岩样的弹性模量、泊松比、及在不同有效围压下的渗透率无量纲比值。

本申请一实施例中，在实验前可先对实验装置的基准室体积V_r、阀门驱替体积V_v和系统死体积V_d进行校准。例如在本申请一示例性实施例中，选择一系列给定精密内孔的标准块用以产生不同孔隙体积，孔隙体积范围应涵盖所要测量的孔隙体积。将标准块放入岩心夹持器中并施加实验围压(例如初始围压可小于2MPa)，当基准室压力达到规定值(例如0.69～1.38MPa)后，记录压力值并打开上游压力截止阀V₁，待气体进入岩样并且压力平稳后记录压力值，同样操作步骤进行三次实验，以提高数据准确性。其中，基准室体积V_r、阀门驱替体积V_v和系统死体积V_d可通过下式计算：

式中：

其中，V_r为基准室体积；V_v为阀门驱替体积；V_d为系统死体积；i表示实验次数(i＝1,2,3)；P_1i为第i次实验时的基准室初始绝对压力；P_2i为第i次实验时气体重新平衡后绝对压力；P_ai为第i次实验时煤岩岩样中初始绝对大气压；Z_1i为P_1i与实验温度下的气体偏差因子；Z_2i为P_2i与实验温度下的气体偏差因子；Z_ai为P_ai与实验温度下的气体偏差因子；V_pi为第i次实验的标准岩样的孔隙体积。

本申请一实施例中，在上述确定，基准室体积V_r、阀门驱替体积V_v和系统死体积V_d基础上，将待测定的煤岩切割成长度为5cm，直径为2.5cm的标准岩样，打磨岩样端面以确保端面平整度偏差满足预设要求(例如0.05mm以内)。此外，还可以通过聚乙烯膜密封煤岩岩样，然后抽真空，然后将抽真空后的煤岩岩样进行烘干处理(例如置于90℃恒温箱中烘干4h)，以去除水分对测试的影响。

本申请一实施例中，将烘干后的煤岩岩样放置上述实验装置的岩心夹持器中，打开围压截止阀V₂后通过平流泵给岩样施加初始围压(例如初始围压可小于2MPa)，打开高压气体截止阀V₀，关闭上游压力截止阀V₁，以便于高压气源对基准室充气，当上游压力传感器P_u的读数达到预设的压力P₁(例如0.69～1.38MPa)并且半小时内读数无变化后，关闭高压气体截止阀V₀和下游压力截止阀V₃，并打开上游压力截止阀V₁，气体进入岩样，当上游压力传感器P_u的读数重新稳定后，记下此时的压力读数P₂。保证实验过程中气体温度相等且不发生变化，根据波义尔定律，可推导出煤岩孔隙度计算公式为：

式中，Φ₀为煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度；P₁为基准室初始绝对压力；P₂为气体重新平衡后的绝对压力；P_a为煤岩岩样的初始绝对大气压力；Z₁为P₁与实验温度下的气体偏差因子；Z₂为P₂与实验温度下的气体偏差因子；Z_a为P_a与实验温度下的气体偏差因子；L为煤岩岩样平均长度；D_c为煤岩岩样平均直径。

割理系统是流体介质发生渗流的通道，煤层气井排采过程中煤层孔隙压力逐渐降低、有效围压逐渐增加，割理被压缩的同时煤岩基质体积增加，二者的耦合作用使得割理宽度发生变化，从而共同影响渗透率。相比砂岩、页岩，煤岩的弹性模量更小、泊松比更大，为提高煤岩割理压缩系数测试精度，基质体积变化引起割理宽度的变化不能忽略。

而弹性模量和泊松比分别表征了材料抗变形能力和横向变形性能，是决定基质体积变化的两个力学参数。本申请一实施例中，获得煤岩弹性模量和泊松比有两种方法，一种方法是在室内通过煤岩三轴岩石力学实验直接测试弹性模量与泊松比，这种方法成本高、数据准确；另一种方法是基于测井资料与室内实验建立起的动—静态力学参数转换模型，通过测井资料计算煤岩弹性模量和泊松比，这种方法方便、准确性偏低。

本申请一实施例中，通过温度控制系统可将位于岩芯夹持器内的煤岩岩样的温度调节到设计温度，打开围压截止阀V₂后通过平流泵缓慢施加围压(例如，可每次增加1～2MPa，围压的变化可不少于5组)，围压施加完毕后打开高压气体截止阀V₀、上游压力截止阀V₁、下游压力截止阀V₃、流量计截止阀V₄，当上游压力传感器P_u和下游压力传感器P_d的读数稳定后，同时记录二者的压力值和流量计的数值。当围压增加到设计的最大值(例如不超过20MPa)后，记录完毕后卸载围压，取出岩样。根据气态达西定律计算围压下的煤岩渗透率为：

渗透率无量纲比值是不同围压状态下的煤岩渗透率与初始围压条件下煤岩渗透率的比值，保持实验条件不变，渗透率仅与煤岩两端压差和气体流量有关，计算公式为：

其中，K为不同有效围压下煤岩岩样的气体渗透率；K₀为初始有效围压状态下煤岩岩样的气体渗透率；μ为气体动力粘度；A为煤岩岩样截面积；P₀为大气压力；L为岩样平均长度；ΔP₀为初始有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；ΔP为不同有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；Q₀为初始有效围压下气体流量；Q为不同有效围压状态下的气体流量；P_in0为初始有效围压下煤岩岩样的进口压力；P_in为不同有效围压状态下煤岩岩样的进口压力；P_out0为初始有效围压下煤岩岩样的出口压力；P_out为不同有效围压状态下煤岩岩样的出口压力。

煤岩割理压缩系数是随有效围压变化的量，割理系统在加压状态下会出现塑性变形，卸压后形变无法完全恢复，因此割理压缩系数随有效围压的变化与加载路径有关。实验装置可以通过加载、卸载、重复加(卸)载模拟煤层有效围压变化规律，进而研究不同有效围压变化规律对割理压缩系数的影响。

S202、根据所述孔隙度、所述弹性模量、所述泊松比及所述渗透率无量纲比值构建所述煤岩岩样的煤岩割理压缩系数模型。

煤岩是双重孔隙介质，将其简化为立方体模型，假设基质单元被等宽的割理隔开，煤岩渗透率与割理宽度有关，当有效围压增加时，割理压缩和基质单元体积变化都会引起割理宽度变化，最终表现为渗透率的变化。因此通过公式推导，可将割理压缩系数表示为渗透率无量纲比值、煤岩力学参数和孔隙度的函数，从而建立起煤岩割理压缩系数模型：

其中，C_f为煤岩岩样的煤岩割理压缩系数；E为煤岩岩样的弹性模量；ν为煤岩岩样的泊松比；Φ₀为煤岩岩样的初始孔隙度；P_e为煤岩岩样的有效围压；P_e0为煤岩岩样的初始有效围压；ΔP₀为初始有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；ΔP为不同有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；Q₀为初始有效围压下气体流量；Q为不同有效围压状态下的气体流量；P_in0为初始有效围压下煤岩岩样的进口压力；P_in为不同有效围压状态下煤岩岩样的进口压力；P_out0为初始有效围压下煤岩岩样的出口压力；P_out为不同有效围压状态下煤岩岩样的出口压力。

S203、根据所述煤岩割理压缩系数模型确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的煤岩割理压缩系数。

本申请一实施例中，根据上述煤岩割理压缩系数模型，煤岩割理压缩系数会随不有效围压的变化而变化，据此，根据所述煤岩割理压缩系数模型可以确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的煤岩割理压缩系数，即确定割理压缩系数随有效围压变化规律。

下面以取自鄂尔多斯盆地东缘的低阶煤作进一步说明。

按照本申请提供的煤岩割理压缩系数测定方法，对煤岩割理压缩系数进行测试，实验温度保持常温、常压，实验测得初始围岩下煤岩孔隙度为5.6％，弹性模量为1830MPa，泊松比为0.3。采用先加载围压后卸载围压的实验方式，每次加压或卸压时各取七组实验数据，最大有效围压小于14MPa，实验测得不同围压加载方式下煤岩割理压缩系数随有效围压的变化规律，分析结果表明实验数据准确、可靠且具有较好的规律性，能够满足煤层气井生产开发过程中对割理压缩系数准确掌握的要求。下表1为煤岩割理压缩系数实验数据：

表1

在表1中记录了煤岩孔隙度、弹性模量、泊松比以及升压、降压过程中的渗透率无量纲比值、以及本申请提供的煤岩割理压缩系数测定方法获得煤岩割理压缩系数。图3示出了渗透率无量纲比值的对数随有效围压差的变化规律。从图3可以看出，在升压和降压过程中测试的实验数据都有较好的线性关系，相关系数分别为0.991和0.983，相关系数高表明实验数据规律性好且有较高的可靠性。图4示出了煤岩割理压缩系数随有效围压变化规律。从图4可以看出，在有效围压从2.9MPa增加至13.8MPa的过程中，煤岩割理压缩系数从0.185降至0.112；有效围压从13.5MPa降至2.8MPa过程中，煤岩割理压缩系数从0.095升至0.165。在升压和降压过程中割理压缩系数都随有效围压增加而减小，而且在有效围压较小时下降幅度更大，随着有效围压继续增加下降幅度变小。升压过程中的割理压缩系数大于降压过程中的割理压缩系数，原因是有效围压使得部分割理发生塑性变形、甚至完全闭合，即使有效围压降低后形变也无法完全恢复，因此降压过程中的割理压缩系数更小。

参考图5所示，本申请实施例的一种煤岩割理压缩系数测定装置可以包括：

参数确定模块51，可以用于确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度，并确定所述煤岩岩样的弹性模量、泊松比、及在不同有效围压下的渗透率无量纲比值；

模型构建模块52，可以用于根据所述孔隙度、所述弹性模量、所述泊松比及所述渗透率无量纲比值构建所述煤岩岩样的煤岩割理压缩系数模型；

系数确定模块53，可以用于根据所述煤岩割理压缩系数模型确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的煤岩割理压缩系数。

参考图6所示，本申请实施例的另一种煤岩割理压缩系数测定装置可以包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：

确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度，并确定所述煤岩岩样的弹性模量、泊松比、及在不同有效围压下的渗透率无量纲比值；

根据所述孔隙度、所述弹性模量、所述泊松比及所述渗透率无量纲比值构建所述煤岩岩样的煤岩割理压缩系数模型；

根据所述煤岩割理压缩系数模型确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的煤岩割理压缩系数。

虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种煤岩割理压缩系数测定方法，其特征在于，包括：

确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度，并确定所述煤岩岩样的弹性模量、泊松比、及在不同有效围压下的渗透率无量纲比值；

根据所述孔隙度、所述弹性模量、所述泊松比及所述渗透率无量纲比值构建所述煤岩岩样的煤岩割理压缩系数模型；

根据所述煤岩割理压缩系数模型确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的煤岩割理压缩系数。

2.如权利要求1所述的煤岩割理压缩系数测定方法，其特征在于，所述确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度，包括：

根据公式确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度；

其中，Φ₀为煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度；P₁为基准室初始绝对压力；P₂为气体重新平衡后的绝对压力；P_a为煤岩岩样的初始绝对大气压力；Z₁为P₁与实验温度下的气体偏差因子；Z₂为P₂与实验温度下的气体偏差因子；Z_a为P_a与实验温度下的气体偏差因子；L为煤岩岩样平均长度；D_c为煤岩岩样平均直径；V_r为基准室体积；V_v为阀门驱替体积；V_d为系统死体积。

3.如权利要求2所述的煤岩割理压缩系数测定方法，其特征在于，所述基准室体积、所述阀门驱替体积和所述系统死体积通过以下公式确定：

其中，A＝a₁c₂-a₂c₁；B＝b₁c₂-b₂c₁；C＝a₁c₃-a₃c₁；D＝b₁c₃-b₃c₁；E＝d₁c₂-d₂c₁；F＝d₁c₃-d₃c₁；a_i＝P_1iZ_aiZ_2i-P_2iZ_1iZ_ai；b_i＝P_aiZ_1iZ_2i-P_2iZ_1iZ_ai；c_i＝P_2iZ_1iZ_ai；d_i＝(P_2iZ_1iZ_ai-P_aiZ_1iZ_2i)V_pi；i表示实验次数(i＝1,2,3)；P_1i为第i次实验时的基准室初始绝对压力；P_2i为第i次实验时气体重新平衡后绝对压力；P_ai为第i次实验时煤岩岩样中初始绝对大气压；Z_1i为P_1i与实验温度下的气体偏差因子；Z_2i为P_2i与实验温度下的气体偏差因子；Z_ai为P_ai与实验温度下的气体偏差因子；V_pi为第i次实验的标准岩样的孔隙体积。

4.如权利要求1所述的煤岩割理压缩系数测定方法，其特征在于，所述确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的渗透率无量纲比值，包括：

根据公式确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的气体渗透率；

根据公式确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的渗透率无量纲比值；

其中，K为不同有效围压下煤岩岩样的气体渗透率；K₀为初始有效围压状态下煤岩岩样的气体渗透率；μ为气体动力粘度；A为煤岩岩样截面积；P₀为大气压力；L为岩样平均长度；ΔP₀为初始有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；ΔP为不同有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；Q₀为初始有效围压下气体流量；Q为不同有效围压状态下的气体流量；P_in0为初始有效围压下煤岩岩样的进口压力；P_in为不同有效围压状态下煤岩岩样的进口压力；P_out0为初始有效围压下煤岩岩样的出口压力；P_out为不同有效围压状态下煤岩岩样的出口压力。

5.如权利要求1所述的煤岩割理压缩系数测定方法，其特征在于，所述煤岩岩样的煤岩割理压缩系数模型，包括：

其中，C_f为煤岩岩样的煤岩割理压缩系数；E为煤岩岩样的弹性模量；ν为煤岩岩样的泊松比；Φ₀为煤岩岩样的初始孔隙度；P_e为煤岩岩样的有效围压；P_e0为煤岩岩样的初始有效围压；ΔP₀为初始有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；ΔP为不同有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；Q₀为初始有效围压下气体流量；Q为不同有效围压状态下的气体流量；P_in0为初始有效围压下煤岩岩样的进口压力；P_in为不同有效围压状态下煤岩岩样的进口压力；P_out0为初始有效围压下煤岩岩样的出口压力；P_out为不同有效围压状态下煤岩岩样的出口压力。

6.一种煤岩割理压缩系数测定装置，其特征在于，包括：

参数确定模块，用于确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度，并确定所述煤岩岩样的弹性模量、泊松比、及在不同有效围压下的渗透率无量纲比值；

模型构建模块，用于根据所述孔隙度、所述弹性模量、所述泊松比及所述渗透率无量纲比值构建所述煤岩岩样的煤岩割理压缩系数模型；

系数确定模块，用于根据所述煤岩割理压缩系数模型确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的煤岩割理压缩系数。

7.如权利要求6所述的煤岩割理压缩系数测定装置，其特征在于，所述确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度，包括：

根据公式确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度；

其中，Φ₀为煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度；P₁为基准室初始绝对压力；P₂为气体重新平衡后的绝对压力；P_a为煤岩岩样的初始绝对大气压力；Z₁为P₁与实验温度下的气体偏差因子；Z₂为P₂与实验温度下的气体偏差因子；Z_a为P_a与实验温度下的气体偏差因子；L为煤岩岩样平均长度；D_c为煤岩岩样平均直径；V_r为基准室体积；V_v为阀门驱替体积；V_d为系统死体积。

8.如权利要求7所述的煤岩割理压缩系数测定装置，其特征在于，所述基准室体积、所述阀门驱替体积和所述系统死体积通过以下公式确定：

其中，A＝a₁c₂-a₂c₁；B＝b₁c₂-b₂c₁；C＝a₁c₃-a₃c₁；D＝b₁c₃-b₃c₁；E＝d₁c₂-d₂c₁；F＝d₁c₃-d₃c₁；a_i＝P_1iZ_aiZ_2i-P_2iZ_1iZ_ai；b_i＝P_aiZ_1iZ_2i-P_2iZ_1iZ_ai；c_i＝P_2iZ_1iZ_ai；d_i＝(P_2iZ_1iZ_ai-P_aiZ_1iZ_2i)V_pi；i表示实验次数(i＝1,2,3)；P_1i为第i次实验时的基准室初始绝对压力；P_2i为第i次实验时气体重新平衡后绝对压力；P_ai为第i次实验时煤岩岩样中初始绝对大气压；Z_1i为P_1i与实验温度下的气体偏差因子；Z_2i为P_2i与实验温度下的气体偏差因子；Z_ai为P_ai与实验温度下的气体偏差因子；V_pi为第i次实验的标准岩样的孔隙体积。

9.如权利要求6所述的煤岩割理压缩系数测定装置，其特征在于，所述确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的渗透率无量纲比值，包括：

根据公式确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的气体渗透率；

根据公式确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的渗透率无量纲比值；

其中，K为不同有效围压下煤岩岩样的气体渗透率；K₀为初始有效围压状态下煤岩岩样的气体渗透率；μ为气体动力粘度；A为煤岩岩样截面积；P₀为大气压力；L为岩样平均长度；ΔP₀为初始有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；ΔP为不同有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；Q₀为初始有效围压下气体流量；Q为不同有效围压状态下的气体流量；P_in0为初始有效围压下煤岩岩样的进口压力；P_in为不同有效围压状态下煤岩岩样的进口压力；P_out0为初始有效围压下煤岩岩样的出口压力；P_out为不同有效围压状态下煤岩岩样的出口压力。

10.如权利要求6所述的煤岩割理压缩系数测定装置，其特征在于，所述煤岩岩样的煤岩割理压缩系数模型，包括：

其中，C_f为煤岩岩样的煤岩割理压缩系数；E为煤岩岩样的弹性模量；ν为煤岩岩样的泊松比；Φ₀为煤岩岩样的初始孔隙度；P_e为煤岩岩样的有效围压；P_e0为煤岩岩样的初始有效围压；ΔP₀为初始有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；ΔP为不同有效围压状态下煤岩岩样的进出口压力差；Q₀为初始有效围压下气体流量；Q为不同有效围压状态下的气体流量；P_in0为初始有效围压下煤岩岩样的进口压力；P_in为不同有效围压状态下煤岩岩样的进口压力；P_out0为初始有效围压下煤岩岩样的出口压力；P_out为不同有效围压状态下煤岩岩样的出口压力。

11.一种煤岩割理压缩系数测定装置，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：

确定煤岩岩样在初始有效围压状态下的孔隙度，并确定所述煤岩岩样的弹性模量、泊松比、及在不同有效围压下的渗透率无量纲比值；

根据所述孔隙度、所述弹性模量、所述泊松比及所述渗透率无量纲比值构建所述煤岩岩样的煤岩割理压缩系数模型；

根据所述煤岩割理压缩系数模型确定所述煤岩岩样在不同有效围压下的煤岩割理压缩系数。