CN109538199A - 一种煤系地层含气量评价方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及能源勘查技术领域，具体而言，涉及一种煤系地层含气量评价方法、装置及电子设备。该方法通过单位时间破碎的岩石体积值、钻井液排量以及钻井液中的气测全烃浓度值计算得到理论地层含气量，并结合校正系数和理论地层含气量计算得到实际地层含气量，能够快速、准确、方便且低成本地实现对煤系地层含气量的评价。

Description

一种煤系地层含气量评价方法、装置及电子设备

技术领域

本发明实施例涉及能源勘查技术领域，具体而言，涉及一种煤系地层含气量评价方法、装置及电子设备。

背景技术

煤系气是指赋存于煤系地层的非常规天然气，包含煤层气、页岩气、致密砂岩气等多种气体类型。现如今，随着天然气消费量的快速递增，除煤层气以外的陆相页岩气、致密砂岩气资源也逐渐受到重视。

由于以往的煤系非常规天然气勘查仅针对煤层气资源，对页岩气、致密砂岩气的含气性评价只能通过重新钻探天然气探井、参数井，虽评价效果较好、能够获取含气量数据，但对于中低勘查程度的气体资源调查来说，现有技术存在野外施工工作量大、周期长、成本极高的缺点，且野外施工存在环境污染、作业安全等风险。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种煤系地层含气量评价方法、装置及电子设备。

本发明实施例提供了一种煤系地层含气量评价方法，包括：

当取芯钻头处于钻进状态时，计算单位时间破碎的岩石体积值；

获取钻井液排量和钻井液中的气测全烃浓度值；

根据所述单位时间破碎的岩石体积值、所述钻井液排量和所述气测全烃浓度值计算得到理论地层含气量；

获取校正系数；

根据所述校正系数和所述理论地层含气量计算得到实际地层含气量。

可选地，所述单位时间破碎的岩石体积值通过以下公式计算得到：

V＝π(D²-d²)/4T

其中，V为单位时间破碎的岩石体积值，D为取芯钻头切削外径，d为取芯筒内径，T为钻时。

可选地，所述理论地层含气量通过以下公式计算得到：

其中，I′_g为理论地层含气量，G为气测全烃浓度，Q为钻井液排量。

可选地，所述实际地层含气量通过以下公式计算得到：

I_g＝k·I′_g

其中，I_g为实际地层含气量，k为校正系数。

本发明实施例还提供了一种煤系地层含气量评价装置，包括：

破碎岩石体积值计算模块，用于当取芯钻头处于钻进状态时，计算单位时间破碎的岩石体积值；

钻井液参数计算模块，用于获取钻井液排量和钻井液中的气测全烃浓度值；

理论地层含气量计算模块，用于根据所述单位时间破碎的岩石体积值、所述钻井液排量和所述气测全烃浓度值计算得到理论地层含气量；

校正系数获取模块，用于获取校正系数；

实际地层含气量计算模块，用于根据所述校正系数和所述理论地层含气量计算得到实际地层含气量。

可选地，所述破碎岩石体积值计算模块通过以下公式计算得到单位时间破碎的岩石体积值：

V＝π(D²-d²)/4T

其中，V为单位时间破碎的岩石体积值，D为取芯钻头切削外径，d为取芯筒内径，T为钻时。

可选地，所述理论地层含气量计算模块通过以下公式计算得到理论地层含气量：

其中，I′_g为理论地层含气量，G为气测全烃浓度，Q为钻井液排量。

可选地，所述实际地层含气量计算模块通过以下公式计算得到实际地层含气量：

I_g＝k·I′_g

其中，I_g为实际地层含气量，k为校正系数。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的煤系地层含气量评价方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质包括计算机程序，所述计算机程序运行时控制所述可读存储介质所在电子设备执行上述的煤系地层含气量评价方法。

有益效果

本发明实施例提供的一种煤系地层含气量评价方法、装置及电子设备，通过单位时间破碎的岩石体积值、钻井液排量以及钻井液中的气测全烃浓度值计算得到理论地层含气量，并结合校正系数和理论地层含气量计算得到实际地层含气量，能够快速、准确、方便且低成本地实现对煤系地层含气量的评价。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种电子设备10的方框示意图。

图2为本发明实施例所提供的一种煤系地层含气量评价方法的流程图。

图3为本发明实施例所提供的一种评价成果对比图。

图4为本发明实施例所提供的一种煤系地层含气量评价装置20的模块框图。

图标：

10-电子设备；11-存储器；12-处理器；13-网络模块；

20-煤系地层含气量评价装置；21-破碎岩石体积值计算模块；22-钻井液参数计算模块；23-理论地层含气量计算模块；24-校正系数获取模块；25-实际地层含气量计算模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

发明人经调查发现，目前针对煤系地层中陆相页岩气、致密砂岩气的评价方法存在有野外工作量大、周期长、成本极高的缺点，暂无有效、快速、定量化的技术方法。

以上现有技术中的方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本发明实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本发明过程中对本发明做出的贡献。

基于上述研究，本发明实施例提供了一种煤系地层含气量评价方法、装置及电子设备，能够快速、准确、方便且低成本地实现对煤系地层含气量的评价。

图1示出了本发明实施例所提供的一种电子设备10的方框示意图。本发明实施例中的电子设备10具有数据存储、传输、处理功能，如图1所示，电子设备10包括：存储器11、处理器12、网络模块13和煤系地层含气量评价装置20。

存储器11、处理器12和网络模块13之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件互相之间可以通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。存储器11中存储有煤系地层含气量评价装置20，所述煤系地层含气量评价装置20包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式储存于所述存储器11中的软件功能模块，所述处理器12通过运行存储在存储器11内的软件程序以及模块，例如本发明实施例中的煤系地层含气量评价装置20，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现本发明实施例中的煤系地层含气量评价方法。

其中，所述存储器11可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器11用于存储程序，所述处理器12在接收到执行指令后，执行所述程序。

所述处理器12可能是一种集成电路芯片，具有数据的处理能力。上述的处理器12可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等。可以实现或者执行本发明实施例中公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

网络模块13用于通过网络建立电子设备10与其他通信终端设备之间的通信连接，实现网络信号及数据的收发操作。上述网络信号可包括无线信号或者有线信号。

可以理解，图1所示的结构仅为示意，电子设备10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质包括计算机程序。所述计算机程序运行时控制所述可读存储介质所在电子设备10执行下面的煤系地层含气量评价方法。

在钻井过程中，当钻头钻遇煤层，煤层破碎成为煤屑，煤层中的游离气进入钻井液，同时，随煤屑上返过程中的环境压力降低，当低于临界解吸压力时，煤屑中的吸附气解吸进入钻井液，循环出井口的钻井液经真空脱气、气体干燥后，通过气相色谱仪测定烃与非烃组分含量，获得气测数值。一般而言，煤层等含气层段的气测值呈异常高值。

一般认为，由于煤屑中的残余气、泵排量及钻速变化、泥浆冲淡作用、泥浆脱气效率等因素限制，气测录井难以有效进行煤层含气量的准确解释，仅能定性判断煤层含气量的相对高低。随着录井及钻井技术的发展，更为准确的气测数据有助于进行定量化分析的探索。气测录井的影响因素主要分地质和工程两大类，以下对主要因素进行简要分析。

(1)地层物性及压力特征：

当地层渗透率高、超压时，进入钻井液的地层流体量多，气测值高；

当地层渗透率高、欠压时，钻井液的超前渗滤会将井眼周围的地层流体驱替到远部地层，使气测值降低，无法正确表征地层含气性；

当地层渗透率低、欠压时，钻井液的超前渗滤作用有限，对气测值影响较小。

(2)扩散气、后效气：一般来说，钻井过程中进入钻井液中的气体形式包括：岩屑破碎气、扩散气和后效气。在欠平衡或近平衡钻井中，钻遇含气性较好的砂岩层或煤层时，地层气体持续渗入钻井液的扩散气及起下钻过程对含气层的抽汲作用导致的后效气，均会出现气测值的异常升高现象。

(3)钻进参数：钻进参数主要包括钻头直径、钻速/钻时、钻井液排量、钻井液密度等。钻头直径、钻速与破岩体积直接相关，与气测值呈正比；而钻时、钻井液排量、钻井液密度与冲淡系数、井筒压力平衡情况有关，与气测值呈反比。

(4)钻井液黏度：对气测录井而言，水基钻井液的临界黏度值为60Pa·s，随着黏度值降低或增高，气测值均呈下降趋势，原因为：黏度较低时，气体容易上窜和散失；而黏度较高时，脱气效率显著降低，且使气测基值有一定增加。

为了更好的定量评价煤系地层的含气性，引入“地层含气量”指标，即单位体积内岩(煤)层的含气量。将气测成果转换为地层含气量，更便于煤系地层不同岩性层段含气性的统一分析。

由于中国煤系地层多属欠压储层，而常规煤层气清水钻井均为微过平衡状态，抑制了地层气向井筒的涌入。同时由于中国地质条件复杂，各类煤系地层的渗透性均极低，在微过平衡条件下，且液柱压力与地层压力差值小于1.5MPa(以1000m井深为例)，因此超前渗滤作用较弱，对气测值影响较小。此外，钻井过程中的钻头直径、钻压、转速、泵排量、钻井液黏度等参数一般基本稳定，对气测值的贡献主要是井眼内钻头破碎的岩屑、煤屑气。

由于煤层气参数井是全井段取芯，气测值的定量解释需要考虑取芯钻头的切削外径、取芯筒内径、钻时、钻井液排量等钻井参数。

因此，发明人经过上述分析，推导出了本发明实施例所示出的煤系地层含气量评价方法。

图2示出了本发明实施例所提供的一种煤系地层含气量评价方法的流程图。所述方法有关的流程所定义的方法步骤应用于电子设备10，可以由所述处理器12实现。下面将对图2所示的具体流程进行详细阐述：

步骤S21，当取芯钻头处于钻进状态时，计算单位时间破碎的岩石体积值。

在本实施例中，可以根据取芯钻头的类型和相关直径参数计算单位时间破碎的岩石体积值，单位时间破碎的岩石体积值可以通过以下公式计算得到：

V＝π(D²-d²)/4T

其中，V为单位时间破碎的岩石体积值，单位为m³/min；D为取芯钻头切削外径，单位为m；d为取芯筒内径，单位为m；T为钻时，单位为min/m。

步骤S22，获取钻井液排量和钻井液中的气测全烃浓度值。

在本实施例中，钻井液排量为Q，单位为m³/min；气测全烃浓度值为G，单位为％。其中，钻井液排量Q和气测全烃浓度值G均为油气探井在钻探作业及伴随钻探的钻井液气测录井作业过程中可获取的常规数据，而本实施例正是通过深度挖掘这些被忽视的基础数据，通过基于原理性、过程性的创新整合算法，进而推算出了对应的地层含气量信息。

具体地，G＝100V·I′_g/Q，其中，I′_g为理论地层含气量。

步骤S23，根据单位时间破碎的岩石体积值、钻井液排量和气测全烃浓度值计算得到理论地层含气量。

具体地，对步骤S22所示的公式进行变换，可以得到如下公式：

进一步地，可以得到：

由于G、Q、T、D和d均已知，因此可以计算得到I′_g。

步骤S24，获取校正系数。

在本实施例中，校正系数为k，校正系数k可以通过如下方式计算得到：

针对一煤层气勘查地区，首先通过实验室取样实测的方法获得该勘查地区煤层的实际地层含气量I_s，并通过步骤S23所推导出的公式计算出该勘查地区煤层的理论地层含气量I′_s。此时k未知，通过公式计算得到。

步骤S25，根据校正系数和理论地层含气量计算得到实际地层含气量。

在本实施例中，实际地层含气量为I_g，通过步骤S24获得了校正系数之后，根据公式I_g＝k·I′_g可以计算得到I_g。

如此，在该煤层气勘查区块，只需要通过煤层实际地层含气量与实际地层含气量的数学拟合获得校正系数，之后在进行煤系地层中致密砂岩、页岩的含气量评价时便可以直接利用上述校正系数进行计算，具体地，最终的计算公式为：

通过上述公式能够快速、准确、方便且低成本地实现对煤系地层中致密砂岩、页岩的含气量的评价。

图3示出的评价成果对比图也进一步验证了上述公式的准确性。如图3所示，该方法已在新疆某地区的煤层气区块中进行了应用试验，试验效果较好，准确评价了该区块的煤系地层含气性，发现了陆相页岩气、致密砂岩气层段，且对其含气量作出了较准确的定量评价(见图示)，经分析对比，该区块的页岩气、致密砂岩气资源条件有利，能够进行更高层次的勘查工作，该技术为该区块的煤系非常规天然气评价提供了一种可靠、快速、定量化、极低成本的解决方案。

在上述基础上，如图4所示，本发明实施例提供了一种煤系地层含气量评价装置20，所述煤系地层含气量评价装置20包括：破碎岩石体积值计算模块21、钻井液参数计算模块22、理论地层含气量计算模块23、校正系数获取模块24和实际地层含气量计算模块25。

破碎岩石体积值计算模块21，用于当取芯钻头处于钻进状态时，计算单位时间破碎的岩石体积值。

由于破碎岩石体积值计算模块21和图2中步骤S21的实现原理类似，因此在此不作更多说明。

钻井液参数计算模块22，用于获取钻井液排量和钻井液中的气测全烃浓度值。

由于钻井液参数计算模块22和图2中步骤S22的实现原理类似，因此在此不作更多说明。

理论地层含气量计算模块23，用于根据所述单位时间破碎的岩石体积值、所述钻井液排量和所述气测全烃浓度值计算得到理论地层含气量。

由于理论地层含气量计算模块23和图2中步骤S23的实现原理类似，因此在此不作更多说明。

校正系数获取模块24，用于获取校正系数。

由于校正系数获取模块24和图2中步骤S24的实现原理类似，因此在此不作更多说明。

实际地层含气量计算模块25，用于根据所述校正系数和所述理论地层含气量计算得到实际地层含气量。

由于实际地层含气量计算模块25和图2中步骤S25的实现原理类似，因此在此不作更多说明。

综上，本发明实施例所提供的一种煤系地层含气量评价方法、装置及电子设备，通过单位时间破碎的岩石体积值、钻井液排量以及钻井液中的气测全烃浓度值计算得到理论地层含气量，并结合校正系数和理论地层含气量计算得到实际地层含气量，能够快速、准确、方便且低成本地实现对煤系地层含气量的评价。

在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备10，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，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、物品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、物品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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种煤系地层含气量评价方法，其特征在于，包括：

当取芯钻头处于钻进状态时，计算单位时间破碎的岩石体积值；

获取钻井液排量和钻井液中的气测全烃浓度值；

根据所述单位时间破碎的岩石体积值、所述钻井液排量和所述气测全烃浓度值计算得到理论地层含气量；

获取校正系数；

根据所述校正系数和所述理论地层含气量计算得到实际地层含气量。

2.根据权利要求1所述的煤系地层含气量评价方法，其特征在于，所述单位时间破碎的岩石体积值通过以下公式计算得到：

V＝π(D²-d²)/4T

其中，V为单位时间破碎的岩石体积值，D为取芯钻头切削外径，d为取芯筒内径，T为钻时。

3.根据权利要求2所述的煤系地层含气量评价方法，其特征在于，所述理论地层含气量通过以下公式计算得到：

其中，I'_g为理论地层含气量，G为气测全烃浓度，Q为钻井液排量。

4.根据权利要求3所述的煤系地层含气量评价方法，其特征在于，所述实际地层含气量通过以下公式计算得到：

I_g＝k·I'_g

其中，I_g为实际地层含气量，k为校正系数。

5.一种煤系地层含气量评价装置，其特征在于，包括：

破碎岩石体积值计算模块，用于当取芯钻头处于钻进状态时，计算单位时间破碎的岩石体积值；

钻井液参数计算模块，用于获取钻井液排量和钻井液中的气测全烃浓度值；

理论地层含气量计算模块，用于根据所述单位时间破碎的岩石体积值、所述钻井液排量和所述气测全烃浓度值计算得到理论地层含气量；

校正系数获取模块，用于获取校正系数；

实际地层含气量计算模块，用于根据所述校正系数和所述理论地层含气量计算得到实际地层含气量。

6.根据权利要求5所述的煤系地层含气量评价装置，其特征在于，所述破碎岩石体积值计算模块通过以下公式计算得到单位时间破碎的岩石体积值：

V＝π(D²-d²)/4T

其中，V为单位时间破碎的岩石体积值，D为取芯钻头切削外径，d为取芯筒内径，T为钻时。

7.根据权利要求6所述的煤系地层含气量评价装置，其特征在于，所述理论地层含气量计算模块通过以下公式计算得到理论地层含气量：

其中，I'_g为理论地层含气量，G为气测全烃浓度，Q为钻井液排量。

8.根据权利要求7所述的煤系地层含气量评价装置，其特征在于，所述实际地层含气量计算模块通过以下公式计算得到实际地层含气量：

I_g＝k·I'_g

其中，I_g为实际地层含气量，k为校正系数。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1～4任一项所述的煤系地层含气量评价方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质包括计算机程序，所述计算机程序运行时控制所述可读存储介质所在电子设备执行权利要求1～4任一项所述的煤系地层含气量评价方法。