CN119827552B - 一种考虑有机碳含量的煤岩核磁共振孔隙度校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑有机碳含量的煤岩核磁共振孔隙度校正方法，包括对煤岩样品进行饱和水处理，并获取煤岩样品的饱和水核磁孔隙度；选取相同煤岩样品开展总有机碳测定，获取煤岩样品的总有机碳含量；开展煤岩镜质体反射率测定，获取煤岩样品的镜质体反射率；根据饱和水核磁孔隙度、总有机碳含量、镜质体反射率进行煤岩核磁共振饱水孔隙度校正，得到校正孔隙度。本发明引入煤岩基础数据测试所得的总有机碳含量和代表煤岩演化阶段的镜质体反射率数据，进行校正以消除煤岩岩石基质中的核磁信号，校正后的数据更为真实可靠且方法方便实惠，可以大面积展开，对于煤岩气的大规模勘探与开发具有重要的指导意义。

Description

一种考虑有机碳含量的煤岩核磁共振孔隙度校正方法

技术领域

本发明涉及一种考虑有机碳含量的煤岩核磁共振孔隙度校正方法，属于地质勘探技术领域。

背景技术

煤岩气作为天然气行业新兴的重要领域，煤岩孔隙度分析对于评价煤岩气的储集能力及煤岩气的勘探开发至关重要。孔隙度是指岩石中未被固态物质填满的空洞体积与岩石整体体积的比值。它是一个重要的地质学参数，因为它直接影响到岩石的渗透性和储存能力(SY/T 5336-2006岩心分析方法)。然而，由于煤岩岩石特征的特殊性，用真空干燥器中干燥的煤层岩心进行煤的孔隙度测定。煤的风化研究表明这种干燥方法改变了煤的结构，得出了错误的结果。用未干燥岩心测定层理孔隙度的混相驱替法中，示踪剂发生吸附就会产生错误的结果。

基于气体在岩石孔隙中的扩散和吸附行为，通过测量气体在岩石中的平衡压力来计算孔隙度，测量过程可能需要较长时间，主要用于常规储层的孔隙度测量，尤其是在孔隙结构简单的岩石中，主要测量连通孔隙度，难以直接测量不连通孔隙度，数据解释相对直观，但可能需要考虑气体饱和度和岩石类型的影响。

因此，为避免传统测试方法的实验误差，现引入核磁共振(NMR)技术进行孔隙测试，核磁共振(NMR)技术基于原子核自旋在外加磁场中的磁性响应，通过测量核磁共振信号的弛豫时间来计算孔隙度，是一种快速、可重复、无损的检测方法，能够区分不同类型的孔隙度，如总孔隙度、毛细孔隙度、有效孔隙度等，并能区分自由流体和束缚流体，广泛应用于岩心和储层(尤其是非常规油气藏，如煤岩气)的孔隙度测试。通过测量岩心样品中水分子的弛豫时间，可以间接得到孔隙结构的信息，从而计算出孔隙度。在测试孔隙度时，核磁共振的原理是对岩体孔隙结构中流体氢核1H的检测，由于岩体骨架中的碳元素在测量中不会产生核磁信号，从而不会影响测量结果。但在针对煤岩的应用过程中，核磁共振技术存在部分缺陷。煤岩由古代植物大量堆积在特定的物理化学及地质条件下形成，主要是有机物质组成，含有丰富的有机物质。煤岩的核磁共振孔隙度测试，特别是总有机碳含量高(普遍高于70％)的煤岩，有机质分子中的大量氢核也会被核磁共振测试出，这会导致测量所得的核磁孔隙度偏高，影响核磁结果的可靠性，如图2。杨文宽于1987年提出的煤分子式C₁₀₂H₉₆O₂₆可以看出，煤岩含有与C含量相当的H元素，可以利用其总有机碳含量代表其H核含量。煤岩总有机碳含量主要受煤岩形成时的有机物质含量，以及煤岩形成后的埋藏演化控制，且总有机碳含量和代表煤岩演化程度的镜质体反射率可以快速实惠测得。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供一种考虑有机碳含量的煤岩核磁共振孔隙度校正方法。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种考虑有机碳含量的煤岩核磁共振孔隙度校正方法，包括以下步骤：

S1、获取煤岩样品；

S2、对煤岩样品进行饱和水处理，并获取煤岩样品的饱和水核磁孔隙度φ_w；

S3、对煤岩样品进行烘干处理，并获取干燥状态下煤岩样品的岩石骨架氢核数据R_m；

S4、选取相同煤岩样品开展总有机碳测定，获取煤岩样品的总有机碳含量TOC；

S5、开展煤岩镜质体反射率测定，获取煤岩样品的镜质体反射率R_o；

S6、分别建立总有机碳与镜质体反射率和岩石骨架核磁数据的一元回归方程；

S7、建立总有机碳与镜质体反射率和煤岩岩石骨架核磁数据的二元回归方程；

S8、建立饱和水核磁孔隙度φ_w与总有机碳含量TOC、镜质体反射率R_o和校正后核磁共振孔隙度的计算公式；

φ_R＝φ_w-2.9768ln(TOC)+0.0543ln(R_o)+10.2738

式中：φ_R为校正孔隙度；φ_w为饱和水核磁孔隙度；TOC为总有机碳含量；R_o为镜质体反射率；

S9、根据饱和水核磁孔隙度φ_w、总有机碳含量TOC、镜质体反射率R_o进行煤岩核磁共振饱水孔隙度校正，得到校正孔隙度φ_R。

进一步的技术方案是，所述步骤S1中煤岩样品为目标区域的煤岩岩心或剖面露头样品。

进一步的技术方案是，所述步骤S2中在真空条件下加压15MPa饱和水48h进行饱和水处理。

进一步的技术方案是，所述步骤S2中饱水后开展样品饱和水核磁共振分析测试，得到饱和水样品核磁共振信号和弛豫时间，并基于饱和水样品核磁共振信号计算得到煤岩样品的饱和水核磁孔隙度φ_w。

进一步的技术方案是，所述步骤S3中对煤岩样品在120℃条件下干燥24h进行烘干处理。

进一步的技术方案是，所述步骤S3中对不饱和流体进行核磁共振分析，得到干燥样品核磁共振信号和弛豫时间，并计算得出干燥状态下煤岩样品岩石骨架氢核数据。

进一步的技术方案是，所述步骤S6中的一元回归方程包括：

R_m＝3.0164ln(TOC)-10.475

R_m＝-4.006ln(R_o)+4.7922

式中：R_m为岩石骨架氢核数据；TOC为总有机碳含量；R_o为镜质体反射率。

进一步的技术方案是，所述步骤S7中的二元回归方程为：

R_m＝2.9768ln(TOC)-0.0543ln(R_o)-10.2738

式中：R_m为岩石骨架氢核数据；TOC为总有机碳含量；R_o为镜质体反射率。

本发明具有以下有益效果：本发明针对目前煤岩核磁共振孔隙度测试存在的误差和弊端，引入煤岩基础数据测试所得的总有机碳含量和代表煤岩演化阶段的镜质体反射率数据，进行校正以消除煤岩岩石基质中的核磁信号，校正后的数据更为真实可靠且方法方便实惠，可以大面积展开，对于煤岩气的大规模勘探与开发具有重要的指导意义。

附图说明

图1为流程图；

图2为核磁孔隙测试概念图；

图3为不同地区样品饱水核磁共振T₂谱图；

图4为不同地区样品干燥后核磁共振T₂谱图；

图5为TOC与R_m(a)、R_o与R_m(b)线性回归图；

图6为二元回归线性拟合图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明的一种深层页岩天然裂缝水化后力学强度的测试方法，具体包括以下步骤：

S1、采集样品，获取盆地不同地区不同深度段不同物理性质的煤岩岩心和剖面露头样品；

采集鄂尔多斯盆地扒楼沟剖面二叠、神木地区石炭系井下岩心、佳县地区石炭系井下岩心和横山地区二叠系与石炭系井下岩心共15块煤岩样品，对其开展总有机碳和镜质体反射率测定。

表1煤岩样品分析测试结果表

S2、对所有煤岩样品在真空条件下加压15MPa饱和水48h进行饱和水处理，饱水后开展样品饱和水核磁共振分析测试，得到饱和水样品核磁共振信号和弛豫时间；并基于样品饱水核磁共振信号计算得出所有样品的饱和水核磁孔隙度φ_w；

S3、对煤岩样品在120℃条件下干燥24h进行烘干处理，然后不饱和流体进行核磁共振分析，得到干燥样品核磁共振信号和弛豫时间，并计算得出干燥状态下煤岩样品的岩石骨架氢核数据R_m；

S4、选取相同煤岩样品开展总有机碳测定，获取煤岩样品的总有机碳含量TOC；

S5、开展煤岩镜质体反射率测定，获取煤岩样品的镜质体反射率R_o；

S6、分别建立总有机碳与镜质体反射率R_o和岩石骨架核磁数据R_m的一元回归方程；

其中总有机碳含量TOC与煤岩样品的岩石骨架核磁数据R_m的一元回归方程为：

R_m＝3.0164ln(TOC)-10.475,(R²＝0.91)

式中：R_m为岩石骨架氢核数据；TOC为总有机碳含量；

镜质体反射率R_o与煤岩岩石骨架核磁数据R_m的一元回归方程为：

R_m＝-4.006ln(R_o)+4.7922,(R²＝0.92)

式中：R_m为岩石骨架氢核数据；R_o为镜质体反射率；

S7、建立总有机碳与镜质体反射率和煤岩岩石骨架核磁数据的二元回归方程；

y＝-39.1202x₁+174.5889x₂-84.0028

即，

R_m＝2.9768ln(TOC)-0.0543ln(R_o)-10.2738,(R²＝0.94)

式中：R_m为岩石骨架氢核数据；TOC为总有机碳含量；R_o为镜质体反射率；

S8、建立饱和水核磁孔隙度φ_w与总有机碳含量TOC、镜质体反射率R_o和校正后核磁共振孔隙度的计算公式；

φ_R＝φ_w-2.9768ln(TOC)+0.0543ln(R_o)+10.2738

式中：φ_R为校正孔隙度；φ_w为饱和水核磁孔隙度；TOC为总有机碳含量；R_o为镜质体反射率；

S9、根据饱和水核磁孔隙度φ_w、总有机碳含量TOC、镜质体反射率R_o进行煤岩核磁共振饱水孔隙度校正，得到校正孔隙度φ_R。

实施例

采集三个煤岩样品，开展饱水核磁共振测试，并利用本发明的校正公式进行校正，计算得到校正后煤岩孔隙度数据，结果如下。

样本1实测孔隙度3.12％，常规饱水核磁测试孔隙度5.54％，校正后孔隙度3.10％，校正前误差43.68％，校正后误差0.854％；

样本2实测孔隙度2.47％，常规饱水核磁测试孔隙度4.43％，校正后孔隙度2.49％，校正前误差44.24％，校正后误差0.977％；

样本3实测孔隙度2.46％，常规饱水核磁测试孔隙度4.59％，校正后孔隙度2.44％，校正前误差46.41％，校正后误差0.677％。

通过本发明进行核磁共振孔隙度校正结果与实测数据误差均小于1％。本发明技术准确可靠，计算效果好。

以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容作出一些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种考虑有机碳含量的煤岩核磁共振孔隙度校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取煤岩样品；

S2、对煤岩样品进行饱和水处理，并获取煤岩样品的饱和水核磁孔隙度φ_w；

S3、对煤岩样品进行烘干处理，并获取干燥状态下煤岩样品的岩石骨架氢核数据R_m；

S4、选取相同煤岩样品开展总有机碳测定，获取煤岩样品的总有机碳含量TOC；

S5、开展煤岩镜质体反射率测定，获取煤岩样品的镜质体反射率R_o；

S6、分别建立总有机碳与镜质体反射率和岩石骨架核磁数据的一元回归方程；

S7、建立总有机碳与镜质体反射率和煤岩岩石骨架核磁数据的二元回归方程；

S8、建立饱和水核磁孔隙度φ_w与总有机碳含量TOC、镜质体反射率R_o和校正后核磁共振孔隙度的计算公式；

φ_R＝φ_w-2.9768ln(TOC×100)+0.0543ln(R_o×100)+10.2738

式中：φ_R为校正孔隙度；φ_w为饱和水核磁孔隙度；TOC为总有机碳含量；R_o为镜质体反射率；

S9、根据饱和水核磁孔隙度φ_w、总有机碳含量TOC、镜质体反射率R_o进行煤岩核磁共振饱水孔隙度校正，得到校正孔隙度φ_R。

2.根据权利要求1所述的一种考虑有机碳含量的煤岩核磁共振孔隙度校正方法，其特征在于，所述步骤S1中煤岩样品为目标区域的煤岩岩心或剖面露头样品。

3.根据权利要求1所述的一种考虑有机碳含量的煤岩核磁共振孔隙度校正方法，其特征在于，所述步骤S2中在真空条件下加压15MPa饱和水48h进行饱和水处理。

4.根据权利要求3所述的一种考虑有机碳含量的煤岩核磁共振孔隙度校正方法，其特征在于，所述步骤S2中饱水后开展样品饱和水核磁共振分析测试，得到饱和水样品核磁共振信号和弛豫时间，并基于饱和水样品核磁共振信号计算得到煤岩样品的饱和水核磁孔隙度φ_w。

5.根据权利要求1所述的一种考虑有机碳含量的煤岩核磁共振孔隙度校正方法，其特征在于，所述步骤S3中对煤岩样品在120℃条件下干燥24h进行烘干处理。

6.根据权利要求5所述的一种考虑有机碳含量的煤岩核磁共振孔隙度校正方法，其特征在于，所述步骤S3中对不饱和流体进行核磁共振分析，得到干燥样品核磁共振信号和弛豫时间，并计算得出干燥状态下煤岩样品岩石骨架氢核数据。

7.根据权利要求1所述的一种考虑有机碳含量的煤岩核磁共振孔隙度校正方法，其特征在于，所述步骤S6中的一元回归方程包括：

R_m＝3.0164ln(TOC×100)-10.475

R_m＝-4.006ln(R_o×100)+4.7922

式中：R_m为岩石骨架氢核数据；TOC为总有机碳含量；R_o为镜质体反射率。

8.根据权利要求1所述的一种考虑有机碳含量的煤岩核磁共振孔隙度校正方法，其特征在于，所述步骤S7中的二元回归方程为：

R_m＝2.9768ln(TOC×100)-0.0543ln(R_o×100)-10.2738

式中：R_m为岩石骨架氢核数据；TOC为总有机碳含量；R_o为镜质体反射率。