[发明专利]一种煤岩脆性指数的确定方法

摘要

一种煤岩脆性指数的确定方法，针对不同煤体结构的煤储层，基于灰分、固定碳和泊松比、杨氏模量力学参数，探讨泊松比、杨氏模量与灰分、固定碳含量间的内在定量关系，查明灰分和固定碳的泊松比、杨氏模量值，并通过详细分析不同煤体结构的测井响应特征，建立煤体结构指数测井评价模型，进而构建考虑煤体结构影响的煤岩脆性指数计算模型，以此计算模型对煤岩的脆性指数进行计算，本发明能够有效地进行煤岩脆性指数计算，提高不同煤体结构地质情况下的煤岩脆性指数的计算精度，将为煤储层压裂施工方案设计提供技术支持。

主权项

一种煤岩脆性指数的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、概率统计法计算煤岩工业组分：利用实验室分析化验的灰分含量和固定碳含量及测井数据，对其煤岩心归位的基础上，进行灰分含量和固定碳含量的测井敏感性参数分析，得知补偿密度与灰分含量、灰分含量与固定碳含量的敏感性最强，于是，构建了煤岩的工业组分测井响应方程，具体如下：Va＝7.2501·ρb‑0.5603   (1)Vf＝‑6.6035·Va+144.72    (2)式中：Va、Vf分别是灰分含量、固定碳含量，％；ρb是煤岩的密度值，g/cm3；通过上述两个方程建立的煤岩工业组分概率统计模型，即可求取煤岩中的灰分含量和固定碳含量；步骤二、灰分、固定碳的泊松比、杨氏模量计算：依据步骤一计算的灰分含量和固定含量，并结合方程(3)、(4)计算的泊松比和杨氏模量，统计待计算井区的固定碳含量、灰分含量、泊松比和杨氏模量，以固定碳含量和灰分含量为自变量，泊松比和杨氏模量为因变量进行相关性分析，查明固定碳含量和灰分含量与泊松比和杨氏模量的内在定量关系，通过对实测资料拟合分析，得出式(5)～(8)所示方程：泊松比：杨氏模量：式中：μ为煤岩的泊松比，无量纲；Dt、Dts分别为煤岩的纵波时差、横波时差，μs/ft；E为煤岩的杨氏模量，104MPa；μ＝‑0.004·Va+0.5426   (5)E＝0.5209·Va‑3.8094   (6)μ＝0.0022·Vf+0.2743    (7)E=109.62·e-0.0564·Vf---(8)]]>由方程(5)～(8)可知，当灰分含量为100％时，泊松比为0.1426、杨氏模量为48.2806，即灰分的泊松比μa＝0.1426、灰分的杨氏模量Ea＝48.2806；当固定碳含量为100％时，泊松比为0.4943、杨氏模量为0.3895，即固定碳的泊松比μf＝0.4943、固定碳的杨氏模量Ef＝0.3895；步骤三、通过系统剖析原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤的测井响应特征，发现随着煤体结构由原生结构煤向糜棱煤过渡，密度测井值和电阻率值减小，而声波时差和井径增大，据此，定义式(9)所示的煤体结构指数；ICS=100·ρbΔt·log(RTCAL)---(9)]]>式中：ICS——煤体结构指数，无因次；RT—电阻率，Ω·m；CAL—井径，cm；其他参数物理意义同上；依据该方法，将密度、声波时差、电阻率及井径测井代入公式(9)，便可求得煤体结构指数ICS，考虑到计算的煤体结构指数ICS值变化范围较大，对ICS值进行归一化处理；步骤四、煤岩脆性指数计算模型构建：依据步骤二可知，煤岩的灰分含量与脆性成正比，固定碳含量与脆性成反比，而灰分、固定碳的泊松比和杨氏模量差异较大，为此，将泊松比、杨氏模量作为其灰分含量和固定碳含量的权系数，以此来表征灰分和固定碳的脆性特征；据此，构建了方程(10)、(11)所示的两个脆性指数计算模型，考虑煤体结构的影响，同时兼顾泊松比和杨氏模量两者均对脆性特性有贡献，最终构建了方程(12)所示的煤岩脆性指数计算模型，具体如下：BI1=VaμaVaμa+Vfμf×100---(10)]]>BI2=VaEaVaEa+VfEf×100---(11)]]>BI=BI1+BI22×ICS---(12)]]>式中：BI1为泊松比与煤岩工业组分结合计算的煤岩脆性指数，％；BI2为杨氏模量与煤岩工业组分结合计算的煤岩脆性指数，％；BI为最终计算的煤岩脆性指数，％；步骤五、煤岩脆性指数计算：将计算的灰分含量Va、μa、Ea和固定碳含量Vf、μf、Ef及煤体结构指数ICS输入公式(10)～(12)得出BI，便可实现煤岩脆性指数的计算。