一种基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响校正方法

摘要

本发明提供一种基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响校正方法，通过计算的煤岩工业组分，计算煤岩的最大声波时差Δtmax；确定灰分含量为100％时的声波时差Δta100和碳分含量为100％时的声波时差Δtfc；将确定的灰分含量为100％时的声波时差Δta100和碳分含量为100％时的声波时差Δtfc100代入方程(5)，求出煤层的最大声波时差Δtmax，通过对比实测的煤岩声波时差值Δt与煤层的最大声波时差Δtmax值的大小关系，实现声波时差扩径影响的校正；利用煤岩工业组分灰分含量、碳分含量与声波时差测井值间的内在关系，对煤层气储层声波时差扩径影响进行校正，提高声波时差扩径影响校正的精度。

权利要求

1.一种基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响校正方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、计算煤岩的工业组分：

忽略相对体积小于1％的成分，把煤层看成由碳分、灰分和水分3部分组成；根据煤岩工业组分体积物理模型的基本思想，构建煤岩的工业组分测井响应方程，具体如下：时差：Δt＝Vfc·Δtfc+Va·Δta+Vw·Δtw (1)密度：ρb＝Vfc·ρfc+Va·ρa+Vw·ρw (2)其中：100＝Vfc+Va+Vw (3)式中：Δt、Δtfc、Δta、Δtw分别是煤岩、碳分、灰分、水分的纵波时差，单位μs/m；ρb、3

ρfc、ρa、ρw分别是煤岩、碳分、灰分、水分的密度，单位g/cm ；Vfc、Va、Vw分别是碳分、灰分、水分含量百分数；

通过上述3个方程建立的煤岩工业组分体积物理模型，求得煤层中碳分、灰分、水分的含量百分数Vfc、Va、Vw；

步骤二、计算煤岩的最大声波时差Δtmax：

忽略煤层中的水分含量，煤层的最大声波时差是由灰分的声波时差和碳分的声波时差两部分的贡献综合，如方程(5)所示：式中：Δtmax为煤层的最大声波时差，单位μs/m；Δtfc100为煤层100％含碳分时的声波时差，单位μs/m；Δta100为煤层100％含灰分时的声波时差，单位μs/m；

步骤三、确定灰分含量为100％时的声波时差Δta100：依据步骤一计算的煤岩灰分含量，统计煤层段的灰分含量和未受环境影响的声波时差测井值，以灰分含量为自变量，声波时差为因变量进行相关性分析，得到灰分含量与声波时差的内在关系如方程(6)所示：Va＝-1.2941·Δt+565.98 (6)由方程(6)可知，当灰分含量为100％时，声波时差360.1μs/m，即Δta100＝360.1μs/m；

步骤四、确定碳分含量为100％时的声波时差Δtfc：依据步骤一计算的煤岩碳分含量，统计煤层段的碳分含量和未受环境影响的声波时差测井值，以碳分含量为自变量，声波时差为因变量进行相关性分析，得到碳分含量与声波时差的内在关系如方程(7)所示：Vfc＝1.5678·Δt-565.25 (7)由方程(7)可知，当碳分含量为100％时，声波时差424.3μs/m，即Δtfc100＝

424.3μs/m；

步骤五、基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响校正：将步骤三、四确定的灰分含量为100％时的声波时差Δta100和碳分含量为100％时的声波时差Δtfc100代入方程(5)，求出煤层的最大声波时差Δtmax，基于方程(8)、方程(9)，利用实测的煤岩声波时差值Δt与煤层的最大声波时差Δtmax，便可实现基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响的校正；

当Δtmax＜Δt，则Δtc＝Δtmax (8)当Δtmax＞Δt，则Δtc＝Δt (9)式中：Δtc为经扩径影响校正后的声波时差，μs/m。

说明书

一种基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响校正方法

技术领域

[0001] 本发明属于煤层气勘探开发中的测井技术，特别涉及一种基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响校正方法。

背景技术

[0002] 煤层埋藏浅，微孔隙和割理较为发育，煤层的机械强度低，钻进过程中容易坍塌，扩径影响尤为突出。扩径会导致煤岩的声波时差测井曲线产生不同程度的畸变，测得的声波时差值是泥浆与煤岩真实声波时差及其他影响因素共同贡献的总和，于是造成声波时差测井值常常难以表征煤层气储层的真实地质特征。若不对严重失真的声波时差原始测井数据进行必要的扩径影响校正，将势必造成煤层气储层参数测井评价的精度降低，更为甚者失去利用声波时差测井进行储层评价的意义。

[0003] 尽管声波时差在测量时已经使用双探测器补偿原理做了扩径影响校正，但扩径较严重时声波时差测井值依然会受到井眼扩大的影响。

[0004] 现有声波时差扩径影响校正中，最常用方法是根据测井仪器制造公司提供的校正图版。此类图版主要针对石油天然气领域的砂岩储层而研制的，而并非煤层气储层，将其用于煤层气储层扩径影响校正，适用性将大大降低，其校正的精度难以满足煤层气储层测井评价的要求；密度刻度声波时差校正法要求密度测井曲线不受扩径的影响，煤层气储层受不同程度的扩径影响，扩径段的密度测井曲线也产生不同程度的畸变，因此利用失真的密度测井值来反推声波时差值，其误差较高，精度难以保证；Smith——Gardner公式联解法是建立在深电阻率受扩径的影响较小、可以忽略不计基础上的。然而，煤层气储层扩径影响较为严重，泥浆对电阻率的影响不可忽略，校正效果随之亦较差。

[0005] 从现有的声波时差扩径影响校正方法来看，都不同程度地存在一些不足。尚且没有专门针对煤层气储层的声波时差扩径影响校正方法，这给煤层气储层声波时差扩径影响的校正处理带来不便。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服上述现有方法的不足，提供一种基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响校正方法，利用煤岩工业组分灰分含量、碳分含量与声波时差测井值间的内在关系，对煤层气储层声波时差扩径影响进行校正，提高声波时差扩径影响校正的精度。

[0007] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0008] 一种基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响校正方法，包括以下步骤：

[0009] 步骤一、计算煤岩的工业组分：

[0010] 把煤层看成由碳分、灰分和水分3部分组成，计算得到煤层的碳分、灰分、水分含量百分数Vfc、Va、Vw；

[0011] 步骤二、计算煤岩的最大声波时差Δtmax：

[0012] 由于煤层中水分含量很小，可忽略不计，于是煤层的最大声波时差是灰分的声波时差和碳分的声波时差两部分的贡献综合，如方程(5)所示：

[0013]

[0014] 式中：Δtmax为煤层的最大声波时差，单位μs/m；Δtfc100为煤层100％含碳分时的声波时差，单位μs/m；Δta100为煤层100％含灰分时的声波时差，单位μs/m；

[0015] 步骤三、确定灰分含量为100％时的声波时差Δta100：

[0016] 依据步骤一计算的煤岩灰分含量，统计煤层段的灰分含量和未受环境影响的声波时差测井值，以灰分含量为自变量，声波时差为因变量进行相关性分析，得到灰分含量与声波时差的内在关系如方程(6)所示：

[0017] Va＝-1.2941·Δt+565.98 (6)

[0018] 由方程(6)可知，当灰分含量为100％时，声波时差360.1μs/m，即Δta100＝360.1μs/m；

[0019] 步骤四、确定碳分含量为100％时的声波时差Δtfc：

[0020] 依据步骤一计算的煤岩碳分含量，统计煤层段的碳分含量和未受环境影响的声波时差测井值，以碳分含量为自变量，声波时差为因变量进行相关性分析，得到碳分含量与声波时差的内在关系如方程(7)所示：

[0021] Vfc＝1.5678·Δt-565.25 (7)

[0022] 由方程(7)可知，当碳分含量为100％时，声波时差424.3μs/m，即Δtfc100＝424.3μs/m；

[0023] 步骤五、基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响校正：

[0024] 将步骤三、四确定的灰分含量为100％时的声波时差Δta100和碳分含量为100％时的声波时差Δtfc100代入方程(5)，求出煤层的最大声波时差Δtmax，基于方程(8)、方程(9)，利用实测的煤岩声波时差值Δt与煤层的最大声波时差Δtmax，便可实现基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响的校正；

[0025] 当Δtmax＜Δt，则Δtc＝Δtmax (8)

[0026] 当Δtmax＞Δt，则Δtc＝Δt (9)

[0027] 式中：Δtc为经扩径影响校正后的声波时差，μs/m。

[0028] 作为本发明的进一步优化方案，步骤一、具体步骤如下：

[0029] 忽略相对体积小于1％的成分，如二氧化硅、硝酸盐、菱铁矿、硫及其他稀散元素，把煤层看成由碳分、灰分和水分3部分组成；根据煤岩工业组分体积物理模型的基本思想，构建煤岩的工业组分测井响应方程，具体如下：

[0030] 时差：Δt＝Vfc·Δtfc+Va·Δta+Vw·Δtw (1)

[0031] 密度：ρb＝Vfc·ρfc+Va·ρa+Vw·ρw (2)

[0032] 其中：100＝Vfc+Va+Vw (3)

[0033] 式中：Δt、Δtfc、Δta、Δtw分别是煤岩、碳分、灰分、水分的纵波时差，单位μs/m；3
ρb、ρfc、ρa、ρw分别是煤岩、碳分、灰分、水分的密度，单位g/cm ；Vfc、Va、Vw分别是碳分、灰分、水分含量百分数；通过上述3个方程建立的煤岩工业组分体积物理模型，求得煤层中碳分、灰分、水分的含量。

[0034] 本发明基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响校正方法，针对煤层气储层，基于煤岩工业组分，建立声波时差扩径影响校正模型，该模型不仅反映了煤岩中灰分含量对实测声波时差的影响，而且考虑了碳分含量对实测声波时差值的贡献，使得测井分析能够根据灰分含量和碳分含量更加方便自如地进行声波时差扩径影响校正，从而为煤岩力学参数计算提供更真实可靠的声波时差测井信息。基于煤岩工业组分，充分利用灰分含量、碳分含量与声波时差测井值间的内在关系，对煤层气储层声波时差扩径影响进行校正，将煤岩的灰分含量、碳分含量与实测声波时差有机结合在一起，所校正的声波时差曲线与实验室分析化验的声波时差值基本重叠，提高声波时差扩径影响校正精度的同时，为提升煤岩力学参数的测井计算精度提供强有力的保障。

附图说明

[0035] 图1为本发明的方法流程图。

[0036] 图2为本发明中的煤层气储层声波时差与灰分含量关系图。

[0037] 图3为本发明中的煤层气储层声波时差与碳分含量关系图。

[0038] 图4为本发明中的基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响校正结果与实验室分析化验的声波时差对比图。

具体实施方式

[0039] 下面结合附图对本发明的技术方案做详细叙述。

[0040] 参照图1，一种基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响校正方法，包括以下步骤：

[0041] 步骤一、计算煤岩的工业组分：忽略相对体积小于1％的成分，如二氧化硅、硝酸盐、菱铁矿、硫以及一些稀散元素等，把煤层看成是由碳分、灰分和水分3部分所组成；根据煤岩工业组分体积物理模型的基本思想，构建煤岩的工业组分测井响应方程，具体如下：

[0042] 时差：Δt＝Vfc·Δtfc+Va·Δta+Vw·Δtw (1)

[0043] 密度：ρb＝Vfc·ρfc+Va·ρa+Vw·ρw (2)

[0044] 其中：100＝Vfc+Va+Vw (3)

[0045] 式中：Δt、Δtfc、Δta、Δtw分别是煤岩、碳分、灰分、水分的纵波时差，μs/m；ρb、3
ρfc、ρa、ρw分别是煤岩、碳分、灰分、水分的密度，g/cm ；Vfc、Va、Vw分别是碳分、灰分、水分含量，％。

[0046] 通过上述3个方程建立的煤岩工业组分体积物理模型，即可求取煤层中碳分、灰分、水分的含量。

[0047] 步骤二、计算煤岩的最大声波时差Δtmax：由步骤一中的方案可知，煤岩的工业组分由碳分、灰分和水分3部分所组成。由于煤层中的水分含量很少，可以忽略不计。于是，煤层的最大声波时差是灰分的声波时差和碳分的声波时差两部分的贡献综合，可表示成方程(5)所示。

[0048]

[0049] 式中：Δtmax为煤层的最大声波时差，μs/m；Δtfc100为煤层100％含碳分时的声波时差，μs/m；Δta100为煤层100％含灰分时的声波时差，μs/m；其他参数物理意义同上。

[0050] 步骤三、确定灰分含量为100％时的声波时差Δta100：依据步骤一方案计算的煤岩灰分含量，统计煤层段的灰分含量和未受环境影响的声波时差测井值，以灰分含量为自变量，声波时差为因变量进行相关性分析，探明灰分含量与声波时差的内在关系如图2。通过对实测资料拟合分析，得出式(6)所示方程：

[0051] Va＝-1.2941·Δt+565.98 (6)

[0052] 由方程(6)可知，当灰分含量为100％时，声波时差360.1μs/m，即Δta100＝360.1μs/m。

[0053] 步骤四、确定碳分含量为100％时的声波时差Δtfc：依据步骤一方案计算的煤岩碳分含量，统计煤层段的碳分含量和未受环境影响的声波时差测井值，以碳分含量为自变量，声波时差为因变量进行相关性分析，探明碳分含量与声波时差的内在关系如图3。通过对实测资料拟合分析，得出式(7)所示方程：

[0054] Vfc＝1.5678·Δt-565.25 (7)

[0055] 由方程(7)可知，当碳分含量为100％时，声波时差424.3μs/m，即Δtfc100＝424.3μs/m。

[0056] 步骤五、基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响校正：将步骤三、四确定的灰分含量为100％时的声波时差Δta100和碳分含量为100％时的声波时差Δtfc100输入公式(5)，求出煤层的最大声波时差Δtmax。基于方程(8)、方程(9)，利用实测的煤岩声波时差值Δt与煤层的最大声波时差Δtmax，便可实现基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响的校正。

[0057] 当Δtmax＜Δt，则Δtc＝Δtmax (8)

[0058] 当Δtmax＞Δt，则Δtc＝Δt (9)

[0059] 式中：Δtc为经扩径影响校正后的声波时差，μs/m。

[0060] 利用实测的煤岩声波时差值Δt与煤层的最大声波时差Δtmax，便可实现基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响的校正。

[0061] 实际工作中，可利用灰分含量、固定碳含量实验室分析化验值和未受环境影响的声波时差测井值，拟合地区经验方程来获取灰分含量为100％时的声波时差Δta100和碳分含量为100％时的声波时差Δtfc100，结合测井计算的灰分含量Va，便可求得煤岩的最大声波时差Δtma。将煤岩的最大声波时差Δtmax与实测声波时差值代入方程(8)、方程(9)，便可得到校正后的煤岩声波时差值。

[0062] 基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响校正方法已经在实际煤层气储层中得到试用。在X井的基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响的校正应用中，参照图4，1211～1216.6、1226.5～1228m井段均为煤层，从所对应的井径曲线可知，煤层段均存在不同程度的扩径，尤其是1211～1216.6m井段上部扩径非常严重，该扩径严重井段的声波时差响应值高达455～506μs/m，由煤心室内分析化验的声波时差可知，该段声波时差为408～
414μs/m，充分说明扩径的影响造成实测的声波时差值严重失真。

[0063] 对比校正前后声波时差值与煤岩心的声波时差实验室分析值可知，在扩径段，校正后的声波时差值比校正前的声波时差小，与实验室分析的声波时差值非常接近，校正结果在煤层正常声波时差测井响应值范围之内，从而说明本发明中所述方法能够有效对声波时差的扩径影响进行校正。该方法在一定程度上降低了扩径的影响，校正效果能够满足煤层气储层测井评价的要求。因此，该法提高了煤层声波时差扩径影响校正精度的同时，降低了利用声波时差计算煤岩力学参数的误差，具有良好的推广应用价值。

[0064] 本领域的技术人员应当理解，由于煤层气储层的声波时差也受其他环境因素的影响，为了保证该方法的有效可行性，必须保障声波时差曲线的其他环境影响校正效果良好，基于煤岩工业组分的声波时差扩径影响校正结果才具有较高的精度。