利用阵列声波计算煤岩吸附气含量的方法与流程

本发明涉及一种利用阵列声波计算煤岩吸附气含量的方法，属于深层煤层气含气量评价领域。

背景技术：

1、深层煤层气资源潜力巨大，已成为非常规天然气勘探开发的新领域。中国煤层气资源尤其是深层煤层气资源丰富，其中埋深大于1000m的煤层气地质资源占已探明资源量的63％。含气量是影响煤层资源开发经济潜力的关键储层参数之一，游离气和吸附气的准确评估对资源评估和开采规划具有重要意义。在通过地球物理方法观测到的参数中，纵波幅度是最常用的参数之一。

2、游离气可以通过改变煤的有效应力来影响孔隙度，进而影响煤层纵波幅度。另一方面，吸附气被吸附时会使得煤基质膨胀和孔隙率降低，进而影响煤层纵波幅度，并且与游离气对声波速度的贡献相反。尽管目前已经分析了游离气和吸附气影响纵波幅度的机理，但是吸附气含量与纵波幅度之间的关系尚未单独分析。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种利用阵列声波计算煤岩吸附气含量的方法，该方法综合分析排采数据、解析含气饱和度数据和测井数据，并通过氦气-超声波联测实验和甲烷-超声波联测实验，能够有效提高深层煤层气含气量评价精度，有力支撑深层煤层气勘探开发。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种利用阵列声波计算煤岩吸附气含量的方法，包括如下步骤：

4、根据岩心解析含气量和游离气定性识别结果，结合三孔隙度差、三孔隙度比图版法划分含气量等级，建立煤层总含气量评价模型，计算得到煤层总含气量；

5、将柱塞煤样置于样品缸中，并开展氦气-超声波联测实验和甲烷-超声波联测实验，在孔隙内气体平衡状态下记录不同含气状态下的纵波幅度，并构建声波幅度衰减系数；

6、利用氦气-超声波联测实验结果校正甲烷-超声波联测实验结果，以去除游离气的影响，构建利用声波幅度衰减系数表征煤岩吸附气含量模型；

7、利用研究区吸附气含量数据拟合煤岩吸附气含量模型参数，基于煤层总含气量和煤岩吸附气含量模型参数，利用阵列声波计算煤层吸附气含气量。

8、所述的利用阵列声波计算煤岩吸附气含量的方法，优选地，游离气定性识别的具体过程如下：

9、利用研究区的排采数据和解析含气饱和度数据进行游离气定性识别，划分含游离气井层和不含游离气井层，其中，含游离气井层的筛选标准为：开井即见气或解析含气饱和度大于100％。

10、所述的利用阵列声波计算煤岩吸附气含量的方法，优选地，

11、三孔隙度差的计算公式：

12、φc＝2·φdtc-φcnl-φden

13、三孔隙度比的计算公式：

14、

15、式中，φc为三孔隙度差值；φb为三孔隙度比值；φdtc为声波孔隙度；φcnl为中子孔隙度；φden为密度孔隙度。

16、所述的利用阵列声波计算煤岩吸附气含量的方法，优选地，根据含气量等级划分为三类煤层总含气量评价标准：

17、a：煤层赋存游离气，且总含气量大于25cm3/g：

18、vgas＝a1+b1·gr+c1·aad+d1·fc

19、b：煤层赋存游离气，且总含气量介于15～25cm3/g：

20、vgas＝a2+b2·gr+c2·aad+d2·fc

21、c：煤层不赋存游离气，且总含气量低于15cm3/g：

22、vgas＝a3+b3·gr+c3·aad+d3·fc

23、式中，vgas为总含气量，gr为自然伽马；aad为灰分含量；fc为固定碳含量；a、b、c、d为拟合参数。

24、所述的利用阵列声波计算煤岩吸附气含量的方法，优选地，氦气-超声波联测实验包括如下步骤：

25、将煤岩制成柱塞样，然后将柱塞样置于烘干箱内烘干去除水分；

26、将柱塞样放置在围压为一定值的样品缸中，抽真空以去除残余气体，抽真空后，将样品缸围压设置到实验要求压力；

27、保持围压不变，注入不同压力的氦气以开展氦气-超声波联测实验，根据氦气不吸附的性质，测量煤样仅赋存游离气时的纵波幅度。

28、所述的利用阵列声波计算煤岩吸附气含量的方法，优选地，甲烷-超声波联测实验包括如下步骤：

29、氦气-超声波联测实验完成后，重新抽真空，并保持围压恒定，开展甲烷-超声波联测实验；

30、气体平衡一定时间，保证甲烷被充分吸附，测量煤样在同时赋存吸附气和游离气的纵波幅度；

31、按照体积法等温吸附实验流程，求得煤样不同压力下甲烷的吸附气体积；

32、根据不同孔隙压力下纵波幅度变化构建声波幅度衰减系数i。

33、所述的利用阵列声波计算煤岩吸附气含量的方法，优选地，利用氦气-超声波联测实验结果校正甲烷-超声波联测实验结果，以去除游离气的影响，构建利用声波幅度衰减系数表征煤岩吸附气含量模型，具体过程如下：

34、根据氦气-超声波联测实验结果，得到煤样仅赋存游离气时声波幅度衰减系数与孔隙压力之间的关系：

35、ip-he＝bp+c

36、将氦气-超声波联测实验结果减去甲烷-超声波联测实验结果以去除游离气影响，得到吸附气与声波幅度衰减系数变化量之间的关系，用线性函数拟合：

37、vsorb＝aip-var

38、结合氦气-超声波联测实验时声波幅度衰减系数随气体压力变化规律，甲烷-超声波联测实验测量声波幅度衰减系数与吸附气含量之间的关系为：

39、vsorb＝a(ip-he-ip-ch4)＝a[(bp+c)-ip-ch4]

40、式中，vsorb为吸附气含量；ip-var为声波幅度衰减系数变化量，ip-ch4为甲烷超声波实验时声波幅度衰减系数；ip-he为氦气超声波试验时声波幅度衰减系数；p为气体压力；a、b、c分别为拟合系数。

41、所述的利用阵列声波计算煤岩吸附气含量的方法，优选地，利用研究区吸附气含量数据拟合煤岩吸附气含量模型参数，基于煤层总含气量利用阵列声波计算煤层吸附气含气量，具体包括如下步骤：

42、利用兰格缪尔等温吸附方程结合储层温度和压力计算煤岩储层吸附气含量；

43、利用软件处理煤层阵列声波测井数据，提取相应深度的幅度值并且计算衰减系数；

44、将煤层吸附气含量与煤层衰减系数建立相关性图版，通过最小二乘法得出满足一定误差情况下的全局最优解，得到拟合参数a、b、c；

45、煤层游离气含量为总含气量减去吸附气含量。

46、所述的利用阵列声波计算煤岩吸附气含量的方法，优选地，利用兰格缪尔等温吸附方程结合储层温度和压力计算煤岩储层吸附气含量，计算公式如下：

47、

48、式中，vl为兰格缪尔体积；pl为兰格缪尔压力；p为储层压力。

49、所述的利用阵列声波计算煤岩吸附气含量的方法，优选地，

50、衰减系数计算方法如下：

51、

52、式中，n为接收器个数。

53、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

54、本发明方法综合分析排采数据、解析含气饱和度数据和测井数据，并通过氦气-超声波联测实验和甲烷-超声波联测实验，能够有效提高深层煤层气含气量评价精度，有力支撑深层煤层气勘探开发。