基于煤岩工业组分物理体积模型的横波时差曲线构建方法

摘要

基于煤岩工业组分物理体积模型的横波时差曲线构建方法，包括以下步骤：步骤一、测井资料环境影响校正；步骤二、计算固定碳、水分、灰分和挥发份各组分的体积；步骤三、利用已有的岩石波速空间平均模型即Voight-Ruess-Hill模型，计算煤岩骨架灰分、固定碳的等效体积模量Kma、剪切模量μma，流体挥发份、水分的等效体积模量Kf：步骤四、以纵波时差为约束条件，利用煤岩工业组分的体积模量、剪切模量和已经计算出来的各工业组分的体积拟合得到煤岩地层的横波时差曲线；步骤五、利用上述计算所得构建煤岩的横波时差曲线Δtsc，本发明为煤岩力学参数计算和压裂高度测井预测提供较为准确可靠的横波时差信息。

主权项

基于煤岩工业组分物理体积模型的横波时差曲线构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、测井资料环境影响校正：由于煤层气储层埋藏浅，微孔隙和裂缝发育，极易受泥浆侵入的影响；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，因此需要翔实剖析煤层气储层受测井环境影响的因素，并界定主次之分，并依据井眼→围岩→泥浆侵入影响校正的先后顺序，采用测井仪器厂提供的环境影响校正图版进行测井资料环境影响校正；步骤二、煤岩工业组分体积计算：依据煤岩工业组分物理体积模型输入固定碳、灰分、挥发份和水分的纵波时差、密度及中子测井参数，采用复杂岩性地层组分计算方法，计算固定碳、水分、灰分和挥发份各组分的体积；步骤三、煤岩工业组分弹性模量计算：利用已有的岩石波速空间平均模型即Voight‑Ruess‑Hill模型，计算煤岩骨架灰分、固定碳的等效体积模量Kma、剪切模量μma，流体挥发份、水分的等效体积模量Kf： K ma = 1 2 ( K Rc · K Ra K Rc · V Ra + K Ra · V Rc + K Vc · V Vc + K Va · V Va ) μ ma = 1 2 ( μ Rc · μ Ra μ Rc · V Ra + μ Ra · V Rc + μ Vc · V Vc + μ Va · V Va ) - - - ( 3 ) 式（3）中，KRc、KRa、μRc、μRa分别为固定碳、灰分的体积模量和剪切模量；KVc、KVa、μVc、μVa分别为固定碳、灰分的体积模量和剪切模量；Kv、Kw为挥发份和水分的体积模量；步骤四、横波时差曲线的合成：以纵波时差为约束条件，利用煤岩工业组分的体积模量、剪切模量和已经计算出来的各工业组分的体积拟合得到煤岩地层的横波时差曲线，利用纵波时差Δtp作为约束估算β系数；根据Biot‑Gassmann理论可以推导出 ρ b Δ t p 2 = ( K ma + 4 3 μ ma ) ( 1 - β ) + β 2 K ma K w K ma β + ( K ma - K w ) V w - - - ( 4 ) 将式（4）化成一元二次方程或略去二次项即可计算出β;对于各向同性均匀线弹性介质，由Hook定律和牛顿定律，并结合Biot‑Gassmann理论，便可以得出煤岩的横波时差与煤岩骨架剪切模量、β系数及煤岩的体积密度间存在如下关系： Δt sc = 1 μ ma ( 1 - β ) ρ b - - - ( 5 ) 式（5）中，Δtsc为煤岩的横波时差，ρb为煤岩的体积密度；步骤五、利用β、μma、μb根据式（5）便可以构建煤岩的横波时差曲线Δtsc。