本實(shí)用發(fā)明涉及一種基于煤巖工業(yè)成分分析的孔隙度計(jì)算方法。

技術(shù)背景

巖石物理學(xué)是架起孔隙介質(zhì)的儲(chǔ)層特性和地震特性之間的橋梁。在巖石物理分析中，根據(jù)儲(chǔ)層特性建立精確的模型有助于提高正演的準(zhǔn)確性，從而更好的模擬介質(zhì)的地震特性以及提高反演解釋的精度。儲(chǔ)層特性中孔隙度、巖性、流體類型是建立巖石物理模型的基礎(chǔ)，其中孔隙度是一個(gè)重要的參數(shù)。在以往的研究中，孔隙度通常采用壓汞法和波爾法測(cè)定，不過(guò)這兩種方法實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜，壓汞法在測(cè)量過(guò)程中由于煤巖極軟，容易破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)而造成結(jié)果偏差，波爾法在測(cè)量過(guò)程中由于煤本身具有吸附的性質(zhì)，會(huì)造成結(jié)果偏大。

在煤炭領(lǐng)域，作為煤質(zhì)關(guān)鍵指標(biāo)的工業(yè)成分分析、體密度等數(shù)據(jù)則大量存在。在目前還未見(jiàn)到通過(guò)煤工業(yè)成分?jǐn)?shù)據(jù)求取孔隙度的方法，這里建立一種快速計(jì)算煤巖孔隙的方法，利用工業(yè)成分獲取孔隙度參數(shù)，即方便快捷又能提高巖石物理正演模擬的精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本技術(shù)方法主要目的是計(jì)算煤巖巖石中的孔隙度，利用研究區(qū)煤質(zhì)分析成果報(bào)告獲取的煤巖視密度、煤工業(yè)成份(灰分、揮發(fā)分、固定碳、硫含量)，通過(guò)本發(fā)明計(jì)算公式獲得煤巖孔隙度。它給出了快速計(jì)算煤巖孔隙度的方法，具有簡(jiǎn)單、快速的特點(diǎn)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案：

(1)煤工業(yè)分析數(shù)據(jù)獲?。和ㄟ^(guò)資料收集獲或者實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方式取研究區(qū)內(nèi)煤工業(yè)分析數(shù)據(jù)。

(2)有機(jī)質(zhì)密度：參考已有煤巖中的有機(jī)質(zhì)密度參數(shù)。

(3)礦物密度計(jì)算：通過(guò)本發(fā)明中的公式計(jì)算礦物平均密度，其中需要用到的某種礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以根據(jù)X-ray或者電子探針?lè)治霁@得，也可以根據(jù)研究區(qū)內(nèi)已有的資料獲得。

(4)孔隙度計(jì)算：通過(guò)本發(fā)明中的公式計(jì)算煤巖孔隙度。

優(yōu)選地，所述煤巖孔隙度計(jì)算方法具體包括以下步驟：

(1)煤工業(yè)分析數(shù)據(jù)獲取：收集研究區(qū)內(nèi)已有的煤質(zhì)分析報(bào)告，或者根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T212-2008實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲取煤工業(yè)分析數(shù)據(jù)，為煤巖孔隙度的計(jì)算提供必要的參數(shù)：空氣干燥基灰分(Aad)——灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)；空氣干燥基揮發(fā)分(Vad)——揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、空氣干燥基固定碳(FCad)——固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)；黃鐵礦硫含量(Sp,d)——黃鐵礦硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

(2)煤巖體密度：根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T6949-2010煤的相對(duì)視密度測(cè)定方法確定，或者根據(jù)研究區(qū)內(nèi)已有資料獲得。

(3)有機(jī)質(zhì)密度：參考已有煤巖中的有機(jī)質(zhì)密度參數(shù)。

(4)礦物密度確定：通過(guò)X-ray分析或者電子探針，或者已有資料，獲得研究區(qū)煤巖礦物質(zhì)量含量數(shù)據(jù)，通過(guò)本發(fā)明中的公式計(jì)算礦物平均密度。

(5)孔隙度計(jì)算：輸入上述步驟中得到的參數(shù)，通過(guò)本發(fā)明公式計(jì)算煤巖孔隙度。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是孔隙度計(jì)算流程圖

圖2是煤巖組成模型

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于此。

根據(jù)大量的巖石樣品成分分析，巖石的組成主要包括礦物(碳酸鹽巖礦物、粘土、石英、黃鐵礦等)、孔隙流體(水、油或氣)和有機(jī)質(zhì)。根據(jù)組成成分，建立簡(jiǎn)單的巖石模型，如圖2所示。

煤工業(yè)成分分析中的四大組分為水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳。其中水分是吸附在煤孔隙表面的內(nèi)在水，屬于孔隙空間的一部分；灰分是是賦存于煤中的礦物質(zhì)在815o±10℃條件下完全燃燒后所得殘留物但并不完全等同于礦物，可以利用Parr校正公式進(jìn)行校正從而表征礦物含量；揮發(fā)分是煤中有機(jī)質(zhì)高溫隔絕空氣狀態(tài)下熱解的產(chǎn)物；固定碳是煤中有機(jī)質(zhì)的主要部分。因此，利用工業(yè)成分分析中的灰分表征礦物含量，揮發(fā)分和固定碳表征有機(jī)質(zhì)含量就可以計(jì)算出煤巖的孔隙度。

根據(jù)圖2所示，孔隙度、礦物體積含量以及有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)該滿足如下關(guān)系：

其中：

Φ-孔隙度，％；

F_礦-全部礦物體積分量，％；

F_{有機(jī)質(zhì)}-煤巖有機(jī)質(zhì)體積分量，％；

根據(jù)如上公式，要確定煤巖孔隙度，關(guān)鍵是求取煤巖中礦物以及有機(jī)質(zhì)的體積分量。下面分以下三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)煤巖孔隙度的計(jì)算。

①煤巖中礦物體積含量的確定：

式中

F_礦＝礦物占煤巖體積分量，％；

W_M＝煤中礦物占煤基質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；

ρ_礦＝全部礦物平均體密度，g/cm³；

ρ_體＝煤巖的體密度，g/cm³；

全部礦物平均密度ρ_礦，通過(guò)公式(3)計(jì)算：

其中W_i和ρ_i分別為巖石各組成礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和體密度。通過(guò)電子探針或者X-ray分析、或者已有資料，獲得各種礦物含量數(shù)據(jù)。其中各種礦物密度值可以參考已有的測(cè)試成果，比如巖石物理手冊(cè)。

W_M由Parr公式(1975年)給定

W_M＝1.08A_ad+0.55S_p,d (4)

式中

A_ad＝灰分質(zhì)量分量，％；

S_p,d＝煤巖中黃鐵礦硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；

②對(duì)于巖石的有機(jī)質(zhì)，通過(guò)煤的工業(yè)成份分析，可以用揮發(fā)分與固定碳之和來(lái)代替。

式中

F_{有機(jī)質(zhì)}＝有機(jī)質(zhì)占煤體積分量，％；

V_ad＝揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；

FC_ad＝固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；

ρ_體＝煤巖體密度，g/cm³；

ρ_{有機(jī)質(zhì)}＝有機(jī)質(zhì)密度，g/cm³；

③煤巖孔隙度求取

式中

φ_{預(yù)測(cè)}＝煤巖預(yù)測(cè)孔隙度值，％；

V_ad＝揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；

A_ad＝灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；

FC_ad＝固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；

S_p,d＝煤巖中黃鐵礦硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；

ρ_體＝煤巖體密度，g/cm³；

ρ_{有機(jī)質(zhì)}＝有機(jī)質(zhì)密度，g/cm³；

公式(6)即為煤巖孔隙度的計(jì)算公式。從中可以看出，孔隙度Φ計(jì)算時(shí)的輸入?yún)?shù)是礦物平均體密度ρ_礦、煤巖體密度ρ_體、揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)V_ad、固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)FC_ad、黃鐵礦硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)S_t,d。

實(shí)施例1：山西晉城趙莊礦煤巖孔隙度計(jì)算，于2016年7月15日進(jìn)行。

利用公式(6)計(jì)算煤巖孔隙度需要的輸入?yún)?shù)是體密度(ρ_體)、礦物平均密度(ρ_礦)、有機(jī)質(zhì)平均密度(ρ_{有機(jī)質(zhì)})、空氣干燥基灰分(Aad)、空氣干燥基揮發(fā)分(Vad)、空氣干燥基固定碳(FCad)、黃鐵礦硫含量(S_p,d)。收集研究區(qū)內(nèi)煤質(zhì)分析報(bào)告，其中ρ_體、Aad、Vad、FCad、S_p,d可以直接從煤質(zhì)分析報(bào)告中獲取。通過(guò)查閱已有文獻(xiàn)資料，得知有機(jī)質(zhì)密度為1.37g/cc。通過(guò)X-ray衍射得到工區(qū)煤巖礦物含量為：粘土礦物占8.59％、石英占11.4％、長(zhǎng)石占1.7％、黃鐵礦為1％，根據(jù)此結(jié)果，由本專利公式(3)計(jì)算得到礦物密度ρm為2.7g/cc。根據(jù)本專利中的公式(6)計(jì)算獲得研究區(qū)內(nèi)煤巖孔隙度，結(jié)果如表1所示。

表1研究區(qū)煤巖孔隙度計(jì)算表

注：表中密度單位均為(g/cc)