基于压汞实验的煤中孔隙校正方法技术

本发明专利技术公开了基于压汞实验的煤中孔隙校正方法，包括如下步骤：1）利用压汞仪对待测煤样进行低压段和高压段压汞试验，并取得压汞数据；2）进行孔隙结构校正，包括：基质压缩效应校正、粒间孔效应和麻皮效应校正和孔隙形状效应校正；3）利用校正后的数据对孔隙结构进行定量表征。本发明专利技术提供了一种利用压汞试验校正煤中煤中孔隙的模型，可以用于煤层气储层评价和瓦斯防治等方面的研究，借鉴和利用国标中的压汞试验方法并取得进汞压力和进汞量数据，之后对影响压汞试验准确性的相关因素进行校正，校正结果可以准确表征煤中孔隙，为煤层气开采和井下瓦斯防治提供了强有力的技术支持。

【技术实现步骤摘要】
基于压汞实验的煤中孔隙校正方法
本专利技术涉及压汞实验
，特别是涉及基于压汞实验的煤中孔隙校正方法。
技术介绍
煤中孔隙是地下水和煤层气(瓦斯)赋存和运移的主要通道，煤储层孔隙发育特征(孔隙数量、孔隙大小、孔径分布等)直接影响煤层气的富集和运移，是煤矿瓦斯防治和煤层气开采的重要基础参数，准确测定煤储层中的孔隙特征对于煤矿井下瓦斯抽采及地面煤层气开发具有重要意义。依据压汞试验获取的真实孔隙信息受到多种因素制约，不同粒度、不同压力阶段的影响因素不同。对于柱状煤芯来讲，煤中孔隙的连通性限制了汞进入孔隙的速度和数量，孔隙测定值往往过偏小；而对于国标中推荐使用的粒状颗粒(3-6mm)来说，压汞试验中存在压缩效应、粒间孔效应和麻皮效应则必须被考虑，不经过原始压汞数据如果不经校正误差可达20％-195％，这对于煤层气开发及瓦斯防治影响巨大，因此必须对压汞试验结果进行校正。压汞仪器的实际工作压力为0.1-400MPa，依据其压力大小可以将其分为低压和高压两个阶段，不同阶段误差产生因素不同。压汞试验的误差主要来自于三个方面：(1)低压阶段的误差主要来源于粒间孔与麻皮效应。当试验样品粒度小于某一阈值且样品表面不光滑时，粒间孔效应和麻皮效应可能严重夸大低压段(大孔、裂隙)孔隙的发育规模；(2)在高压阶段的煤基质压缩效应。由于煤基质为弹性体具有可压缩性，压汞试验中在高压下会对煤产生压缩效应，导致进汞量增加，试验数据的直接解读是过渡孔(2-50nm)显著高于真实值；(3)孔隙形状导致的计算误差：压汞体积计算中假设孔隙为圆柱孔并由Washburn方程得出，比表面积计算时假设样品必须不含墨水瓶形孔和在外施压力下不变形为前提，煤中广泛发育墨水瓶孔，并且在压汞过程中是可以被压缩变形的，这就使得目前常用计算模型和实际孔隙之间存在着重大误差。随着煤层气开采和煤矿瓦斯防治技术的日益深入，对煤储层孔隙测定的精度和准确度提出了更高要求，针对目前最为常用的压汞试验，如何能研发一种能够准确测定煤中孔径分布特征，减少计算误差的方法，为煤层气开采和瓦斯防治提供可靠有效技术支持是本领域急需解决的关键技术难题。所以本专利技术提供一种新的方案来解决此问题。
技术实现思路
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的在于提供基于压汞实验的煤中孔隙校正方法。其解决的技术方案是：基于压汞实验的煤中孔隙校正方法，包括如下步骤：1)利用压汞仪对待测煤样进行低压段和高压段压汞试验，并取得压汞数据；2)进行孔隙结构校正，包括：基质压缩效应校正、粒间孔效应和麻皮效应校正和孔隙形状效应校正；3)利用校正后的数据对孔隙结构进行定量表征。进一步的，所述基质压缩效应校正包括：在压汞过程中的基质收缩变形主要发生在未充填汞的孔隙中，已被汞充填的孔隙中不会继续产生收缩变形，假设煤基质的压缩系数是常数，且未进汞孔隙的压缩变形特征与基质相同，则相邻压力点之间孔隙增量与进汞量存在以下关系：压力点(Pi)下对应的孔隙体积＝压力点(Pi-1)对应的孔隙体积+(Pi-1至Pi阶段的进汞量-Pi-1至Pi阶段体积应变量)，其数学表达式如下：其中，Pi、Pi-1分别为压力点Pi、Pi-1时的压力，单位为MPa；Vpore(Pi)、Vpore(Pi-1)分别为压力点Pi、Pi-1时校正后的孔隙体积，单位为mL/g；VHg(Pi)、VHg(Pi-1)分别为压力点Pi、Pi-1时原始的进汞量，单位为mL/g；VB为样品的堆积体积，单位为mL/g；dV/dP为煤基质的压缩系数。进一步的，所述粒间孔效应和麻皮效应校正包括：基于杨拉普拉斯方程和硅质球状颗粒的压汞试验计算出煤中充满所需的颗粒粒径与进汞压力的关系方程如下：其中，p为进汞压力，单位为MPa；R为颗粒直径，单位为mm；σ为汞的表面张力，为0.485N/m；依据公式(2)计算结果，进汞压力大于0.01MPa以后粒间孔效应可以不必考虑，也即低于0.01MPa压力段的进汞量主要源于粒间孔效应与麻皮效应，应予以舍弃，不计入进汞量数据。进一步的，所述孔隙形状效应校正包括：利用计算压力与孔径的关系通过washburn方程计算得出以下公式：其中，σ为汞的表面张力，为0.485N/m；dp为孔径，单位为nm；p为进汞压力，单位为MPa；θ为煤对汞的润湿角，单位为弧度；孔隙形状不同，孔径与压力之间的关系也有差异，进汞压力与孔裂隙中弯曲液面产生的附加压力Δp有关，根据Young-Laplace方程可以得到Δp与不同形状液面曲率半径之间的关系为：其中，σ为汞的表面张力，为0.485N/m；r1、r2为弯曲液面在两个方向上的曲率半径；当进汞通道为圆柱状孔隙和板状裂隙时，分别会出现r1＝r2和r1＞＞r2的情况，所以对于孔隙和裂隙上式可简化为公式(5)和公式(6)：其中，σ为汞的表面张力，为0.485N/m；rp为圆柱状半径，单位为nm；其中，σ为汞的表面张力，为0.485N/m；df为板状的裂隙和微裂隙开度，单位为nm；孔隙和裂隙进汞压力与临界孔径的关系可用方程(2)表示，则可得公式(7)和公式(8)：其中，σ为汞的表面张力，为0.485N/m；θ为煤对汞的润湿角，通常取值为130°；p为进汞压力，单位为MPa。通过以上技术方案，本专利技术的有益效果为：本专利技术针对目前利用压汞试验获取孔径信息准确率低下，从而制约煤层气开采和瓦斯防治的这一实际问题，提供了一种利用压汞试验校正煤中煤中孔隙的模型，可以用于煤层气储层评价和瓦斯防治等方面的研究，借鉴和利用国标中的压汞试验方法并取得进汞压力和进汞量数据，之后对影响压汞试验准确性的相关因素进行校正，校正结果可以准确表征煤中孔隙，为煤层气开采和井下瓦斯防治提供了强有力的技术支持。附图说明图1为本专利技术的流程图。图2为本专利技术原煤样的进汞曲线图。图3为本专利技术原始进汞曲线及校正结果图。图4为本专利技术不同基质压缩效应校正结果对比图。图5a为本专利技术毛细管力与圆柱状孔隙的关系示意图。图5b为本专利技术毛细管力与长方体孔隙的关系示意图。图6为本专利技术校正前后压汞孔容孔径分布数据对比图图7为本专利技术压汞与N2吸附实验结果对比图。具体实施方式有关本专利技术的前述及其他
技术实现思路
、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图7对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。下面将参照附图描述本专利技术的各示例性的实施例。如图1所示，基于压汞实验的煤中孔隙校正方法，具体步骤如下所述：一、利用压汞仪对待测煤样进行低压段和高压段压汞试验，并取得压汞数据。压汞试验的原理为：使汞仅在施加外力时才可以进入多孔孔隙中，在不断增压的情况下，进汞量作为外压力的函数时，可以利用外压力作用下进入抽空样品中的汞体积，从而测得样品中的孔径分布。本专利技术采用美国Micromerities公司9500型压汞微孔结构测试仪对煤样进行压汞试验的步骤如下：1.1)样品的采集与选择：样品的选取应具有代表性，煤样可以取块状样品，具体为3-6mm的小块，粉状煤样通过四分法取样，重量约5g左右；将选取煤样放置在温度为105℃干燥箱中中烘干2小时，以脱除水分，然后放置在室内干燥皿中冷却至室温；1.2)抽真空及称重：将压汞仪抽取真空低于3Pa后，对样品称重；1.3)低压分析段：向样品池中充本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于压汞实验的煤中孔隙校正方法，其特征在于：包括如下步骤：1)利用压汞仪对待测煤样进行低压段和高压段压汞试验，并取得压汞数据；2)进行孔隙结构校正，包括：基质压缩效应校正、粒间孔效应和麻皮效应校正和孔隙形状效应校正；3)利用校正后的数据对孔隙结构进行定量表征。

【技术特征摘要】
1.基于压汞实验的煤中孔隙校正方法，其特征在于：包括如下步骤：1)利用压汞仪对待测煤样进行低压段和高压段压汞试验，并取得压汞数据；2)进行孔隙结构校正，包括：基质压缩效应校正、粒间孔效应和麻皮效应校正和孔隙形状效应校正；3)利用校正后的数据对孔隙结构进行定量表征。2.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于：所述基质压缩效应校正包括：在压汞过程中的基质收缩变形主要发生在未充填汞的孔隙中，已被汞充填的孔隙中不会继续产生收缩变形，假设煤基质的压缩系数是常数，且未进汞孔隙的压缩变形特征与基质相同，则相邻压力点之间孔隙增量与进汞量存在以下关系：压力点(Pi)下对应的孔隙体积＝压力点(Pi-1)对应的孔隙体积+(Pi-1至Pi阶段的进汞量-Pi-1至Pi阶段体积应变量)，其数学表达式如下：其中，Pi、Pi-1分别为压力点Pi、Pi-1时的压力，单位为MPa；Vpore(Pi)、Vpore(Pi-1)分别为压力点Pi、Pi-1时校正后的孔隙体积，单位为mL/g；VHg(Pi)、VHg(Pi-1)分别为压力点Pi、Pi-1时原始的进汞量，单位为mL/g；VB为样品的堆积体积，单位为mL/g；dV/dP为煤基质的压缩系数。3.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于：所述粒间孔效应和麻皮效应校正包括：基于杨拉普拉斯方程和硅质球状颗粒的压汞试验计算出煤中充满所需的颗粒粒径与进汞压力的关系方程如下：其中，p为进汞压力，单位为MPa；R为颗粒直径...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋党育，李云波，何凯凯，吉小峰，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41