一种煤层微构造的定量表征和预测方法技术

本发明专利技术公开一种煤层微构造的定量表征和预测方法，包括观测并统计全直径煤芯样本表面的微构造发育情况，从全直径煤芯中心出发统计不同半径的圆内煤芯表面的微构造数量，以半径为自变量，以微构造数量为因变量建立对数坐标系，对数坐标系中的数据点进行线性回归之后得到的回归方程斜率即为微构造半径维数，以此作为煤层微构造的定量表征；统计酸可溶物含量并进行测井数据的标定；建立双层双层人工神经网络模型；根据所有煤芯样本划分训练集和测试集，建立了能够实现煤层微构造定量预测的双层人工神经网络模型。本发明专利技术能够实现煤层微构造的定量表征及预测，且能够适用于不同环境和岩性的煤岩样本，对深部煤层气等开发禁区有着重要的指导意义。要的指导意义。要的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种煤层微构造的定量表征和预测方法


[0001]本专利技术具体涉及一种煤层微构造的定量表征和预测方法，属于非常规天然气勘探开发


技术介绍

[0002]深部煤层气也称深层煤层气，是指储存于埋深1500米以深煤层中的烃类气体，而埋深1500米以浅的煤层气称为浅部煤层气(或中浅煤层气)。据第四次资源评价，我国埋深1500米
‑
2000米的煤层气资源量为11.93万亿方，2000米以深的煤层气资源量尚未开展系统评价；经中石油评价，鄂尔多斯盆地深层煤层气的资源量为23万亿方，仅此就与全国浅部煤层气资源量相当。但是，基于各种原因尤其是技术水平限制，深部煤层气开发一直是国内外煤层气开发的禁区。
[0003]受页岩气体积压裂的启发，深部煤层气开发需要像页岩气开发一样形成缝网，以避免走浅部煤层气的老路。长久以来，在传统的观念中，煤层无法像页岩一样形成缝网，是因为页岩属于典型的脆性岩石，而煤层是典型的塑形地层，按照页岩压裂形成缝网的判别标准，深部煤层是不具备能够形成缝网的客观条件的。但是，事实并非如此，一些学者发现由于深部煤层本质不同于页岩，在深部煤层厚度大(平均在6m以上)，含气量高(平均25.2m3/t)等条件下，深部煤层是可能能够压裂形成缝网的。正如天然裂缝是页岩的最重要特征，煤体内部随机分布且近似正交发育的微构造是深部煤层的最重要特征。微构造是煤区别与其他储层的特性，也是气水的主要渗流通道，对于煤层气的开采有决定性的影响；最重要的，微构造是缝网形成和延伸的客观基础。因此，需要对微构造形态进行精细描述。裂缝研究是国内外研究的热点，也非常精细。在裂缝研究中，裂缝用裂缝开度、开度粗糙度、开度场空间相关长度、裂缝趋势面波动系数、趋势面的空间相关长度共5个参数来表征。显然，微构造也可以用类似的几个参数来表征，但深部煤层微构造独具个性，而且参数多将难以指导现场实际。因此，开展微构造定量表征和预测相关研究能够为认识和开发深部煤层气提供有效指导。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要是克服现有技术中存在的缺点，本专利技术提供一种煤层微构造的定量表征和预测方法，本专利技术在输入煤层常规测井参数后，能够有效预测出煤层微构造发育情况且预测准确率在90％以上，对认识和开发深部煤层气等开发禁区具有重要的指导意义。
[0005]本专利技术解决上述技术问题，所提供的技术方案是：一种煤层微构造的定量表征和预测方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、获取目标区域的多个全直径天然煤芯，并获得每个全直径天然煤芯煤层的密度、盖层的密度、底层的密度、煤层的声波时差、盖层的声波时差、底层的声波时差、煤层的自然伽马、盖层的自然伽马、底层的自然伽马、补偿中子、电阻率；
[0007]步骤2、基于分形理论，从每个全直径天然煤芯的中心出发作一系列不同半径的
圆，观测并统计不同大小圆内煤芯表面的微构造数量；
[0008]步骤3、以半径为自变量，以微构造数量为因变量，建立对数坐标系，对数据点进行线性回归，得到每个全直径天然煤芯的微构造半径维数；
[0009]步骤4、对每个全直径天然煤芯进行X衍射实验分析，统计酸可溶物的含量，并对酸可溶物含量进行测井数据的标定；
[0010]步骤5、根据每个圆柱煤的密度、盖层的密度、底层的密度、煤层的声波时差、盖层的声波时差、底层的声波时差、煤层的自然伽马、盖层的自然伽马、底层的自然伽马、补偿中子、电阻率、酸可溶物含量、微构造半径维数构建数据集；
[0011]步骤6、以煤层的密度、盖层的密度、底层的密度、煤层的声波时差、盖层的声波时差、底层的声波时差、煤层的自然伽马、盖层的自然伽马、底层的自然伽马参数为输入，以酸可溶物含量为输出，搭建第一层人工神经网络；再以酸可溶物含量、补偿中子、电阻率为输入，以微构造半径维数为输出，搭建第二层人工神经网络；
[0012]步骤7、对数据集进行标准化处理，并将数据集划分为训练集和测试集；基于训练集不断调整双层人工神经网络的结构和参数，测试集下最高精度的网络即为最终的煤层微构造定量预测模型，并通过煤层微构造定量预测模型预测微构造半径维数。
[0013]进一步的技术方案是，所述步骤1中获取目标区域不同深度下直径100mm的全直径天然煤芯样本，并对全直径天然煤芯样本的断面进行切割打磨，使其表面平整光滑便于统计。
[0014]进一步的技术方案是，所述步骤2中从每个全直径天然煤芯的中心出发作半径为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm的圆。
[0015]进一步的技术方案是，所述步骤3的具体过程为：
[0016]步骤31、将半径r
i
作为自变量序列，将微构造数量N
i
(r)作为因变量序列，即：
[0017]r
i
＝{r
i
(k)|i＝1,2,
…
,m；k＝1,2,
…
,n}
[0018]N
i
＝{N
i
(k)|i＝1,2,
…
,m；k＝1,2,
…
,n}
[0019]式中：m是收集到的样本数；n是不同半径的圆的数量；
[0020]根据分形理论，半径r和该半径下圆内的微构造数量N(r)服从标度不变的幂律关系，即：
[0021]N(r)＝Cr
D
[0022]式中：D是微构造半径维数；C是常数；
[0023]步骤32、对半径r
i
和微构造数量N
i
(r)取对数得到lgr
i
和lgN
i
(r)，建立对数坐标系；
[0024]步骤33、根据对数坐标系下的数据散点(lgr
i
,lgN
i
(r))进行线性回归，由分形理论可得：
[0025]lgN
i
(r)＝D
i
lgr
i
+lgC
i
[0026]式中：D
i
是回归方程的斜率，C
i
是一系列常数。
[0027]进一步的技术方案是，所述步骤4的具体过程为：
[0028]步骤41、取全直径天然煤芯中的填充物进行X射线衍射实验，统计每个全直径天然煤芯的酸可溶物含量；
[0029]步骤42、根据全直径天然煤芯的取芯深度，将相应全直径天然煤芯的酸可溶物含
量与对应深度的密度、声波时差、自然伽马这3个测井参数进行标定。
[0030]进一步的技术方案是，所述步骤7的具体过程为：
[0031]步骤701、对数据集进行如下的标准化处理，并将数据集划分为训练集和测试集；
[0032]步骤702、以煤层的密度、盖层的密度、底层的密度、煤层的声波时差、盖层的声波时差、底层的声波时差、煤层的自然伽马、盖层的自然伽马、底层的自然伽马参数为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤层微构造的定量表征和预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获取目标区域的多个全直径天然煤芯，并获得每个全直径天然煤芯煤层的密度、盖层的密度、底层的密度、煤层的声波时差、盖层的声波时差、底层的声波时差、煤层的自然伽马、盖层的自然伽马、底层的自然伽马、补偿中子、电阻率；步骤2、基于分形理论，从每个全直径天然煤芯的中心出发作一系列不同半径的圆，观测并统计不同大小圆内煤芯表面的微构造数量；步骤3、以半径为自变量，以微构造数量为因变量，建立对数坐标系，对数据点进行线性回归，得到每个全直径天然煤芯的微构造半径维数；步骤4、对每个全直径天然煤芯进行X衍射实验分析，统计酸可溶物的含量，并对酸可溶物含量进行测井数据的标定；步骤5、根据每个圆柱煤的密度、盖层的密度、底层的密度、煤层的声波时差、盖层的声波时差、底层的声波时差、煤层的自然伽马、盖层的自然伽马、底层的自然伽马、补偿中子、电阻率、酸可溶物含量、微构造半径维数构建数据集；步骤6、以煤层的密度、盖层的密度、底层的密度、煤层的声波时差、盖层的声波时差、底层的声波时差、煤层的自然伽马、盖层的自然伽马、底层的自然伽马参数为输入，以酸可溶物含量为输出，搭建第一层人工神经网络；再以酸可溶物含量、补偿中子、电阻率为输入，以微构造半径维数为输出，搭建第二层人工神经网络；步骤7、对数据集进行标准化处理，并将数据集划分为训练集和测试集；基于训练集不断调整双层人工神经网络的结构和参数，测试集下最高精度的网络即为最终的煤层微构造定量预测模型，并通过煤层微构造定量预测模型预测微构造半径维数。2.根据权利要求1所述的一种煤层微构造的定量表征和预测方法，其特征在于，所述步骤1中获取目标区域不同深度下直径100mm的全直径天然煤芯样本，并对全直径天然煤芯样本的断面进行切割打磨，使其表面平整光滑便于统计。3.根据权利要求1所述的一种煤层微构造的定量表征和预测方法，其特征在于，所述步骤2中从每个全直径天然煤芯的中心出发作半径为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm的圆。4.根据权利要求3所述的一种煤层微构造的定量表征和预测方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程为：步骤31、将半径r
i
作为自变量序列，将微构造数量N
i
(r)作为因变量序列，即：r
i
＝{r
i
(k)|i＝1,2,
…
,m；k＝1,2,
…
,n}N
i
＝{N
i
(k)|i＝1,2,
…
,m；k＝1,2,
…
,n}式中：m是收集到的样本数；n是不同半径的圆的数量；根据分形理论，半径r和该半径下圆内的微构造数量N(r)服从标度不变的幂律关系，即：N(r)＝Cr
D
式中：D是微构造半径维数；C是常数；步骤32、对半径r
i
和微构造数量N
i
(r)取对数得到lgr

【专利技术属性】
技术研发人员：郭子熙，康芸玮，杨顶辉，陈俊清，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：