CN102508310A - 一种煤田火区上部地层孔隙度分布的探测方法 - Google Patents

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Abstract

一种煤田火区上部地层孔隙度分布的探测方法，在煤田火区上部的地表面布置多条测线，在各测线间隔设置多个测点，逐一对每条测线上的测点施工钻孔，然后逐一在同一测线上相邻的两个钻孔中分别设置发射天线和接收天线，并依次对每条测线上的所有钻孔进行钻孔雷达多偏移距跨孔透射探测，采集在不同偏移距情况下电磁波从发射天线到接收天线的传播时间；通过计算机对所得电磁波的传播时间数据进行处理，并将每一条测线上相邻两钻孔之间二维剖面上的孔隙度数据分别进行拼接合并，作每条测线剖面上的地层孔隙度分布的等值线图，从而得出煤田火区上部地层孔隙度的分布，实现了在原位状态下快速、有效探测煤田火区上部空间内松散破碎地层的孔隙度分布情况。

Description

一种煤田火区上部地层孔隙度分布的探测方法
技术领域
本发明涉及一种探测方法，尤其是一种适用于煤田火区上部地层孔隙度分布的探测方法。
背景技术
煤田火区上部地层的孔隙度分布是研究煤田火区燃烧***的供风及出风通道以及灭火介质在火区上部松散地层中的运移规律的基础。但是目前还没有一种能够在原位状态下探测松散地层孔隙度分布的方法。地层孔隙度的测量在油气地质中应用较多，主要有测井法（如声波测井、密度测井和核磁共振测井）、地震反演法。但声波测井、密度测井和核磁共振测井法探测的范围非常有限，只能在有钻井的位置从纵向上对地层孔隙发育情况进行评价，而不能表现孔隙度在横向上的变化情况，因此不适用于空间上变化很大的煤田火区上部地层孔隙度的探测。地震反演法近年来在国内外油气地质勘探中得到了较多的应用，该方法通过岩石物理分析，建立声波阻抗或速度与储层孔隙度关系，从而求取孔隙度。地震反演法主要针对埋深较深的地层，但对于埋深较浅且较松散的火区上部松散区地层的分辨率较差，且该方法需要在测区进行放炮作业，会造成火区塌陷区的进一步塌陷，甚至导致人员伤亡。地震反演法结合测井资料联合反演地层孔隙度的方法也有应用，该方法是通过提取地震属性，建立地震属性与各测井孔隙度的关系，利用非线性神经网络和多元线性相关统计等，定量计算无井区的孔隙度分布从而得到全区的孔隙度变化的。但是由于所提取的地震属性与孔隙度很难直接建立有确定意义的关系式，所以对地层孔隙度的计算误差较大。通过以上分析可以看出，测井法和地震反演法均不能用于探测空间上变化较大且松散破碎地层的孔隙度分布。
发明内容
本发明的目的是提供一种探测煤田火区上部地层孔隙度分布的方法，以实现在原位状态下探测煤田火区上部地层孔隙度的分布。
本发明的煤田火区上部地层孔隙度分布的探测方法，包括如下步骤：
a、在煤田火区上部的地表面布置多条测线，在各测线间上隔设置多个测点，逐一对每条测线上的测点施工钻孔，然后逐一在同一测线上相邻的两个钻孔中分别设置发射天线和接收天线，通过发射天线和接收天线依次对每条测线上的所有钻孔进行钻孔雷达多偏移距跨孔透射探测，采集在不同偏移距情况下电磁波从发射天线到接收天线的传播时间；
b、将采集到的电磁波传播时间通过计算机处理，得到每条测线上相邻两个钻孔之间的二维剖面上各像元的慢度                                                
Figure 459469DEST_PATH_IMAGE002
，根据公式：
Figure 691124DEST_PATH_IMAGE004
  计算出每条测线上相邻两个钻孔之间的二维剖面上各像元的体积介电常数；式中： 
Figure 866070DEST_PATH_IMAGE008
为电磁波在真空中的传播速度；
c、采集煤田火区上部地层的未烧变岩石样品，用介电常数测量仪测量岩石样品相对真空的介电常数
Figure 742759DEST_PATH_IMAGE010
；
d、利用公式：
Figure 565222DEST_PATH_IMAGE012
  计算出在每相邻的两个钻孔之间的二维剖面上各像元的孔隙度
Figure 645304DEST_PATH_IMAGE014
，通过计算机将每一条测线上相邻两个钻孔之间二维剖面上的孔隙度数据分别进行拼接合并，并作每条测线剖面上的地层孔隙度分布的等值线图，从而得出煤田火区上部地层孔隙度的分布，孔隙度越大则地层越松散，孔隙度越小则地层越密实；式中： 
Figure 844204DEST_PATH_IMAGE016
为空气的介电常数，
Figure 513083DEST_PATH_IMAGE018
是一个与电场方向有关的因子。
所述在煤田火区上部的地表面布置多条测线的间距为50m；所述在各测线间隔设置多个测点的间距为40~50m。
有益效果：本发明在原位状态下采用钻孔雷达对火区上部地层进行多偏移距跨孔透射测量，采集在不同偏移距情况下电磁波从发射天线到接收天线的传播时间；通过计算机将所得数据进行处理，得到相邻两钻孔之间的二维剖面上的各像元的慢度
Figure 568764DEST_PATH_IMAGE002
及体积介电常数
Figure 323093DEST_PATH_IMAGE006
；采集火区上部未烧变地层的岩石样品，并测量其相对真空的介电常数
Figure 2011103351684100002DEST_PATH_IMAGE019
；利用公式：计算出在相邻的两钻孔之间的二维剖面上各像元的孔隙度
Figure 2011103351684100002DEST_PATH_IMAGE021
，通过计算机将每一条测线上相邻钻孔之间二维剖面上的孔隙度数据分别进行拼接合并，并作每条测线剖面上的地层孔隙度分布的等值线图，从而探测出煤田火区上部松散地层孔隙度的分布，孔隙度越大代表地层越松散，孔隙度越小则表示地层越密实。本发明方法简便、数据准确，与声波测井、密度测井和核磁共振测井等测井方法相比，克服了测井法不能表现孔隙度在横向上的变化情况的缺点；与地震反演法相比，克服了地震反演法只适用于探测埋深较深的地层孔隙度，而对于埋深较浅的地层的分辨率较差的缺点；另外，该方法无需建立地震属性与各井孔隙度的关系，因此避免了地震结合测井资料的联合反演法对地层孔隙度的计算误差较大的问题；同时，该方法无需在探测区进行放炮等危险作业，避免了人员伤亡等事故的发生。因此，本发明解决了已有测试方法的缺陷，实现了在原位状态下快速、有效探测煤田火区上部的空间上变化较大且松散破碎地层的孔隙度分布，具有广泛的适用性。
具体实施方式
实施例1：我国西部某煤田火区，火区面积100898m2，煤层均总厚度23m，倾角26°，因煤层燃烧（火区中心温度达1200℃），导致了地表煤层露头和上部地层整体沉降，形成了松散破碎带，为了解煤田火区燃烧***的供风、出风通道的分布以及灭火介质在火区上部松散地层中的运移规律，利用钻孔雷达对该火区上部地层孔隙度的分布进行了多偏移距跨孔透射探测，探测步骤如下：
a、在煤田火区上部的地表面布置多条测线，多条测线的间距为50m；在各测线上间隔设置多个测点，多个测点的间距为40~50m；逐一对每条测线上的测点施工钻孔，然后逐一在同一测线上相邻的两个钻孔中分别设置发射天线和接收天线，通过发射天线和接收天线依次对每条测线上的所有钻孔进行钻孔雷达多偏移距跨孔透射探测，采集在不同偏移距情况下电磁波从发射天线到接收天线的传播时间；
探测所用的钻孔雷达天线采用60MHz频率的偶极天线。探测时，首先将发射天线固定在孔口不动，接收天线从孔口位置向下移动，每3m采样一次，直至孔底；之后将发射天线向下移动3m，接收天线从下向上移动每3m采样一次；这样反复进行，直至发射天线移动到孔底，完成钻孔雷达多偏移距跨孔透射探测。
b、将采集到的电磁波传播时间通过计算机采用共轭梯度法进行迭代求解，得到每条测线上相邻两个钻孔之间的二维剖面上各像元的慢度，根据公式：  计算出每条测线上相邻两个钻孔之间的二维剖面上各像元的体积介电常数
Figure 387236DEST_PATH_IMAGE006
；式中： 
Figure 441911DEST_PATH_IMAGE008
为电磁波在真空中的传播速度；
c、采集煤田火区上部地层的未烧变岩石样品，用介电常数测量仪测量岩石样品相对真空的介电常数
Figure 717034DEST_PATH_IMAGE010
；
d、利用公式：
Figure 422822DEST_PATH_IMAGE012
  计算出在每相邻的两个钻孔之间的二维剖面上各像元的孔隙度，通过计算机将每一条测线上相邻钻孔之间二维剖面上的孔隙度数据分别进行拼接合并，并作每条测线剖面上的地层孔隙度分布的等值线图，从而得出煤田火区上部地层孔隙度的分布，孔隙度越大则地层越松散，孔隙度越小则地层越密实；式中： 为空气的介电常数，
Figure 880239DEST_PATH_IMAGE018
是一个与电场方向有关的因子。
通过上述探测搞清煤田火区上部地层的孔隙度分布情况，为研究火区燃烧***的供风、出风通道以及在灭火施工过程中灭火介质在火区上部地层中的运移规律提供基础。

Claims (3)

1.一种煤田火区上部地层孔隙度分布的探测方法，其特征在于包括如下步骤：
a、在煤田火区上部的地表面布置多条测线，在各测线上间隔设置多个测点，逐一对每条测线上的测点施工钻孔，然后逐一在同一测线上相邻的两个钻孔中分别设置发射天线和接收天线，通过发射天线和接收天线依次对每条测线上的所有钻孔进行钻孔雷达多偏移距跨孔透射探测，采集在不同偏移距情况下电磁波从发射天线到接收天线的传播时间；
b、将采集到的电磁波传播时间通过计算机处理，得到每条测线上相邻两个钻孔之间的二维剖面上各像元的慢度                                                
Figure 2011103351684100001DEST_PATH_IMAGE001
，根据公式：
Figure 2011103351684100001DEST_PATH_IMAGE003
  计算出每条测线上相邻两个钻孔之间的二维剖面上各像元的体积介电常数；式中： 为电磁波在真空中的传播速度；
c、采集煤田火区上部地层的未烧变岩石样品，用介电常数测量仪测量岩石样品相对真空的介电常数；
d、利用公式：
Figure 2011103351684100001DEST_PATH_IMAGE011
  计算出在每相邻的两个钻孔之间的二维剖面上各像元的孔隙度
Figure 2011103351684100001DEST_PATH_IMAGE013
，通过计算机将每一条测线上相邻两个钻孔之间二维剖面上的孔隙度数据分别进行拼接合并，并作每条测线剖面上的地层孔隙度分布的等值线图，从而得出煤田火区上部地层孔隙度的分布，孔隙度越大则地层越松散，孔隙度越小则地层越密实；式中： 
Figure 2011103351684100001DEST_PATH_IMAGE015
为空气的介电常数，
Figure 2011103351684100001DEST_PATH_IMAGE017
是一个与电场方向有关的因子。
2.根据权利要求1中所述的煤田火区上部地层孔隙度分布的探测方法，其特征在于：所述在煤田火区上部的地表面布置多条测线的间距为50m。
3.根据权利要求1中所述的煤田火区上部地层孔隙度分布的探测方法，其特征在于：所述在各测线间隔设置多个测点的间距为40~50m。
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