Hvordan afspejles kul-væskesystemets fysiske egenskaber i ultralyd?

Omkring begyndelsen af ​​det 21. århundrede gik verdensøkonomien ind i en ny udviklingscyklus, og efterspørgslen efter olie- og naturgasressourcer verden over er steget i vejret. I lyset af denne enorme energiefterspørgsel begynder folk at være mere opmærksomme på ukonventionelle olie- og naturgasressourcer. Coalbed-metan (CBM) er en gasressource forbundet med og symbiotisk med kul. CBM er hovedsageligt kulbrintegas adsorberet på poreoverfladen af ​​kulmatrix og delvist frigjort i porer eller opløst i vand. Det er, som en tilhørende mineralressource af kul, et rent energi- og kemisk råmateriale af høj kvalitet. Det er velkendt, at nedgravningsdybden af ​​CBM-reservoirer spænder fra hundredvis af meter til flere tusinde meter, og dens gas-væske-faststof interaktionsmekanisme er kompleks. Så det er ofte nødvendigt at indhente væske-kul-informationen ved hjælp af for eksempel akustisk logning. På nuværende tidspunkt har mange forskere udført akustisk forskning i væske-kul-systemet. Der er imidlertid relativt få undersøgelser af de akustiske egenskaber ved gas-væske-faststof-bindingseffekten, især væskemætningseffekten under forskellige kulrangforhold.

En ny undersøgelse, fokuseret på de akustiske egenskaber ved gas-væske-faststof-bindingseffekten i CBM-reservoirer, har afsløret P-bølge- og S-bølge-responsen af ​​væskemætning under forskellige kulrangforhold. Dette arbejde blev udført af forskerholdet af prof. Dr. Dameng Liu, fra China University of Geosciences (Beijing), og blev offentliggjort online i Grænser for jordvidenskab .

I denne undersøgelse blev typiske kulprøver med lav til høj metamorfose udvalgt fra kulminerne i den sydlige kant af Junggar-bassinet og i Qinshui-bassinet. Før den akustiske forskning blev der udført grundlæggende eksperimenter, herunder kulindustriel analyse, vitrinitreflektansmåling og maceral analyse. På dette grundlag blev der udført kulultralyds-P-bølge- og S-bølgetesteksperimenter på tørre kulprøver og på kulprøver indeholdende gas-vand med forskellig mætning. Til sidst blev indflydelsen af ​​kultype og gas-vandmætning på akustisk respons af CBM-formationer analyseret.

Forfatterne bemærkede, at for tørre kulprøver var den akustiske hastighed lineær med vitrinitreflektans og tæthed. I mellemtiden havde (P-bølgehastighed Vp)/(S-bølgehastighed Vs) forholdet, relativ anisotropi af både Vp og Vs af tørre kulprøver en tendens til at stige med stigende vitrinitreflektans og tæthed af kulprøverne, men korrelationen mellem dem var ikke særlig stærk.

Undersøgelsen viste også, at Vp og Vs for gas-vand-mættede kulprøver steg gradvist med stigende vandmætning (Sw) og vitrinitreflektans. Men med stigende vitrinitreflektans og tæthed, og Sw steg fra 0 til 100%, og området for Vp og Vs stigning blev gradvist indsnævret. For kulprøver med lignende vitrinitreflektans var Vp/Vs-forholdet for tektoniske kul større end for primære kul, og stigningsgraden for Vp og Vs for tektonisk kul var også signifikant højere, når Sw steg fra 0 til 100 %.

Derudover fandt forskerne, at den relative anisotropi af både Vp og Vs steg lineært med Sw. For kulprøver med lignende vitrinitreflektans var den relative anisotropi af Vp og Vs og dens væksthastighed for det tektoniske kul større end den for det primære kul generelt ved samme Sw. Dette tyder på, at den akustiske anisotropi var stærkere i det tektoniske kul med veludviklede porer og brud. Anisotropien er mere markant påvirket af vandmætningen Sw.

Analyserne af denne undersøgelse af de akustiske karakteristika af gas-væske-faststof-interaktioner dannede grundlaget for den geofysiske udforskning af CBM-reservoirer. En klarere forståelse af gas-vand-fordelingskarakteristikaene i CBM-reservoirer kan opnås, når disse modeller kombineres med de tidligere akustiske værker. Undersøgelsen giver også et forskningsgrundlag for dybdegående analyse af akustiske geofysiske udforskningsmetoder under komplekse væskeforhold i faktiske reservoirer.