MEASUREMENT OF ELASTIC WAVE VELOCITIES IN COAL SAMPLES OF DIFFERENT RANK
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Universidad Industrial de Santander
Abstract
Description
Laboratory experiment were carried out to measure: 1)compression (Vp) and shear wave (Vs) velocities in coal sampleswith different ranks (or vitrinite reflectance) from low rank to high rank coal, and 2) to measure Vp and Vs on coal underdifferent fluid saturation conditions including methane and water. The coal samples were subjected to a range of confiningpressures and pore pressures that resulted in effective pressures in the range 0 to 3000 psi. Measurements wereperformed on: 1) fresh coal samples, under gas pore pressure 2) dry samples under gas pore pressure, and 3) watersaturated samples, under water pore pressure. The gas used to pressurize the pore system was methane. Coal samplesused in the experiments were: Four samples with vitrinite reflectance values (Ro) between 0.7 and 1.52%, from theBogotá Basin, and two low rank samples (with Ro < 0.5%) from the Powder River, and Washakie basins of Wyoming.The acoustic experiments on coal indicate that both compressional and shear wave velocities (Vp and Vs) are verysensitive to effective pressure, increasing with it. Most of the samples show a clear trend of increases for Vp witheffective pressure. Also, the Vp velocity increases with pore pressure, and become less sensible to effective pressure.The shear wave velocity also increases with effective pressure; however, Vs velocity does not show a clear trend withpore pressure. It was observed that both Vp and Vs velocities increase with coal rank (vitrinite reflectance), where thelow rank coal shows lower velocities than the higher rank coal. This trend is related also to coal porosity. Ourexperiments should be useful indicators of the saturation stage in coalbed methane exploration. In addition these experimentaldata provide useful data for AVO (amplitude versus offset) modeling, and interpretation of seismic surveys carried outfor coalbed Methane exploration.
Key words: compression wave velocity (Vp); shear wave velocities (Vs)
Pruebas de laboratorio fueron empleadas para: 1) medir las velocidades de compresión (Vp) y velocidades de corte (Vs)en muestras de carbón de diferentes rangos (o con diferentes valores de reflectancia de vitrinita) y 2) medir las velocidadesde Vp y Vs en los carbones bajo diferentes condiciones de saturación de fluidos incluyendo agua y gas metano. Lasvariaciones de Vp y Vs se estudiaron en relación a las variaciones de las presiones de confinamiento y de poro en un rangode 0 a 3000 psi. Las pruebas fueron realizadas empleando: 1) muestras frescas de carbón (con la humedad natural decarbón) bajo presión de poro con gas, 2) Muestras de carbón secas bajo presión de poro con gas, y 3) Muestras de carbónsaturadas en agua, bajo presión de poro con agua. El gas empleado para presurizar los poros del sistema fue metano. Lasmuestras de carbón empleadas en las pruebas fueron: cuatro muestras de carbón de la cuenca de Bogotá con reflectanciade vitrinita (Ro) entre 0.7 y 1.52%, y dos muestras de carbón de bajo rango (con Ro < 0.5%) de las Cuencas PowderRiver y Washakie de Wyoming. Los experimentos acústicos en los carbones indican que las velocidades de compresión yde corte (Vp y Vs) son muy sensitivas a la presión efectiva, incrementándose Vp y Vs con el aumento de la presiónefectiva de confinamiento.La mayoría de las muestras de carbón muestran una tendencia clara de incremento de Vp con elaumento de la presión efectiva. La velocidad Vp se incrementa con la presión de poro haciéndose menos sensitiva a lapresión efectiva. La velocidad de corte (Vs) también se incrementa con la presión efectiva, sin embargo la velocidad Vs nomuestra una tendencia clara con respecto a la presión de poro. Se observo que las velocidades Vp y Vs se incrementancon el rango del carbón (con el incremento de Ro), en donde el incremento de las velocidades Vp y Vs coincide con elincremento del rango de los carbones. Esta tendencia en las velocidades Vp y Vs también esta influenciada con laporosidad de la muestra de carbón. Los resultados de las experiencias pueden ser empleadas para la exploración pormétodos sísmicos de yacimientos de gas asociado a carbón. Adicionalmente estos resultados son útiles para los análisisde AVO (amplitud versus distancia) así como también para en la interpretación sísmica. Palabras claves: Velocidad de compresión onda de (Vp), velocidad de corte de onda (Vs); rangos de carbón; reflectanciade vitrinita (Ro).
Pruebas de laboratorio fueron empleadas para: 1) medir las velocidades de compresión (Vp) y velocidades de corte (Vs)en muestras de carbón de diferentes rangos (o con diferentes valores de reflectancia de vitrinita) y 2) medir las velocidadesde Vp y Vs en los carbones bajo diferentes condiciones de saturación de fluidos incluyendo agua y gas metano. Lasvariaciones de Vp y Vs se estudiaron en relación a las variaciones de las presiones de confinamiento y de poro en un rangode 0 a 3000 psi. Las pruebas fueron realizadas empleando: 1) muestras frescas de carbón (con la humedad natural decarbón) bajo presión de poro con gas, 2) Muestras de carbón secas bajo presión de poro con gas, y 3) Muestras de carbónsaturadas en agua, bajo presión de poro con agua. El gas empleado para presurizar los poros del sistema fue metano. Lasmuestras de carbón empleadas en las pruebas fueron: cuatro muestras de carbón de la cuenca de Bogotá con reflectanciade vitrinita (Ro) entre 0.7 y 1.52%, y dos muestras de carbón de bajo rango (con Ro < 0.5%) de las Cuencas PowderRiver y Washakie de Wyoming. Los experimentos acústicos en los carbones indican que las velocidades de compresión yde corte (Vp y Vs) son muy sensitivas a la presión efectiva, incrementándose Vp y Vs con el aumento de la presiónefectiva de confinamiento.La mayoría de las muestras de carbón muestran una tendencia clara de incremento de Vp con elaumento de la presión efectiva. La velocidad Vp se incrementa con la presión de poro haciéndose menos sensitiva a lapresión efectiva. La velocidad de corte (Vs) también se incrementa con la presión efectiva, sin embargo la velocidad Vs nomuestra una tendencia clara con respecto a la presión de poro. Se observo que las velocidades Vp y Vs se incrementancon el rango del carbón (con el incremento de Ro), en donde el incremento de las velocidades Vp y Vs coincide con elincremento del rango de los carbones. Esta tendencia en las velocidades Vp y Vs también esta influenciada con laporosidad de la muestra de carbón. Los resultados de las experiencias pueden ser empleadas para la exploración pormétodos sísmicos de yacimientos de gas asociado a carbón. Adicionalmente estos resultados son útiles para los análisisde AVO (amplitud versus distancia) así como también para en la interpretación sísmica. Palabras claves: Velocidad de compresión onda de (Vp), velocidad de corte de onda (Vs); rangos de carbón; reflectanciade vitrinita (Ro).