低阶煤吸附孔特征及分形表征

采集8个具代表性的不同宏观煤岩类型的低阶煤岩进行了低温液氮吸附和甲烷等温吸附实验,探讨了低阶煤的吸附孔特征,确定了适合低阶煤吸附孔隙分形模型及分形维数与孔结构、吸附性能的关联性。由此将低阶煤的吸/脱附曲线划为四类并对应4种孔隙,光亮型煤中主要为一端封闭的锥形孔,半亮型煤中主要为墨水瓶状孔,半暗型煤包含了开放型的圆筒状孔和一端封闭的尖劈形孔,暗淡型煤则以开放型的圆筒状孔为主。结果表明,FHH模型相对BET模型分形较符合低阶煤孔隙特征;FHH中不同宏观煤岩类型在相对压力0~0.5和0.5~1.0吸附特征各异得到分维数D_(21)和D_(22),其中D_(21)表征煤吸附孔表面粗糙度而D_(22)表征吸附孔结构不规则性;D_(21)越高,孔比表面积越大,D_(22)越高,平均孔径越小,微孔含量越高,孔隙非均质性愈强;D_(21)较D_(22)对低阶煤的吸附性能控制作用大,表现为高D_(21)低D_(22)时,吸附能力最大,累计比表面积分维数增高,吸附能力增大。因此,低阶煤的吸附过程随压力增大为单分子层过渡到多分子层吸附为主。

地应力对煤储层渗透性影响及其控制机理研究

针对地应力对煤储层初始渗透性及水力压裂裂缝扩展研究,从煤储层地应力状态影响因素、地应力对渗透率的影响规律及控制机理方面进行分析,总结了国内外地应力对煤储层渗透性影响规律及机制研究的最新进展。研究结果表明:煤储层地应力状态影响因素包括构造作用、埋藏深度和煤岩类型3个方面,其中构造作用和埋藏深度占据主导地位。目前捕获地应力大小多利用水压致裂法和物理试验测试,当前主要研究了现代地应力场特征、实验室模拟、数值模拟不同地应力对煤储层渗透率影响,其实质是对煤储层孔隙-裂隙结构产生变形。区域应力场产生区域性的裂隙系统,控制着煤储层渗透性区域性分布,而局部构造地带控制着不同区块渗透率的非均质性分布。渗透率随着有效垂直应力、有效最大水平主应力和有效最小水平主应力增加均呈负指数减小。相对于地应力差,应力差系数才是影响水力裂缝沿着最大主应力方向扩展的主要因素。

准噶尔盆地南缘硫磺沟煤层气富集主控地质因素及有利区优选

为评价煤层气资源勘探开发潜力和指导矿井安全生产,对准噶尔盆地南缘硫磺沟煤矿主煤层（4-5、7、9-15号煤）的储层物性特征（显微组分、裂隙及含气性等）进行了测试分析,结合现场钻井资料、瓦斯解吸及瓦斯涌出量等资料,从构造、沉积、煤层埋深、水动力条件等方面分析了该区煤层气的控气地质因素。结果表明：煤储层物性较好,孔裂隙较为发育,微裂隙高达3 935条/9 cm^2;煤层含气性（瓦斯含量）较好,4-5号煤层为4.88-10.81 m^3/t,平均6.56 m^3/t。控气地质因素分析表明,准南硫磺沟煤层气的控气模式以构造-水动力耦合控气为主。同时,利用多层次模糊数学综合评价模型,预测的硫磺沟煤矿（4-5号煤）煤层气赋存有利区为钻孔29-3和28-3周边区域。

新疆准南地区煤储层显微裂隙特征及矿物控因分析

为进一步提高和深化对我国低煤阶煤储层特征的理解和认识,基于显微光度计和扫描电镜能谱(SEM-EDS)分析,对取自新疆准噶尔盆地南缘地区(简称淮南地区)的25块煤岩样品的显微裂隙和矿物特征进行了系统研究。结果表明:准南地区煤储层显微裂隙极其发育,构造成因的外生裂隙非均质性程度要明显强于内生裂隙的,外生裂隙可以指示区域构造发育程度及构造煤存在的可能性。发育内生裂隙煤样中所含的矿物极少,以自生矿物为主,其次为陆源碎屑矿物,未见后生成因矿物;而发育外生裂隙煤样所含矿物种类较多、含量较高,以后生矿物为主,其次为自生高岭石,陆源碎屑矿物少见。煤储层中外生裂隙多被方解石充填且矿物充填呈现多期性,而内生裂隙的矿物多期充填则相对较少。

准噶尔盆地南缘低煤阶煤储层孔隙分形特征

基于压汞实验,以准噶尔盆地南缘低煤阶煤样为切入点,建立分形模型,表征煤储层孔隙的分形特征。结果表明:准南煤样孔隙度均值为6.29%,渗透率均值为0.05 m D,孔隙分形维数D=2.739~3.442,与惰质组、水分含量和孔隙度(>7%)呈负相关关系,与灰分、镜质组含量呈正相关关系,同时煤储层的渗透性随着分形维数的增加有稍微减小的趋势,但是变化不明显。

低阶煤储层微观孔隙结构的分形模型评价

以准噶尔盆地南缘低阶煤储层为研究对象,在压汞实验基础上,应用3种分形理论模型,对低阶煤储层孔隙结构的非均质性进行了定量表征和对比研究。3种理论模型的分形维数D与D_m、D_s之间没有明显的相关性,且与煤岩储层的孔隙连通性之间相关性也较小。但随着经典几何学模型的分形维数D_m增大,热力学模型的分形维数D_s有增加的趋势,且随着D_m与D_s的增加,其煤岩储层微小孔的连通性也明显优于中大孔。不同分形模型的分形维数对低阶煤储层的地质意义不同,多孔介质分形模型的分形维数(D)主要表征低阶煤储层大尺度孔隙对于孔隙体积变化的影响,但没有揭示分形维数与煤储层物性的变化规律;经典几何学分形模型的分形维数(D_m)主要表征低阶煤储层孔隙空间变化的特征,煤储层的孔容随着分形维数(D_m)的增加而减小;热力学分形模型的分形维数(D_s)则主要表征低阶煤储层孔隙表面的粗糙程度,随着分形维数(D_s)增加,孔隙表面张力增大,孔隙表面的粗糙程度也就越大。低阶煤储层的孔隙度与渗透率都较低,连通性相对较好的微小孔增加连通孔隙的体积,根据不同分形模型的分形维数所反映的地质意义,可以按照不同渗透率范围,用不同的分形模型来表征低阶煤储层渗透率的变化规律,为低阶煤的煤层气开采与有效渗透率的预测提供地质依据。