甲烷吸附前后高煤级煤孔隙结构粒径效应

针对3种不同粒径的高煤级煤开展了甲烷高压等温吸附测试,并对不同粒径煤样甲烷吸附前后的孔隙结构特征进行了对比研究。结果表明,不同粒径煤样的等温吸附曲线没有显著的差异,随着煤岩粒径的减小,煤岩的吸附速率和最大过剩吸附量呈逐渐增加的趋势。甲烷吸附前后,不同粒径煤样的孔隙结构发生了不同的变化。甲烷等温吸附前,随着煤岩粒径的减小,低温液氮吸附滞后环开度呈逐渐减小的趋势,等效吸附率曲率则先减小后增大;甲烷吸附后,DY-5煤样的低温液氮吸附滞后环开度减小,而DY-6煤样和DY-7煤样的低温液氮吸附滞后环开度有所增加,说明甲烷吸附对小粒径煤样中孔和大孔的影响较为显著。甲烷的吸附作用对各阶段孔隙均有影响。大粒径煤样在甲烷吸附作用影响下,孔隙连通性得以改善,而小粒径煤样在甲烷吸附作用后孔隙分布更加的集中。     

呼和湖凹陷煤储层孔隙特征及其对吸附能力的影响

综合应用扫描电镜、低温氮吸附及等温吸附实验方法,对呼和湖凹陷南部煤储层的孔隙类型及孔隙结构进行识别和分析,基于分形理论探讨分形维数与孔隙结构和吸附能力之间的关系.研究结果表明：随着煤岩变形程度的增加,煤中植物组织孔大部分被破坏,裂缝的类型和数量逐渐增多,改善了煤储层的渗流能力.呼和湖凹陷煤储层的低温氮吸附曲线表现为3种类型,分别代表不同的表面性质和孔隙分布特征,墨水瓶孔是影响吸附能力的主控因素.斜坡带的煤岩分形维数高于洼槽区,这是由于煤岩变形程度高,孔隙结构发生重组,微孔含量占主导地位,使得比表面积增大,孔隙表面粗糙度增加,为甲烷提供更多的吸附空间,增强了煤岩吸附能力.因此,斜坡带无论孔隙类型、裂缝发育程度还是煤层吸附能力都更具优势,应作为大庆探区今后煤层气勘探的重点突破区.     

鄂尔多斯盆地陕北地区三叠系长7致密油赋存空间

基于鄂尔多斯盆地陕北地区三叠系延长组长7段致密油储集层密闭取心岩样,进行低温吸附、气驱水高速离心和核磁共振实验分析,定量研究致密油储集层原油赋存空间。岩心2.76 MPa离心力离心后毛细管束缚水T2(横向弛豫时间)谱与低温吸附实验得到的50 nm以下微孔隙分布均主要反映孔径小于50 nm的孔喉,两者具有很好的一致性,对比两者分布可计算将横向弛豫时间转换为孔喉半径的转换系数C,研究区15块岩心C平均值为5.80 nm/ms。将C值应用于密闭取心岩样核磁共振油相T2谱,得到研究区油相赋存最大孔隙半径为363~8 587 nm,平均3 195 nm,平均孔隙半径为50~316 nm,平均166 nm,主要孔隙半径为97~535 nm,平均288 nm,致密油主要赋存于纳米级孔隙内。     

深部煤层游离气形成机理及资源意义

落实我国分布广泛、规模巨大的深部(埋深在2000m以上)煤岩地质体中的煤层气资源具有重要意义.文中以鄂尔多斯盆地8#煤为对象开展了系统研究,通过岩心含气量检测和等温吸附实验发现,深部煤层含气量高(平均高达20 m3/t),且大于地层条件下的理论吸附量;利用煤岩物性、压汞、吸附/脱附等实验结果分析认为,深部煤层含气量高是因煤系(煤)岩性圈闭中聚集了游离气.综合地层埋藏演化史和煤岩孔隙结构特征等资料研究认为:煤岩微孔吸附甲烷达到饱和后,裂隙之中聚集了大量游离态甲烷;围岩封盖能力和后期煤岩吸附增量决定了现今煤层中游离气饱和度.研究指出,深部煤层气资源通过有效储层改造后,较浅层有降本优势,是一个具有经济价值的天然气勘探开发新领域.     

韩城矿区煤岩类型对微裂隙发育的控制机理

韩城矿区煤岩类型纵向变化频繁,煤层非均质性强。裂隙多为长度大于300 μm,宽度小于5 μm的树枝状和正交状裂隙,微裂隙多发育在光亮煤和半亮煤中;据核磁共振T2弛豫谱分析,从光亮煤、半亮煤到半暗煤和暗淡煤,T2谱图由吸附孔、渗流孔和裂隙发育的三峰分布渐变为吸附孔、渗流孔发育的双峰分布特征,裂隙发育程度逐渐变弱,渗流孔和吸附孔之间连通性变差,吸附孔含量逐渐增加。核磁共振分析结果与X-CT扫描结果较为一致。对不同煤岩类型裂隙发育特征及煤岩显微组分分析认为,生烃潜能和扩散能力是微裂隙发育的决定因素。     

四川盆地龙马溪组页岩储层孔隙结构的定量表征

页岩孔隙结构的定量表征可为页岩储层质量评价提供基础参数,但是利用常规方法很难准确表征页岩的微米-纳米级孔隙结构。 以四川盆地龙马溪组含气页岩为研究对象,综合对比常用的氮气（ N ₂）吸附法、高压压汞法、核磁共振法等页岩测试手段的原理及优缺点,提出利用低压氮气吸附法测得的累计孔径分布来拟合页岩核磁 T 2 谱相对应的累计孔径分布,优化页岩核磁 T 2 谱与孔径的转换系数 C ,进而应磁共振测试结果来表征页岩中不同尺度的孔隙分布。 该方法可以弥补传统的低压氮气吸附与高压压汞联合表征方法的不足,因为高压压汞法测试可能会导致页岩破裂,产生大量微米级裂缝,这些微裂缝很难与天然微裂缝区分开。 此外,核磁共振具有对岩样加工简单、人工破坏性小、测试不需外来压力等优点,因此推荐低压氮气吸附法与核磁共振法联合表征页岩的孔隙结构方法,它能科学、准确地表征页岩的孔喉分布。 研究表明,龙马溪组页岩孔径分布曲线具有双峰或三峰特征,主要孔径为 0.2～100.0 nm ,介孔和微孔占优势,孔隙体积百分比分别为 67.75% 和 25.33% 。 最终明确了该区页岩储层孔隙结构的定量表征方法。     

低渗透煤层微观孔隙结构与煤层气解吸规律

为研究低渗透煤层微观孔隙结构与气体解吸规律的关系,运用直接观测法、核磁共振法、液氮吸附法等实验手段,对鄂尔多斯盆地伊陕斜坡8号煤层煤样的含气量、孔隙度、渗透率、孔径分布等进行测定。结果显示：煤层气解吸特征与煤的孔径分布、孔的形态、孔的连通性以及比表面积、煤岩成分等因素有关;研究区相隔小于10 m的2套煤层,其孔隙特征、气体解吸规律差异均较大。其中,亮煤的微孔形态以一端开口的圆筒形孔和墨水瓶孔为主,微孔及吸附孔占比为39.2%,煤体微裂缝相对发育,但微孔与介孔的连通性较差,暗淡煤的微孔形态以一端开口的圆筒形孔为主,微孔及吸附孔占比为33.2%,微裂缝不发育,不同孔间连通性差。亮煤气体解吸初期产量大,后期衰减快,气体产出具有明显的阵发式特征;暗淡煤气体解吸初期产量小,约为亮煤的1/2,后期产量递减相对平缓。低渗煤层的开发对策应充分考虑煤层的孔隙结构、孔型、渗透性,应力敏感性、裂缝充填物种类等因素,在精细表征孔隙结构的基础上,根据煤层气不同解吸期特征,结合地质、开发条件制订合理的开发方案。该研究对认识煤层气产气机理及其控制因素,提高煤层气开采效率具有重要的指导意义。     

黔北凤冈地区牛蹄塘组页岩气勘探与开发潜力

黔北凤冈地区为页岩气重要目的层——下寒武统牛蹄塘组的典型分布区块之一,为分析其页岩气储集与开采条件,以该组页岩样品为研究对象,采用X射线衍射、扫描电镜、液氮低温吸附和核磁共振等方法进行实验测试。结果表明:(1)黔北凤冈地区下寒武牛蹄塘组页岩矿物组成以石英为主,脆性矿物含量高,黏土矿物含量低,黏土矿物以伊利石为主;(2)页岩孔隙以有机质纳米级孔、矿物溶蚀孔、矿物晶间孔、铸模孔为主,大量发育闭合—半闭合微裂隙;(3)液氮吸附实验表明页岩的比表面积和孔体积都较大,吸附脱附曲线存在H_2型滞后环,页岩内部存在大量"墨水瓶"形孔隙,微孔是页岩比表面积和孔体积的主要贡献者;(4)核磁共振实验反映页岩孔隙的连通性差,所测的页岩孔径分布与液氮吸附实验孔径分布具有一致性,即页岩孔径主要分布在3~10 nm之间。结论认为,黔北牛蹄塘组储层条件有利于页岩气储集与压裂,页岩气开采条件较好。     

沁水盆地赵庄井田煤层气储层水锁伤害影响因素

在煤层气开采过程中,水锁伤害是煤层损害的一种主要因素,因此研究煤层气储层水锁损害及影响因素有利于作出具有针对性的应对措施来减轻水锁伤害的影响,达到提高煤层气采收率、提升经济效益的目的。以沁水盆地赵庄井田14块煤样为研究对象,首先通过低温液氮吸附对煤样的孔隙结构进行了研究,认为该区块孔隙结构复杂,孔径较小,孔隙体积分布在0.007 9~0.033 7cm³/g之间,平均为0.019 45cm³/g;孔容较小,且以微孔和过渡孔孔容为主,孔隙形态不利于煤层气的渗流。其次通过核磁共振和离心机实验,基于T2截止值法判断了区块的潜在水锁伤害程度,结果表明该区块平均束缚水饱和度达到0.822 1,说明潜在水锁伤害严重。最后分析了煤样孔隙结构,润湿性以及地层压力对赵庄区块水锁伤害的影响。     

液氮冷冲击作用对煤岩微纳米尺度孔隙结构及力学性质的影响

液氮压裂是提高煤层气储层改造效率的潜在可行性技术之一,而目前对于液氮冷冲击作用下煤岩孔喉连通性及微观渗流特征可视化的研究则较少,致使该作用对煤岩微纳米尺度渗流特征与力学性质的影响机制认识尚不明确。为了给液氮压裂提高煤层气储层改造效率技术提供理论依据,基于CT扫描和原子力显微镜研究了液氮冷浸前、后煤岩微纳米尺度孔隙结构及力学性质的变化,揭示了液氮冷冲击作用对煤岩渗流能力的影响机制。研究结果表明:(1)液氮冷浸后,煤岩孔隙数量和孔隙尺度均增大,本次实验条件下孔隙度增大2倍,微裂缝占主导,微裂缝体积占比由液氮冷浸前的7.7%增至90.0%;(2)基于CT三维孔隙结构重构模型,液氮冷浸后,煤岩喉道数量、总长度、总体积均显著增加,较之于液氮冷浸前,分别增加了1.7倍、1.4倍、1.3倍,煤岩孔隙连通性得以明显改善;(3)液氮冷浸后,煤岩的绝对渗透率显著提高,在实验条件下为液氮冷浸前的77倍,热应力形成的微裂缝成为液氮冷浸后煤岩的主要渗流通道;(4)液氮冷浸后,煤岩基质区域和矿物区域均有孔洞及裂缝形成,煤岩表面粗糙度增加,与此同时煤岩基质区域和矿物区域的弹性模量均有所下降,弹性模量平均值分别降低81%、91%。结论认为,液氮冷冲击作用使得煤岩微观缺陷增多、力学性质劣化;液氮压裂有望成为一种高效、绿色的新型煤层气储层改造技术。     

低阶煤储层微观孔隙结构多尺度联合表征

多尺度微观孔隙结构对低阶煤储层煤层气吸附/解吸过程的研究具有重要意义。以黄陇侏罗系煤田和陕北侏罗系煤田低阶煤为研究对象,采用压汞、液氮吸附和CO₂吸附等测试手段表征低阶煤储层的孔径分布、孔隙类型等参数,联合核磁共振测试定量分析低阶煤阶段孔径和多尺度孔径分布特征。结果表明,低阶煤孔隙以微孔为主,大孔次之。微孔、大孔、介孔对比表面积的贡献率依次减小。低阶煤储层孔隙类型以两端开口的“柱状孔”和“墨水瓶孔”为主,孔隙连通性较好。核磁共振法获取样品的T₂c截止值为1.4～155.2 ms,变化较大,束缚流体饱和度（BVI）为79.21%～96.96%,可动流体饱和度低。低阶煤储层的孔隙结构复杂多样,单一测试技术与联合计算表征方法在表征低阶煤储层的孔隙结构时差异较大。     

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D₂₁和D₂₂,其中D₂₁表征煤吸附孔表面粗糙度而D₂₂表征吸附孔结构不规则性;D₂₁越高,孔比表面积越大,D₂₂越高,平均孔径越小,微孔含量越高,孔隙非均质性愈强;D₂₁较D₂₂对低阶煤的吸附性能控制作用大,表现为高D₂₁低D₂₂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。     

沁水盆地南部高阶煤气水相对渗透特征

文中通过对比分析核磁共振T2谱分布和基于非稳态法气水相对渗透率测试,研究了沁水盆地高阶煤样的孔隙结构及气水两相渗流特征。结果表明:研究煤样以贫煤、无烟煤为主,其核磁共振T2谱分别对应单峰和双峰2种分布形态;贫煤以微孔和超微孔为主,无烟煤以小孔为主,含部分微孔和超微孔;煤中微孔和超微孔之间的连通性较好,而小孔与微孔和超微孔之间的连通性很差,导致无烟煤中束缚水饱和度很高,有效孔隙度较低;煤体的渗流特征受煤中孔径分布和孔隙连通性的双重影响,孔隙度越大,大孔径孔隙越发育且孔隙连通性越好,则煤体两相共渗区越宽,煤体渗流能力越好。研究煤样相渗特征表现为残余水饱和度高、残余水条件下气相相对渗透率低、气水两相共渗区间窄等特点,揭示了研究区煤层气开发面临着解吸与渗流瓶颈问题。     

页岩热模拟过程中液态烃含量变化及对物性的影响

页岩热模拟演化过程中,液态烃含量及赋存状态的变化是深入研究页岩孔隙演化和储层表征的重要内容。对川西北广元上寺剖面低成熟大隆组页岩进行半封闭体系热模拟实验,并对原岩及热模拟样品进行氩离子抛光扫描电镜观察、热模拟样品及其萃取液态烃后的样品开展低温氮气吸附实验。结果表明,低成熟大隆组页岩中有机孔不发育,随着热模拟温度的增加,有机孔开始发育、数量增多、孔径变大,比表面积和微孔体积显著增加且与热模拟温度具有较好的线性正相关性,但中、大孔体积随热模拟温度增加并未表现出明显的变化规律;TOC减少量与比表面积和孔隙体积之间具有较好的正相关性,说明有机质转化为油气过程中微孔数量显著增加。扫描电镜揭示液态烃主要赋存在页岩的晶间孔及已生成的有机孔内;随着热模拟温度增加,液态烃呈现先显著增加后急剧降低的现象,在热模拟温度为325℃和340℃时,液态烃具有最高含量,在热模拟温度450℃以后,液态烃的含量可忽略不计。萃取液态烃后,样品的氮气吸附能力普遍增强;热模拟样品的孔隙呈单峰型分布,孔峰分布在14.36~23.56 nm,而萃取样品的孔峰向更小的孔隙移动,分布在12.05~22 nm。萃取后样品的比表面积、微孔和中孔体积比热模拟样品显著增加,且比表面积和微孔体积与热模拟温度之间的相关性变好,反映了液态烃主要赋存在泥页岩的微孔及部分中孔内。     

核磁共振冻融法表征非常规油气储层孔隙的适用性

核磁共振冻融法是当前非常规油气储层孔隙分布研究的一个热点技术,但因这类孔隙分布与成因复杂,使得该方法的适用性和准确性仍不很确定,是领域研究的难点。为加深对此的认识,采用核磁共振冻融法,结合相对传统的压汞法、氮气吸附法以及核磁共振T2法,分别对页岩、煤、致密砂岩3类端元非常规储层样品进行了孔径分布特征测试对比研究。结果表明,核磁共振冻融法在表征非常规储层纳米孔隙分布特征方面具有很好的适用性和准确性,但样品和实验条件也在一定程度上影响着测试精度,如制样大小、探针液体的KGibbs-Thomson(KGT)、冻融损伤以及金属矿物(黄铁矿)的含量等。因此实际分析中需根据研究对象选择合适颗粒大小的样品进行测定,需首先计算得出适合待测样品的KGT,需要探索新的探针液体,而因大多数非常规储层样品中的黄铁矿含量较低(10%),所以测试结果仍能够比较完整定量地刻画孔隙。核磁共振冻融法对于表征非常规储层孔隙很有潜力,其适用性和准确性还需进一步探索。     

富镜质组和富惰质组高阶煤纳米孔隙结构特征

针对四川盆地南部筠连地区煤层气井挑选了16个镜质组含量大于75%和7个惰质组含量大于75%的高阶煤样,进行了扫描电镜、低温氮气吸附实验和核磁共振物性测试分析,对富镜质组和富惰质组高阶煤的纳米级孔隙结构特征进行了系统的定性和定量对比研究。研究结果表明：惰质组相对于镜质组原生孔（植物组织孔）更为发育,而后生孔（气孔）和外生孔（角砾孔和破裂孔）在镜质组中更为发育;富镜质组和富惰质组高阶煤均具有复杂的纳米级孔隙结构,然而富惰质组高阶煤孔隙形态更为复杂特殊（墨水瓶状孔更为发育）;富镜质组和富惰质组高阶煤的吸附曲线形态在初始阶段（p/p₀<0.05）存在明显的差异,富惰质组煤样的吸附曲线在初始阶段（p/p₀<0.05）均出现快速上升的现象,而富镜质组煤样在该阶段均呈现出缓缓上升的特点,由此得出惰质组中含有更多孔径小于0.64 nm的分子级孔;富惰质组高阶煤中平均孔比表面积、平均孔体积及氮气吸附量均大于富镜质组高阶煤,二者纳米孔隙平均孔径相近;富镜质组和富惰质组高阶煤中对孔比表面积起到主要贡献的孔径均分布在2~4 nm,可推测两种煤中小于4 nm的孔隙在各级孔中所占比例最大;富镜质组高阶煤中平均孔径对孔容具有明显贡献的主要为大于10 nm的孔,而惰质组中平均孔径从2 nm开始便具有了明显贡献,由此得出2~10 nm的纳米孔在惰质组中更为发育;镜质组和惰质组中的孔隙度、渗透率和束缚水饱和度的值接近,且孔隙度与渗透率之间具有非常明显的指数正相关关系;富镜质组高阶煤中束缚水饱和度与孔隙度之间没有明显的相关关系,而束缚水饱和度与渗透率之间具有较好的负相关性;富惰质组高阶煤中束缚水饱和度与孔隙度和渗透率均具有较为明显的负相关性。