鄂尔多斯盆地东缘煤储层孔隙结构特征差异及影响因素

以鄂尔多斯盆地东缘煤储层为研究对象,通过镜质体最大反射率（R_max）测试、压汞和低温液氮吸附实验等手段,探讨分析了煤储层孔隙结构发育特征及影响因素。结果表明:研究区煤储层视孔隙度偏低,且自北向南呈明显降低趋势,煤储层的孔隙发育情况以小孔、微孔为主,煤储层的BET比表面积平均为1.26 m2/g,其中北部煤储层比表面积较大,煤储层BJH总孔容平均为0.003 41 mL/g;受惰质组相对含量、压缩程度及次生孔隙影响,随着煤变质程度的增加,煤岩的孔隙度、BJH总孔体积和BET比表面积呈现“大—小—大”的变化规律,当R_max值为1.5%左右时,为最小值;煤储层随着所受应力的增强,微孔趋于闭合,其他各类孔数量均减小,整体上为小孔含量相对增加,煤中吸附孔隙类型由封闭型孔变为开放型孔,应力作用对煤岩的渗流孔隙的发育具有较强的控制作用,主要体现在煤岩中大孔对煤层气的贡献要优于其他孔隙。      

不同煤级煤的微孔介孔演化特征及其成因

为了探讨煤的微孔介孔演化特征及其成因,在华北二叠纪煤盆地,采取7个不同煤化程度的煤样,分别采用低压CO₂吸附法和液氮吸附法对各煤样的纳米孔隙进行表征;基于密度泛函理论、DA（Dubinin—Astakhov）、DR（Dubinin—Radushkevich）、BET、BJH等方程计算孔隙表面参数;分析煤的微孔（孔径<2 nm）和介孔（孔径2~50 nm）的孔径分布、孔容和比表面积随煤级变化的规律;并探讨微孔形成的主控因素及介孔的形成机制。研究结果表明:微孔孔容和比表面积与煤的镜质体反射率高度正相关,微孔在吸附中占绝对支配性主导地位;微孔孔径分布曲线呈双峰分布,不同煤级煤样的曲线形态相似,极微孔随煤级增加最快;介孔比表面积和孔容随煤级增加逐渐下降,介孔孔径分布呈单峰分布,随着煤级的增加,煤的BET比表面积先减少后增加,呈U形分布;微孔的形成应主要受控于煤的类微晶参数和芳香层片间的堆垛结构,而介孔的形成应主要受控于煤侧链的变化和煤的基本结构单元间隙。      

褐煤孔隙结构及比表面积特征

为揭示褐煤孔隙结构及比表面特征,选取全国主要褐煤产地样品,进行煤岩显微组分含量测定和低温氮吸附实验,从吸附曲线形态、比表面积、孔径结构分布刻画煤储层微孔隙特征,探讨孔径结构与比表面积的关系,分析BET比表面积与煤岩显微组分的相关性。结果表明:褐煤低温液氮曲线形态大致可以分为无吸附回线、有拐点的吸附回线和无拐点的吸附回线3类;BET比表面积随BJH总孔体积的增加呈线性增加趋势,在2~10 nm范围内的孔径和比表面积关系可以分为正相关、负相关和复合相关3种;显微组分组和比表面积的相关性较弱,但比表面积与细屑体含量具有较好的线性关系。      

沁水盆地南部高煤级煤储层孔隙分形特征

以沁水盆地南部的20个高煤级煤样品的压汞实验和煤岩煤质分析的结果为依据,探讨了孔隙分形维数的计算方法,分析了盆地南部地区高煤级煤孔隙分形特征。研究表明,高煤级煤孔隙分形无标度区为50nm~100μm,孔隙分维数在2.94~3.21,孔隙分维数与煤变质程度、孔隙度、大孔含量、体积中值孔径呈负相关关系,与中孔含量、吸附孔含量、退汞效率、灰分产率呈正相关关系,而固定碳含量、镜质组质量分数、挥发份产率、兰氏体积则以孔隙分维数3.05为拐点呈双U形或倒双U形变化。孔隙分维数可以作为反映高煤级煤储层吸附能力和解吸能力的一个重要参数,并依据孔隙分维数划分出该区富气易解吸区、富气难解吸区及含气解吸区。     

山西沁水盆地南部3号煤层储集空间特征与变质程度的关系

煤岩的变质程度影响着煤层的储集空间特征,对煤岩的孔隙度,渗透率以及煤岩微裂缝的发育都有重要影响。为了研究两者的关系,选取山西沁水盆地南部不同矿区有代表性的3号煤层,对不同变质程度煤样的镜质体反射率（R0）、孔隙度、渗透率进行了测试并对煤储集空间类型和结构进行扫描电镜观察。研究结果表明：3号煤层储集空间类型主要为孔隙和微裂缝;当R0小于2.4%,孔隙度、渗透率与R0呈负相关,R0大于2.4%时,孔隙度、渗透率与R0呈正相关,R0为2.4%可能是煤岩变质程度对煤岩孔隙度、渗透率影响的关键期,在高变质程度煤岩中孔隙度与渗透率的升高是由微裂缝的发育引起的,并且随着R0的增加,微裂缝发育程度增大。     

阜康矿区煤的孔隙与裂隙特征

煤的孔隙与裂隙是煤层气赋存的空间也是煤层气运移和产出的通道。在新疆阜康矿区三工、建江等7对矿井巷道煤层裂隙观测统计的基础上,采用宏观煤岩分析、显微煤岩分析、压汞实验与煤的孔隙结构分析等方法,研究阜康矿区煤层孔隙与裂隙特性,评价煤层气赋存特征与渗透性。结果表明:阜康矿区煤层孔隙发育以微孔和小孔为主,孔容和比表面积较大,有利于煤层气的吸附和解吸;裂隙发育具有非均质性,矿区西部裂隙最为发育,东部次之,中部不发育;煤岩组分中镜质组的增加会使微小孔增多,有利于煤层气的吸附;中孔孔容对孔隙度具有控制作用;阜康矿区煤层的孔隙率随着镜质体反射率的增大呈增大的趋势。研究结果对新疆阜康矿区煤层气的勘探开发具有一定的理论指导意义。      

中梁山矿区煤的孔隙特征及其对吸附性的影响

为了研究中梁山矿区煤的孔隙性、吸附性特征,选取8组煤样分别进行煤镜质组反射率测试、压汞实验和高压等温吸附实验分析。研究表明：（1）大孔和微孔对煤总孔容的控制明显,过渡孔和中孔影响小,微孔对煤比表面积的贡献最大;（2）煤中孔隙以开放孔为主,并具有相当数量的半封闭孔,孔隙连通性总体较好;（3）在中低煤级阶段,一般煤的孔隙度、孔容和比表面积均随变质程度的增大而减小;（4）煤的最大吸附量与总孔容、总比表面积呈正相关性。     

我国瘦煤储层物性特征分析

我国瘦煤资源丰富,埋深2 000 m以浅的瘦煤资源总量为1 227.86×108t,主要分布在山西、贵州、河南、陕西、四川等地。为评价我国瘦煤储层物性特征,分析了49个不同地区瘦煤煤样的显微煤岩组分、工业分析、元素分析、孔径结构、孔隙度、等温吸附实验数据,结果表明:我国瘦煤煤岩显微组分以镜质组为主,惰质组次之,几乎不含壳质组;随煤化程度的增加,Mad和Vdaf逐渐减少,Cdaf、Ndaf含量逐渐增大,Hdaf、Odaf含量逐渐减少,H/C原子比和O/C原子比逐渐减小;过渡孔、微孔较为发育,大孔次之,中孔发育较差;微孔含量和孔隙度均随煤化程度的增加呈现缓慢增加的趋势;朗格缪尔体积随煤化程度的增加呈现缓慢升高的趋势,朗格缪尔压力及平衡水含量随煤化程度的增加呈现缓慢下降趋势。     

煤储层特征及其对吸附能力的影响——以鸡西盆地城子河组为例

采用扫描电镜、低温氮吸附法对鸡西盆地城子河组煤岩储集空间特征和孔隙结构进行研究,探讨煤岩吸附能力的主要影响因素。结果表明,煤岩常见孔隙类型包括残余组织孔、屑间孔、角砾孔和气孔,其中气孔的广泛发育既证实了煤岩大量生烃的过程,又为煤层气赋存富集提供优质储集空间。形式多样的张性裂隙组合,对改善渗透性具积极意义;煤岩低温氮吸附曲线呈现两种类型,反应不同特征的孔隙系统。鸡东坳陷相对梨树镇坳陷煤岩中微孔更为发育,使得比表面积和总孔体积值较高,平均孔径值降低,孔隙形态从开放性逐渐过渡为墨水瓶孔,微孔中墨水瓶孔的含量是导致滞后环形态发生变化的主要原因;煤岩的比表面积和总孔体积能够较好的反应煤岩的吸附能力。灰分、镜质组含量和成熟度通过控制鸡西盆地城子河组煤岩孔隙发育特征,从而影响煤岩的吸附能力。煤岩镜质组和演化程度升高会增强煤岩的吸附能力,而灰分含量高会减少煤岩对甲烷的吸附量。     

煤岩孔隙度主控地质因素及对煤层气开发的影响

为系统分析煤岩孔隙度主控地质因素及对其煤层气开发的影响,统计分析了全国37个主要煤层气区块/矿区的压汞孔隙度等数据。利用相关趋势分析方法分煤级着重探讨煤级、煤体结构、镜质组、灰分等因素对煤岩孔隙度以及煤层气开发的影响。结果表明:Ro,max是储层物性评价的重要参数,低煤级区煤岩孔隙度对Ro,max的变化最为敏感,且孔隙度平均值随成熟度升高呈现出高-低-高-低的变化。低煤级区同一煤层气区块/矿区内部,孔隙度变化区间大于高煤级区同一煤层气区块/矿区内部孔隙度的变化区间。中低煤级区,复杂的煤体结构对煤储层物性具有破坏作用;高煤级区,复杂的煤体结构对物性有一定的改善作用。镜质组含量与孔隙度呈负相关关系,灰分产率与孔隙度无明显相关性,且在低煤级区镜质组含量和灰分产率与孔隙度均具有明显的负相关性,是孔隙度评价的重要参数;而在中高煤级区,二者对孔隙度的影响可以忽略。煤岩大中孔比例和储层平均渗透率随平均孔隙度的增高而增高,孔隙度大小尤其是孔隙度随煤级的变化规律对不同煤级区煤层气开发潜力评价具有重要指导意义。     

煤层孔隙与裂隙特征研究进展

煤层孔隙与裂隙发育特征是非常规油气沉积学的重要研究内容,其研究对深入认识煤层流体赋存与传质过程微观机理、优化地质适配性开发工艺具有重要意义。煤层孔隙、裂隙成因类型复杂、尺度分布范围广、非均质性强,其发育特征是煤化作用、变质作用类型、构造演化作用、煤岩物质组成、地下流体等多因素共同作用的结果。煤化作用是其内因,构造应力作用是其主要外因,内外因作用下形成了不同煤阶、不同含煤盆地、不同构造部位煤层孔隙、裂隙发育的现今特征,而成煤物质、沉积环境、盆地埋藏史、热史等具有重要的控制作用。煤层孔隙、裂隙的研究与煤层气高效开发紧密关联,未来研究中将煤层孔隙—裂隙作为具有整体性的解吸—扩散—渗流网络加以认识更具意义,而煤层孔隙—裂隙连通网络控制的渗透率来源和有效性、纳米尺度孔隙—裂隙发育特征与结构关系、孔隙—裂隙与煤层流体之间的界面性质、多尺度孔隙—裂隙结构表征等需要进一步探讨。数字岩石物理表征技术的发展和应用为该领域的研究提供了新方法和新思路。     

鄂尔多斯盆地东部煤岩孔隙特征实验分析

煤层气储层孔隙结构特征决定着煤层的吸附能力。利用低温氮吸附法和汞侵入法对鄂尔多斯盆地东部地区煤样的孔隙特征进行测试,并分别对煤样的低温氮吸附孔隙特征和汞侵入孔隙特征进行分析。在此基础上,综合两种实验的测试结果,对煤样的孔隙类型进行分类。压汞实验表明:压汞曲线和退汞曲线相似性较好,两者之间的间距很小,退汞效率达65%~75%;液氮实验表明:低变质煤孔以一端封闭的孔为主,随着煤变质程度的增加,先是较大的孔变为两端开放的孔,接着较小孔变为两端开放的孔,到了无烟煤阶段微孔也变成以两端开放的孔为主。综合两种结果,认为煤样的孔隙中以微孔和过渡孔为主,并且微孔和过渡孔是构成煤样孔隙容积的主要贡献者,大孔和中孔的总孔容所占比例较小。鄂尔多斯盆地东部煤岩的孔隙特征有利于煤层中气体的吸附,是煤层气储层的良好场所。     

Adsorption Mechanism and Kinetic Characterization of Bituminous Coal under High Temperatures and Pressures in the Linxing‐Shenfu Area

The majority of coalbed methane(CBM) in coal reservoirs is in adsorption states in coal matrix pores. To reveal the adsorption behavior of bituminous coal under high-temperature and high-pressure conditions and to discuss the microscopic control mechanism affecting the adsorption characteristics, isothermal adsorption experiments under hightemperature and high-pressure conditions, low-temperature liquid nitrogen adsorption-desorption experiments and CO2 adsorption experiments were performed on coal samples. Results show that the adsorption capacity of coal is comprehensively controlled by the maximum vitrinite reflectance(Ro, max), as well as temperature and pressure conditions. As the vitrinite reflectance increases, the adsorption capacity of coal increases. At low pressures, the pressure has a significant effect on the positive effect of adsorption, but the effect of temperature is relatively weak. As the pressure increases, the effect of temperature on the negative effect of adsorption gradually becomes apparent, and the influence of pressure gradually decreases. Considering pore volumes of pores with diameters of 1.7-100 nm, the peak volume of pores with diameters 10-100 nm is higher than that from pores with diameters 1.7-10 nm, especially for pores with diameters of 40-60 nm, indicating that pores with diameters of 10-100 nm are the main contributors to the pore volume. The pore specific surface area shows multiple peaks, and the peak value appears for pore diameters of 2-3 nm, indicating that this pore diameter is the main contributor to the specific surface area. For pore diameters of 0.489-1.083 nm, the pore size distribution is bimodal, with peak values at 0.56-0.62 nm and 0.82-0.88 nm. The adsorption capability of the coal reservoir depends on the development degree of the supermicroporous specific surface area, because the supermicroporous pores are the main contributors to the specific pore area. Additionally, the adsorption space increases as the adsorption equilibrium pressure increases. Under the same pressure, as the maximum vitrinite reflectance increases, the adsorption space increases. In addition, the cumulative reduction in the surface free energy increases as the maximum vitrinite reflectance increases. Furthermore, as the pressure increases, the surface free energy of each pressure point gradually decreases, indicating that as the pressure increases, it is increasingly difficult to adsorb methane molecules.     

华北南部构造煤纳米级孔隙结构演化特征及作用机理

构造煤是在构造应力作用下,煤体发生变形或破坏的一类煤,在世界主要产煤国家皆有分布。构造变形不同程度的改变着煤的大分子结构和化学成分,而且也影响到构造煤的纳米级孔隙结构(<10 0 nm ) ,它是煤层气的主要吸附空间。通过构造煤显微组分和镜质组油浸最大反射率的测定,采用液氮吸附法对不同变质变形环境、不同变形系列构造煤的纳米级孔隙分类、孔隙结构特征进行了深入系统的研究,并结合高分辨透射电子显微镜和X射线衍射对大分子结构和孔隙结构的分析,结果表明:不同类型构造煤纳米级孔径结构自然分类,可将孔径结构划分为过渡孔(15～10 0 nm )、微孔(5～15 nm )、亚微孔(2 .5～5 nm )和极微孔(<2 .5 nm ) 4类。低煤级变形变质环境中随着构造变形的增强,不同类型构造煤过渡孔孔容明显降低,微孔及其下孔径段孔容明显增多,可见亚微孔和极微孔,过渡孔的比表面积大幅度降低,而亚微孔的却增加得较快。从脆韧性变形煤至韧性变形煤,总孔体积、累积比表面积、N2 吸附量随着构造变形的增强,这些结构参数均迅速增加,但中值半径进一步下降。非均质结构煤孔隙参数与弱脆性变形煤相当。中、高煤级变形变质环境形成的各种类型构造煤与低煤级变质变形环境相比,孔隙参数的变化基本一致。但不同类型构造煤的变化又有所区别