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1、浅析煤层气煤岩特征实验方法ok33。煤层气产业的迅速发展,使得煤层气基础研究不断取得新的进展。煤层作为煤层气的储层,具有2方面的特征:一是在压力作用下具有容纳气体的能力;二是具有允许气体流动的能力。煤层气储层研究,包括储层孔渗性、裂隙与割理的发育程度、温度压力、水动力条件、煤岩特征、变质程度、含气性、吸附与解析特性等内容,近年来取得了较大进展[1-3]。笔者通过大量文献资料调研,对我国煤层气储层的物性特征、储集状态、煤岩特征和实验方法的研究进展进行了总结。1物性特征煤岩作为煤层气的源岩和储层,是孔隙和割理-微裂隙双重孔隙介质。由于煤层气在储层中要经过吸附、解吸、渗流、扩散等
2、过程才能被采出,因此,与常规的砂岩储层相比,煤层气储层的储集性能除了受到孔隙度和渗透率的影响外,还受到割理、外生裂隙、微裂隙的影响。煤岩的孔渗性是衡量储层储集和流通性能的重要特征。目前国内通常引用前苏联学者霍多特的煤岩孔隙度分类方法,即将煤中孔隙分为大孔、中孔、小孔(过渡孔)、微孔4类。煤岩既有大量的微孔,又有显微裂隙和宏观裂隙,可以简化为“双重孔隙”结构模型或“三元裂隙-孔隙”结构模型[4]。煤储层的孔隙性包括孔隙度、孔隙结构、孔径分布、孔隙连通性等,受煤阶、煤岩组成、煤层结构等因素影响很大。煤层气的吸附及扩散、渗透能力都与煤储层的孔隙性密切相关。煤储层的总孔隙空间由气体
3、液体能进入的有效孔隙空间和完全封闭的孤立孔隙空间(“死孔”)构成[4]。煤层气主要储存于早煤基质孔隙中,在宏观裂隙或者外生裂隙中运移,而显微裂隙(割理或内生裂隙)能沟通孔隙和宏观裂隙,改善储层连通性,孔隙是煤层气的主要储集空间和扩散渗流通道[3]。煤层的渗透率主要取决于其压实程度及裂隙系统的发育程度,而裂隙系统又受构造作用的控制,它是衡量可采性的重要指标。一般随煤层埋深和热演化程度的加深,煤层孔隙半径变小,渗透性变差,当煤层的割理发育且相对开启时,渗透性变好[5]。煤基质收缩膨胀或有效应力变化导致的煤基质自调节效应,造成煤储层渗透率在煤层气排采过程中呈规律性变化[6-7];
4、影响渗透率的另一个重要因素就是喉道,具有很明显的“短板效应”,无论总孔隙度有多大,喉道的大小和形状决定了煤岩的渗透率。割理是连通孔隙和宏观裂隙的桥梁[3],也是煤储层中普遍发育的裂隙系统(见图1),更是决定渗透率和煤层气开发的一个关键因素。割理的发育受控于煤岩组分和不同煤岩类型的分层情况[8]。La)具有十分可观的资源前景[15-17],虽然与浅部的煤储层特点有相似之处,但是处在高温高压的环境中,深部煤储层则有很多不同。国内对煤储层的孔隙结构、渗透性、吸附/解吸特征、煤岩结构、高应力状态下煤岩形变等的研究报道很少。水动力条件是决定煤层气能否保存下来的关键因素。在微渗滤作用下
5、,矿物结晶水、吸着水、薄膜水和毛细水等非流动水在煤层顶底板上形成网络状的渗滤水,对煤层气起到一定保护作用;处于逆断层中停滞的水,阻止煤层气向上运移,起到了水动力封堵作用。水动力封堵作用有可能形成异常高压,桑浩田认为异常高压形成机制可分为水动力封闭性和自闭性2类[18]。由水动力封闭形成的煤层气藏的渗透性一般比较好,在现有的经济和技术水平下可以进行开采。区域构造应力条件是影响割理裂隙发育的客观条件。唐鹏程认为古构造应力场控制割理延伸方向[8]。在外力作用下,煤的原生结构将遭受破坏而形成构造煤(破裂煤、碎粒煤和糜棱煤),原生结构的破坏会对煤储层的孔渗性产生2种不同的结果,一是煤
6、岩破碎增大煤储层的孔隙性,二是导通煤系地层之间的含水层,产生矿物充填堵塞孔隙。3煤岩学特征煤的变质程度对煤层气储层的影响呈现出一定的规律性。陈振宏等从煤岩化学结构和物理结构上,解释了不同煤阶的煤储层对煤层气的吸附/解吸作用差异的原因[19]。许多学者在煤变质作用程度对煤层孔隙度的控制作用上一致认为[20],随着煤阶的升高,煤的孔隙度呈现高—低—高的变化规律。但是,对于煤的变质作用对吸附和解吸的认识存在分歧。张群等认为在Ro为0.54%~4.25%时,煤的吸附能力随煤阶增高呈增高的趋势[21];Laxminarayana等则认为二者是一个“U”型的关系[22],即在中挥发分烟
7、煤阶段,煤的吸附能力取极小值。苏现波等研究认为,随煤阶的增高煤的吸附能力经历4个阶段[23]。傅雪海认为中国煤储集层吸附时间的长短,似与煤阶没有特定关系[24]。李小彦认为解吸样品吸附时间的变化与煤阶没有明显的关系[25]。钟玲文等在实验中发现,煤镜质体组分体积分数大于60%时的吸附量与煤化程度的关系[13]为:在Ro为0.5%~1.2%时,吸附量随着煤化程度增高而减小;当Ro为1.2%~4.0%时,吸附量随着变质程度增加而增加;Ro大于4.0%之后,吸附量随着变质程度的增加急剧变小,直至很少吸附或基本不吸附。此外
