沁水盆地東北部地區(qū)15號(hào)煤儲(chǔ)層物性特征分析

尹 帥 ，單鈺銘 ，王 磊 ，趙軍輝 ，鄭蓮慧

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都610059；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安710069）

沁水盆地作為我國(guó)規(guī)劃建設(shè)的煤層氣產(chǎn)業(yè)化基地之一，煤層氣資源量大，具有煤層埋深適中（一般300～1000m）、厚度大、地層產(chǎn)狀平緩、含氣量較高、斷層少、割理系統(tǒng)發(fā)育、滲透率較高等良好的儲(chǔ)層地質(zhì)條件和資源條件［1］.前人對(duì)本區(qū)煤儲(chǔ)層特征研究主要集中在煤巖成分測(cè)定、鏡下觀察、孔滲、孔隙結(jié)構(gòu)、割理、裂縫、頂?shù)装濉⒚簬r變形等方面［2-11］.但由于高變質(zhì)階段煙煤自身的獨(dú)特性和強(qiáng)非均質(zhì)性，人們對(duì)煤儲(chǔ)層特征了解不夠深入.筆者采用各種分析測(cè)試方法，對(duì)目前研究程度尚低的沁水盆地東北部地區(qū)15#煤儲(chǔ)層物性特征進(jìn)行綜合分析，希望獲得一些新的認(rèn)識(shí)，為該地區(qū)煤儲(chǔ)層的進(jìn)一步深入研究提供對(duì)比和參考.

1 地質(zhì)特征

1.1 構(gòu)造特征

沁水盆地位于呂梁隆起東側(cè)，太行復(fù)背斜西側(cè)，中條山隆起帶以北，五臺(tái)山隆起帶以南，為華北地臺(tái)內(nèi)的一個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，現(xiàn)今面貌為一個(gè)近南北向的大型復(fù)式向斜［1］，其北部構(gòu)造綱要如圖1.

圖1 沁水盆地北部構(gòu)造綱要圖（據(jù)梁宏斌，2012，修改）Fig.1 Regionaltectonic outlineofnorthern QinshuiBasin（modified from LIANGHong-bin,2012）1—斷層（faul）t；2—背斜（anticline）

1.2 地層特征

該區(qū)域的地層是在華北地臺(tái)基礎(chǔ)上逐步發(fā)展完善起來(lái)的，最下部為震旦系古老結(jié)晶基底，隨后沉積了寒武、奧陶系碳酸鹽巖地層，其上沉積了石炭系的本溪組、太原組，二疊系的山西組、下石盒子組、上石盒子組、石千峰組，其中太原組和山西組為主要含煤層位，再往上沉積了三疊系、第四系等碎屑巖沉積及松散沉積物.石炭系上統(tǒng)太原組厚度約為100～150m，主要由灰色砂巖、灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖、灰?guī)r及煤層組成，為海陸交互相沉積，夾灰?guī)r數(shù)層，含煤多層.本次研究的15#煤層，厚度一般5m左右，埋深300～400m.其頂?shù)装逡院谏蚧液谏鄮r、砂質(zhì)泥巖、巖屑砂巖為主，對(duì)煤層氣的保存較為有利.

2 煤巖特征

2.1 煤巖宏觀特征

本區(qū)15#煤層煤類主要是高煤級(jí)煙煤中的貧煤（Ro范圍1.8～2.5），變質(zhì)程度較高，往往煤層氣的生成量與變質(zhì)程度正相關(guān) .煤樣呈黑色、褐黑色塊狀、粉末狀或條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀或塊狀構(gòu)造，具有玻璃或強(qiáng)玻璃光澤，貝殼狀、參差狀或階梯狀斷口，裂隙發(fā)育.宏觀煤巖組分以亮煤或亮煤-鏡煤為主，暗煤和絲碳較少.宏觀煤巖類型主要為光亮型煤、半光亮型煤，夾有少量半暗型和暗淡型煤，表明凝膠化組分含量較高，煤相為森林泥炭沼澤相［5］，易于形成利于開(kāi)發(fā)的有利儲(chǔ)層.

2.2 巖石學(xué)特征

通過(guò)對(duì)33個(gè)煤樣的薄片進(jìn)行鏡下觀察，并作其有機(jī)組分含量三角圖（如圖2），發(fā)現(xiàn)其有機(jī)顯微組分最顯著的特點(diǎn)就是鏡質(zhì)組含量高，含量約為62%～80%，平均含量70.02%，最少僅為28%，最高可達(dá)85%.一般來(lái)說(shuō)鏡質(zhì)組的脆度最大，且生氣能力較高，單組分煤巖有機(jī)顯微類型強(qiáng)度低于雙組分和三組分［3］，脆度越大越容易斷裂形成裂隙，使煤層氣儲(chǔ)集和運(yùn)移.惰質(zhì)組含量約為10%～25%，平均含量18.48%，最少僅為2%，最高可達(dá)60%，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組呈現(xiàn)一種此消彼長(zhǎng)的關(guān)系.87%的樣本V/I（鏡質(zhì)體/惰質(zhì)體）值在2以上，58%的樣本V/I值在5以上，最高可達(dá)30以上.殼質(zhì)組含量少，且難區(qū)分，僅在少數(shù)薄片中具有零星分布，且多被伊利石充填.其他薄片由于樣本煤化程度高，殼質(zhì)組在顯微鏡下難以辨認(rèn).鏡質(zhì)組主要以塊狀、凝膠狀、不規(guī)則條狀零星或?qū)訝罘植迹ㄈ鐖D3A），這主要是因?yàn)楦呙弘A凝膠化作用較徹底，凝膠體往往孔隙比較發(fā)育［12］，且在縮聚時(shí)容易產(chǎn)生裂隙，從而增加了煤層氣的儲(chǔ)集空間.惰質(zhì)組呈斑塊狀、長(zhǎng)條狀、透鏡狀、線狀或薄層狀不均勻分布于煤巖中（如圖3B、C、D），有些被伊利石等黏土礦物充填.煤中礦物含量較低，一般約為1%～15%，礦物成分中主要為黏土礦物（如伊利石、高嶺石）、氧化物（如石英）、硫化物（如黃鐵礦）和碳酸鹽礦物（如方解石）.

圖2 有機(jī)顯微組分含量三角圖Fig.2 Triangulardiagram oforganic contents

圖3 煤巖顯微照片F(xiàn)ig.3 Micrograph ofcoal單偏光（single polarization）：A—鏡質(zhì)組及被礦物填充的孔隙，4×10（vitriniteand pore filled bymineral）；B—透鏡狀惰質(zhì)組，2×10（lenticular inertinite）；C—團(tuán)塊狀惰質(zhì)組，4×10（crumb inertinite）；D—鏡質(zhì)組中夾層狀惰質(zhì)組，4×10（bedded inertinite in vitrinite)

整體分析認(rèn)為，本區(qū)V/I值高，鏡質(zhì)組具有明顯的優(yōu)勢(shì)，利于生氣，同時(shí)脆度大強(qiáng)度低易于產(chǎn)生裂隙，利于煤層氣的儲(chǔ)集和運(yùn)移.

3 孔隙類型

煤中的孔隙是指煤體中未被有機(jī)質(zhì)或者礦物質(zhì)充填的空間.煤具有無(wú)序性和很強(qiáng)的非均質(zhì)性，因此存在復(fù)雜的孔隙類型.煤中的裂隙主要為凝膠化組分收縮或構(gòu)造作用產(chǎn)生的裂隙.以往的煤層氣井主要分布在割理比較發(fā)育的中煤級(jí)煤中，中煤級(jí)煤的割理系統(tǒng)控制著儲(chǔ)層的滲透率已經(jīng)被證實(shí)［6］，但高煤級(jí)煤的割理系統(tǒng)往往被礦物質(zhì)充填.煤的成巖作用對(duì)古環(huán)境具有一定的依賴性，不同古環(huán)境下形成的煤層的孔隙類型有差別，煤巖作為非常規(guī)儲(chǔ)層性脆，自晚古生代以來(lái)經(jīng)歷了多期復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，對(duì)其進(jìn)行了后生改造，與其他地區(qū)相比，本區(qū)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單、平緩.同時(shí)在區(qū)域性熱變質(zhì)的作用下煤層經(jīng)歷了復(fù)雜的熱演化［13］，達(dá)到高煤級(jí)煙煤中的貧煤階段，具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性，加劇了孔隙的復(fù)雜特征.通過(guò)掃描電鏡對(duì)15#煤樣在一定尺度上進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)煤儲(chǔ)層的孔隙類型為孔隙和裂隙的雙孔隙特征（如圖4A、B），同時(shí)發(fā)育割理（如圖4C），且割理多被脈狀方解石充填（如圖4D），從而使?jié)B透率急劇降低.一般孔隙直徑小于65 nm或100 nm時(shí)，孔隙內(nèi)的氣體運(yùn)移方式為擴(kuò)散，而大于65 nm或100 nm時(shí)，氣體運(yùn)移方式為滲流［14］，因此在裂縫處一般以達(dá)西滲流方式運(yùn)移，在納微級(jí)別孔隙中一般以擴(kuò)散方式運(yùn)移.

圖4 煤樣電鏡照片F(xiàn)ig.4 ElectronicmicrographofcoalsamplesA—孔隙（pore）；B—裂隙（crack）；C—割理（cleat）；C—割理被方解石填充（cleat filled with calcite）

4 孔滲特征

對(duì)本區(qū)煤樣33個(gè)孔隙度測(cè)試數(shù)據(jù)和5個(gè)滲透率的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明孔隙度在9%～15%范圍內(nèi)達(dá)到79%（如圖5）.最大值為17.4%，最小值為6.82%，平均值為12.18%.對(duì)33個(gè)煤樣中孔隙度分布頻率較高的5個(gè)進(jìn)行滲透率測(cè)定（如表1），結(jié)果表明其滲透率最小值為0.0011mD，最大值為0.2192mD，平均值為0.07mD，由于強(qiáng)非均質(zhì)性導(dǎo)致其滲透率變化比較大.按照相關(guān)煤儲(chǔ)層參數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，有效孔隙度大于 5%［15］，滲透率大于 0.5mD［16］的煤儲(chǔ)層最好.相比之下本區(qū)樣本煤樣孔隙度較高，但都表現(xiàn)出低滲—特低滲的特征.整體分析表明，本區(qū)15#煤儲(chǔ)層在深度、厚度、有效孔隙度、構(gòu)造特征等方面均達(dá)到了Ⅰ類儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［15］，但滲透率變化比較大，具有低滲—特低滲的特征，給煤層氣開(kāi)發(fā)帶來(lái)一定難度，但整體具有較好的儲(chǔ)層條件.

圖5 煤樣孔隙度分布直方圖Fig.5 Porositydistribution histogram ofcoalsamples

5 孔隙結(jié)構(gòu)特征

5.1 壓汞特征分析

通過(guò)對(duì)表1的5個(gè)煤樣進(jìn)行壓汞實(shí)驗(yàn)，作如圖6所示的進(jìn)汞曲線（入汞喉道半徑下限為0.0038μm）.筆者以壓入汞10%對(duì)應(yīng)的毛管壓力值作為排驅(qū)壓力，可以看出5個(gè)樣品的排驅(qū)壓力都比較高.其中3#和4#樣品相對(duì)較低，分別為0.27MPa和0.38MPa，對(duì)應(yīng)的喉道半徑分別為 2.74 和 1.99 μm.1#、2#、5#樣品排驅(qū)壓力高，分別為2、4.8和7.2MPa，其對(duì)應(yīng)的喉道半徑分別為0.37、0.16和0.1μm.煤樣的總進(jìn)汞率都較低，一般為50%左右，說(shuō)明喉道半徑小于0.0038μm的有效孔隙仍占有較大比例空間，退汞效率在60%～80%之間.由于基數(shù)（入汞量）較低，因此退汞效率較高.5個(gè)煤樣中值壓力都較高，其中值壓力對(duì)應(yīng)的喉道半徑都在10～30 nm的范圍內(nèi)，以煤儲(chǔ)層按孔隙直徑1～10、10～100、100～1000、>1000 nm 分為微孔、小孔、中孔、大孔為標(biāo)準(zhǔn)，可以看出此曲線偏向于微孔喉型壓汞曲線型式.

圖6 煤樣進(jìn)汞曲線Fig.6 Mercury pressurecurveofcoalsamples

通過(guò)計(jì)算得出煤樣的物性參數(shù)如表2.對(duì)于煤巖來(lái)說(shuō)，孔喉均值（Ф）越小，表示較大孔越多.分選值小，表示分選越好，煤儲(chǔ)層主要偏向于某一類孔，孔可大可小.歪度表示孔喉分布相對(duì)于平均值來(lái)說(shuō)是偏于大孔還是偏于小孔，好的煤儲(chǔ)層歪度一般為正值或趨向于零的負(fù)值.變異系數(shù)表示觀測(cè)值的相對(duì)變化性，一般變異系數(shù)值越大，表示煤儲(chǔ)層越好.綜上可以看出，15#煤儲(chǔ)層的均值（Ф）偏大，分選值較大（分選差），歪度為負(fù)值，偏離零中等，變異系數(shù)偏小，表明15#煤儲(chǔ)層的孔喉配比較差，幾乎都偏于小孔.本文壓入汞對(duì)應(yīng)的最小喉道半徑為3.8 nm，喉道半徑低于3.8 nm對(duì)應(yīng)的微孔孔隙占有一定空間，9.4μm以上入汞量極低.通過(guò)統(tǒng)計(jì)，1#～5#煤樣喉道半徑小于100 nm壓入汞所對(duì)應(yīng)的孔隙空間占總壓入汞所對(duì)應(yīng)的孔隙空間的87%、90%、77%、81%和89%，喉道半徑小于10 nm壓入汞所對(duì)應(yīng)的孔隙空間（其中60%對(duì)應(yīng)的喉道半徑小于5 nm）占總壓入汞所對(duì)應(yīng)的孔隙空間的76%、83%、71%、65%和79%.滲透率越小，顯示出微小孔隙所占的體積份額就越大.由此可以看出，本區(qū)15#煤富含微孔，微孔為其主要的孔隙類型.綜上所述，本區(qū)煤儲(chǔ)層的孔喉配置關(guān)系為微孔-微喉型.

表2 煤樣孔隙結(jié)構(gòu)物性參數(shù)Table2 Physicalparametersofporestructureofcoalsamples

5.2 孔隙結(jié)構(gòu)分形特征分析

孔隙分形是指孔隙結(jié)構(gòu)在一定尺度范圍內(nèi)具有分形性，對(duì)于壓汞來(lái)說(shuō)，表現(xiàn)為壓入汞的體積與毛管壓力或毛管半徑在一定轉(zhuǎn)換條件下具有線性相關(guān)，具有較好的分形特征，并可計(jì)算出分形維數(shù)D.但是前人對(duì)高變質(zhì)煙煤的分形性研究比較少.

根據(jù)賀承祖［17］給出的的原始公式：

因?yàn)閞minrmax，所以S代表孔隙半徑小于r的累積孔隙體積分?jǐn)?shù)，r為孔徑，V為孔徑r對(duì)應(yīng)的孔隙體積.本文中未作說(shuō)明的孔徑均指半徑.

對(duì)于壓汞來(lái)說(shuō)，壓入汞的體積所對(duì)應(yīng)的孔徑代表大于r的累積孔隙體積分?jǐn)?shù)，所以SHg代表壓入的汞的體積.由Laplace公式，壓汞時(shí)Pc=0.75/r（Pc為孔徑r對(duì)應(yīng)的毛管壓力，當(dāng)Pc單位取MPa時(shí)，r的單位取 μm），帶入（3）得：Pmin為入口毛管壓力.兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)，得：

設(shè) a，b是任意常數(shù)，（5）式兩邊同時(shí)加上 lnea+（D-3）lneb，化簡(jiǎn)得：Pmin是定值，對(duì)于具分形性的同一類孔隙來(lái)說(shuō)，D可以看做一個(gè)定值，因此ln［ea（1-SHg）］和lnebPc之間存在線性關(guān)系，根據(jù)斜率可求得D.從此式中還可以清楚的看出D值的求取與1-SHg和Pc的單位無(wú)關(guān).

為使Y軸值盡可能趨于正值，將（6）式變形為：

對(duì)本區(qū) 1#～5#煤樣做 ln［100（1-S Hg）］/ln Pc圖（如圖7A～E，橫向從左到右孔徑范圍為 9.4～0.0038μm）.

由于高煤級(jí)煙煤的孔隙結(jié)構(gòu)隨孔徑變化差別很大，因此對(duì)于9.4～0.0038μm范圍孔徑從整體上來(lái)說(shuō)并不具有線性相關(guān)，不符合（7）式（如圖 7 A～E），因此有必要通過(guò)劃分區(qū)段來(lái)討論煤巖的分形性.前人通過(guò)對(duì)煤巖進(jìn)行分形性研究劃分出不同的分形下限，主要有 65、75、100 和 50 nm 等［2］，這些孔徑值均為直徑.筆者通過(guò)擬合，認(rèn)為本區(qū)煤樣在9.4μm到0.036μm孔徑范圍內(nèi)，除了5#煤樣，均具有較好的分形特征，符合（7）式（如圖7F～J）.因此筆者認(rèn)為本區(qū)貧煤的孔徑分形下限為36 nm.如果按照前人一般以直徑進(jìn)行定義，則分形下限為72 nm.

按照（7）式進(jìn)行計(jì)算，在這個(gè)范圍內(nèi)1#～5#煤樣的分形維數(shù) D 分別為 2.9688、2.9816、2.9535、2.9639 和2.9699.可以看出，本區(qū)貧煤分形維數(shù)值在2.9～3之間，一般D值越小表示分形越好，D值越大，孔隙結(jié)構(gòu)越雜亂，分形越差.整體來(lái)說(shuō)，本區(qū)貧煤的分形較差，孔隙結(jié)構(gòu)比較雜亂.前人［2］認(rèn)為高煤級(jí)煙煤孔隙分形維數(shù)與解吸能力相關(guān)，分形維數(shù)降低則解吸能力增強(qiáng)，相比而言本區(qū)煤層氣相對(duì)易解吸，因此在煤層氣（蘭氏體積）富集或較富集的15#煤層區(qū)域，可以作為勘探開(kāi)發(fā)的有利區(qū)塊.

對(duì)于了解程度尚不深入的煤儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，本文從煤樣分形維數(shù)隨孔徑的變化規(guī)律角度進(jìn)行分析.對(duì)煤樣所有測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行3次擬合，發(fā)現(xiàn)具有較高擬合度（如圖7A～E），其曲線型式主要有寬 S 型（1#、2#、3#、5#）和狹窄 S型（4#）兩種，與孔隙度有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系.通過(guò)二次求導(dǎo)計(jì)算出1#～5#煤樣的拐點(diǎn)橫坐標(biāo)值分別為0.3651、0.3333、0.7980、0.4415 和-0.2571，其對(duì)應(yīng)的孔徑分別為0.5206、0.5374、0.3377、0.4823和 0.9699 μm，各值相差不大，平均值為0.57μm.拐點(diǎn)左邊二次求導(dǎo)恒為正，右邊恒為負(fù)，說(shuō)明曲線在拐點(diǎn)左側(cè)斜率整體有增大的趨勢(shì).D值變大，孔隙分形特征變差，右側(cè)斜率整體有減小的趨勢(shì).D值減小，孔隙分行特征變好，說(shuō)明孔隙結(jié)構(gòu)并不是一味的雜亂下去，而是開(kāi)始趨于變好，尤其是在微孔孔徑級(jí)別D值減小迅速，表現(xiàn)出較好的分形特征.本文采用的是3次擬合，出現(xiàn)一個(gè)拐點(diǎn)，如果采用更高次擬合，也許會(huì)出現(xiàn)多個(gè)拐點(diǎn)，斜率變化會(huì)出現(xiàn)更多起伏，但其變化相對(duì)整體來(lái)說(shuō)是甚微的.由于3次擬合已經(jīng)達(dá)到比較高的擬合度，足以表現(xiàn)煤樣分形維數(shù)隨孔徑的變化規(guī)律，因此本文將一些極其微小的變化忽略不計(jì).

6 力學(xué)參數(shù)特征分析

6.1 變壓條件下煤巖體力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律

在軸壓5 kN不變，逐步增加圍壓條件下，煤巖部分參數(shù)變化規(guī)律如圖8A、B、C.可以看出V p隨著圍壓的增加而變大，10 MPa之后開(kāi)始變緩，15 MPa之后有略微下降的趨勢(shì).V s隨著圍壓的增加而變大，15MPa之后變化開(kāi)始放緩；楊氏模量隨著圍壓的增加而變大，15MPa之后變化開(kāi)始放緩.在圍壓20MPa不變，逐步增加軸壓條件下，煤巖部分參數(shù)變化規(guī)律如圖8D、E、F.可以看出楊氏模量隨著軸壓的增加先是增加，而后在軸壓80 kN附近開(kāi)始下降；V p開(kāi)始階段隨著軸壓的增加而增大，在軸壓120 kN附近開(kāi)始下降；V s開(kāi)始階段隨軸壓的遞增而增加，在60 kN附近出現(xiàn)下降.泊松比在增加圍壓時(shí)略有增加，在增加軸壓時(shí)略有減小，整體變化范圍為0.3～0.34，變化不大.由此可以看出，在變壓條件下，煤巖的力學(xué)參數(shù)具有一定的變化規(guī)律，2次擬合的擬合度較高，但由于煤巖具有強(qiáng)各向異性及非均質(zhì)性，各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)并沒(méi)有統(tǒng)一的變化范圍.

圖7 煤樣壓汞雙ln圖Fig.7 Logarithmic diagram ofmercury injection of coalsamples

圖8 變壓條件下煤巖力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律Fig.8 The coalpetrologic parameter curvesundervariable pressure

6.2 模擬地層條件下力學(xué)參數(shù)分析

在實(shí)驗(yàn)室三軸應(yīng)力模擬地層條件下（軸壓5 kN，圍壓20MPa，溫度25℃）獲得的煤巖力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)如表3.

由表3可以看出煤樣的楊氏模量范圍為4～10 GPa，為頂?shù)装澹ㄉ啊⒛鄮r）的 1/7～1/9，相對(duì)偏低，且變化幅度不大.根據(jù)蘭姆方程，煤巖的壓裂裂縫寬度與彈性模量成反比，沁南1500m以淺的煤巖楊氏模量一般在4GPa左右.因此本區(qū)15#煤層進(jìn)行壓裂產(chǎn)生的壓裂裂縫寬度要比沁南煤層小.沁南1500m以淺的煤層壓裂裂縫均不同程度延入煤層頂?shù)装澹芽p最大高度可達(dá)壓裂層厚度的4倍［10］，煤層與頂?shù)装宓臈钍夏Ａ恐钜话慵s為35 GPa.此差值越大，煤層與頂?shù)装宓膸r石力學(xué)性質(zhì)差異越大，層間易形成弱面，造成應(yīng)力集中，裂縫沿著弱面進(jìn)行延展，形成“T”形縫或“工”形縫［10］，這樣壓裂裂縫就越容易被控制在煤層中，且裂縫的形態(tài)具有隨機(jī)性，與埋深關(guān)系不大.相比本區(qū)15#煤層與頂?shù)装宓臈钍夏Ａ坎钪导s為40GPa，比沁南略高，因此壓裂裂縫高度要相對(duì)容易控制一些，但也會(huì)延入頂?shù)装?煤樣泊松比偏高，在0.33～0.37范圍內(nèi)變化不大.抗壓強(qiáng)度較低，為頂?shù)装宓?/2.縱橫波波速相對(duì)頂?shù)装寰停v橫波波速比相對(duì)較高，煤儲(chǔ)層整體表現(xiàn)出性脆、易被壓縮的特點(diǎn).

表3 研究區(qū)煤巖體力學(xué)參數(shù)Table3 Coalpetrologic parametersof thestudied area

7 結(jié)論

1）本區(qū)15#煤（貧煤）宏觀煤巖類型主要為光亮、半光亮型煤，利于生氣，其指示的煤相（森林泥炭沼澤相）一般來(lái)說(shuō)易于形成有利儲(chǔ)層，有機(jī)顯微組分具有明顯的鏡質(zhì)組優(yōu)勢(shì)，V/I值一般都在2以上，易于產(chǎn)生裂隙.孔隙類型具有孔隙和裂隙雙孔隙特征，利于煤層氣進(jìn)行擴(kuò)散和滲流，同時(shí)發(fā)育割理，但割理多被脈狀方解石充填，這是本區(qū)滲透率低的重要原因之一.煤儲(chǔ)層在深度、厚度、有效孔隙度、構(gòu)造特征等方面均達(dá)到了Ⅰ類儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，利于煤層氣開(kāi)發(fā)，但滲透率變化比較大，具有低滲—特低滲的特征，孔喉配置關(guān)系為微孔-微喉型，增加了開(kāi)采難度.本區(qū)15#煤整體具有較好的儲(chǔ)層條件.

2）通過(guò)對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)分形下限計(jì)算方法的探討，發(fā)現(xiàn)本區(qū)15#煤在9.4～0.0038μm孔徑（半徑）范圍內(nèi)，其孔徑分形下限為36 nm，分形維數(shù)D值在2.9～3之間，煤層氣相對(duì)易解吸，在煤層氣（蘭氏體積）富集或較富集區(qū)的15#煤層區(qū)域，可以作為勘探開(kāi)發(fā)的有利區(qū)塊.經(jīng)過(guò)3次擬合對(duì)煤巖孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)孔徑以0.57μm作為拐點(diǎn)，拐點(diǎn)左側(cè)分形特征有整體變差的趨勢(shì)，拐點(diǎn)右側(cè)分形特征有整體變好的趨勢(shì).并且隨著孔徑越來(lái)越小，分形特征呈現(xiàn)急劇變化的趨勢(shì).

3）本區(qū)煤巖力學(xué)性質(zhì)與頂?shù)装宀町惷黠@，煤樣楊氏模量范圍為 4～10GPa，為頂?shù)装宓?1/7～1/9，比沁南1500m以淺煤層楊氏模量（4GPa左右）高，因此壓裂產(chǎn)生的壓裂裂縫寬度要比沁南煤層的小.煤層與頂?shù)装宓臈钍夏Ａ坎钪当惹吣下愿撸虼藟毫蚜芽p高度比沁南煤層略小，相對(duì)容易控制在煤層中一些，但也會(huì)延入頂?shù)装?泊松比在0.33～0.37范圍內(nèi)變化不大，煤層抗壓強(qiáng)度為頂?shù)装宓?/2，縱橫波波速均較頂?shù)装迤停v橫波波速比相對(duì)較高，煤儲(chǔ)層性脆，易被壓縮.

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