鄂尔多斯盆地紫金山地区煤孔隙分形规律及其主控地质因素分析

发布时间：2019-10-02 09:37

【摘要】：通过对鄂尔多斯盆地东北缘紫金山地区气-肥煤样的孔隙结构测试,在重点阐述主煤层孔隙发育特征及分形规律的基础上,分析其主控地质因素,并挖掘了分维特征所暗示的煤层气可采潜力信息。结果表明:紫金山地区煤孔隙率整体偏低,孔隙结构以微孔为主,过渡孔与大孔次之,中孔最少,其中微孔孔容及孔比表面积贡献率最大,反映主煤层有利于煤层气的储集。基于压汞曲线将本区煤孔隙划分三种类型,结合压汞参数分析,指出8+9~#煤开放孔较多、孔喉分布比较集中且相对较大,比4+5~#煤更有利于煤层气渗流。基于压汞数据分形分析,将研究区煤样吸附孔与渗流孔界限确定为100 nm。孔隙分形特征受变质程度影响较大,4+5~#煤以深成变质作用为主,8+9~#煤则受到相对较强的区域岩浆热变质作用。其中深成变质作用有利于煤吸附能力的增加,而区域岩浆变质作用能够有效的改善煤孔隙结构,增强孔隙连通性,提高煤层的解吸、扩散、渗流能力。此外,分形特征还受灰分产率与煤岩组分的影响。结合含气性等参数分析,在资源量相近时,8+9~#煤具有较高的可采性。
【图文】：

分布图,采样点,分布图,位置

3期王博洋等:鄂尔多斯盆地紫金山地区煤孔隙分形规律及其主控地质因素分析501图1研究区位置及采样点分布图Fig.1Thestudyarealocationandthesamplingpointdistribution间，平均为17.81%。8+9#煤层灰分整体偏大，两者均属低—中灰煤。紫金山地区附近存在高灰分产率异常点，是受紫金山岩浆期后热液作用的影响。4+5#煤水分0.58%～1.76%，平均为1.33%;8+9#煤水分在0.85%～2.73%之间，平均为1.44%，均具有随煤变质程度的增加，水分呈先减小后增大的趋势。4+5#煤挥发分介于25.71%～39.05%之间，平均为30.59%，8+9#煤挥发分介于23.51%～35.74%之间，4+5#煤挥发分略高，总体表现为随煤化程度的增加而呈现减小的趋势(表1，表2，图3)。据钻孔煤芯肉眼观测，4+5#煤层以半暗煤和半亮煤为主，光亮煤次之，具条带状结构，层状构造，半坚硬—坚硬，断口以参差状和阶梯状为主，贝壳状次之，显示抗拉强度较小，可改造性强。部分钻孔中煤层裂隙发育，裂缝中充填薄膜状及网格状方解石。8+9#煤层以半暗煤和半亮煤为主，光亮型煤次之，暗淡煤最少，条带状结构，块状构造，含黄铁矿结核;半坚硬—坚硬，少量为松软，断口以参差状为主，贝壳状和阶梯状次之。多数钻孔煤层裂隙发育，有薄膜状及网格状方解石充填。显微组分测试数据统计表明无论是4+5#煤还是8+9#煤，显微组分都以镜质组为主，壳质组与惰质组次之，矿物质含量最低(表1)。2样品与方法研究区内煤层气井较多，选择正在施工的钻井进行煤样采集工作，煤样来自于全区稳定发育的山西组4+5#煤层和太原组8+9#煤层(采样位置如图1)，选取代表性煤样进行煤岩基础测试及孔隙结构测试。采用光学显微镜在油浸反射光条件下，按照国家标准GB/T6948-2008进?

孔隙分布,含煤地层,综合柱状图

502高校地质学报23卷3期图2研究区含煤地层综合柱状图Fig.2Stratigraphicsynthesishistogramofthestudyarea隙率。煤岩孔隙结构分析采用AutoPoreⅣ9510型全自动压汞仪进行测试，金属汞与煤岩表面接触角为140°，汞表面张力为480dyn/cm，测量的孔隙直径范围大于3.0nm。渗透率分析采用PDP-200型克氏脉冲衰减渗透率仪进行测试。由于煤体是一种分形体，其孔隙率、渗透率等物理性质均具有分形特征(张松航等，2009)，因此，为研究孔隙结构的复杂程度及定量表征渗流能力，众多学者从孔隙分形规律的角度来揭示煤岩组分的复杂程度和煤结构遭受破坏的严重程度(赵爱红等，1998;张晓辉等，2014;宋晓夏等，2014)。Menger海绵的构造思想可以用来模拟煤岩体的孔隙分形特性，并由WashBurn方程构建的进汞体积与进汞压力之间的双对数方程可作为描述煤储层孔隙系统分形特征的数学模型(Anguloeta1.，1992;Fallicoeta1.，2010;郭晨，2015)，即:Lg(dVp(r)/dP(r))∝(4－Db)Lgr∝(Db－4)LgP(r)式中:P(r)为压汞过程中的外加压力，MPa;r为煤样孔隙半径，nm;VP(r)为相应压力P(r)下的累积进汞体积，cm3/g;dVp(r)为相应压力增量dP(r)的孔容增量，，cm3/g;D为煤孔隙体积分形维数，无量纲。根据Lg(dVp(r)/dP(r))与LgP(r)之间的线性方程求出斜率K，进而算出D。3结果与讨论3.1孔隙分布依据比重瓶法，研究区4+5#煤孔隙率介于3.47%～6.00%之间，平均为4.48%，8+9#孔隙率介于3.35%～8.129%，平均为5.49%(表1)，8+9#煤孔隙率较高，孔隙率整体表现为随煤化程度的增加，以Ｒo为1.3%为界呈“U”型变化，这与陈跃等(2016)所得结论一致(图4)。压汞法可测得孔半径大于3.75nm以上的有效孔隙的孔容?
【作者单位】：中国矿业大学资源与地球科学学院;煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室;
【基金】：国家科技重大专项(2016ZX05041-001) 国家自然科学基金重点项目(41530314)
【分类号】：P618.13

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