煤储层孔裂隙演化及对煤层气微观流动的影响
发布时间：2022-01-07 02:28
本文通过对我国主要含煤盆地（准噶尔盆地、鄂尔多斯盆地和沁水盆地）的52个煤矿的煤岩样品,开展了煤岩组分和孔渗测试、低温氮气吸/脱附和压汞实验以及场发射扫描电镜（FESEM）分析等实验工作,同时实施了煤样聚焦离子束-场发射扫描电镜（FIB-SEM）纳米孔三维定量表征实验,X射线微米CT（μ-CT）孔裂隙三维定量表征实验和煤岩热重-质谱结合扫描电镜（SEM）分析等开创性实验以及相应的数值模拟工作。研究了不同煤级煤储层多尺度孔裂隙的演化规律和非均质性特征,构建了多尺度孔隙约束下的煤层气多孔扩散模型,分析了孔裂隙非均质性与渗透率的耦合关系,以及古交区块煤储层含气性和控气模式。主要成果和认识如下:（1）综合利用多种方法定量表征并阐明了不同煤级煤储层吸附孔（<100 nm）、渗流孔（>100 nm）以及微裂隙的形态、大小和孔径分布等发育特征和形成机理,同时利用FIB-SEM和μ-CT技术对不同尺度孔裂隙的三维空间发育特征进行了分析,构建了煤储层多尺度孔裂隙系统的二维-三维定量表征技术体系。（2）引入不同的分形数学模型,阐明了孔裂隙形态非均质性、吸附孔和渗流孔的孔隙结构非均质性特征,揭示...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
我国天然气生产量和消费量以及进口量（改自《2016-2022年中国天然气行业市场
图 1-2 煤储层孔裂隙分类与定量表征方法（改自刘大锰等，2015）1）流体注入法流体注入技术主要采用液体以及 CO2和 N2等吸附性气体在不同压力条件下注入实验样品并记录注入量或吸附量，然后利用不同的方法计算煤样孔径分布、孔体积和比表面积等。通常在煤储层孔裂隙特征研究中，多采用 CO2/低温 N2吸附法和压汞法结合对煤储层孔裂隙结构进行定量表征，探讨孔隙比表面积、孔体积以及孔径分布特征，同时基于不同数学模型，对不同尺度孔裂隙的分形特征进行研究（Clarkson and Bustin，1999a；陈萍和唐修义，2001；琚宜文等，2005；降文萍等，2011；薛光武等，2011；Yao et al., 2008，2009a；Cai et al., 2011；曾凡武等，2013；Li et al., 2015，2016；Zhao et al., 2016；Zhu et al., 2016；Fu et al.,2017；Hou et al., 2017）。基于不同煤级煤储层常规和恒速压汞实验分析结果，Yaoet al（.2010，2012）首次通过对核磁共振弛豫时间的分析，建立了煤储层孔隙度、
以准噶尔盆地南缘含煤区、鄂尔多斯盆地东缘含煤区以及沁水盆地中部西山煤田和阳泉矿区为重点研究地区，对 52 个煤矿进行系统地煤样采集和描述，获得大块煤样（约 40×40×40 cm3）共 125 块，根据不同实验要求制备成不同的试样。论文依照研究内容，分五个部分开展研究：① 低、中、高煤级煤样的煤岩基础参数测试，如镜质体反射率、显微组分分析、工业分析、气测孔隙度和渗透率实验等；②煤储层多尺度孔裂隙定量表征实验，涉及低温 N2吸附和压汞孔裂隙演化研究、FESEM 孔裂隙形态演化研究、FIB-SEM 纳米孔三维空间分布特征研究以及 μ-CT 的微米孔裂隙演化特征研究等；③煤储层多尺度孔裂隙非均质性研究，引入分形数学模型，定量分析煤储层多尺度孔裂隙非均质性特征；④多尺度孔裂隙约束下的煤层气扩散-渗流特征研究，构建多孔扩散模型并应用于现场解吸实验，分析孔裂隙非均质性对渗透性的控制，建立孔裂隙非均质性与渗透率变化的耦合关系；⑤以西山区块为例，重点剖析煤储层含气性分布规律，阐明其地质控制机理，提出控气模式。本研究所采用的技术路线如图 1-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]核磁共振冻融法表征非常规油气储层孔隙的适用性[J]. 刘标,姚素平,胡文瑄,曹剑,解德录. 石油学报. 2017(12)
[2]基于压汞、氮气吸附与FE-SEM的无烟煤微纳米孔特征[J]. 赵迪斐,郭英海,毛潇潇,卢晨刚,李咪,钱福常. 煤炭学报. 2017(06)
[3]沁水盆地东南部高阶煤孔隙分形特征及意义[J]. 高迪,刘建国. 河南理工大学学报(自然科学版). 2017(02)
[4]基于核磁共振弛豫谱的煤储层岩石物理与流体表征[J]. 姚艳斌,刘大锰. 煤炭科学技术. 2016(06)
[5]Priority-sequence of mineral resources’ development and utilization based on grey relational analysis method[J]. Wang Ying,Zhang Chang,Jiang Gaopeng. International Journal of Mining Science and Technology. 2016(03)
[6]比德-三塘盆地煤储层不同尺度孔隙分形特征研究[J]. 刘顺喜,吴财芳. 煤炭科学技术. 2016(02)
[7]氩离子抛光-场发射扫描电镜在煤纳米孔研究中的应用[J]. 毛潇潇,赵迪斐,卢晨刚,李刚,郭晓宇,郭英海. 电子显微学报. 2016(01)
[8]新疆准南地区煤储层显微裂隙特征及矿物控因分析[J]. 李臣臣,刘大锰,蔡益栋,周三栋. 煤炭科学技术. 2015(12)
[9]真三轴应力作用下煤样三维渗透率与地应力耦合关系研究[J]. 裴柏林,张遂安,郝杰,杨立源,李丹琼. 中国煤炭. 2015(11)
[10]基于动扩散系数新扩散模型的构造煤瓦斯扩散机理[J]. 李志强,王司建,刘彦伟,宋党育,王云刚. 中国矿业大学学报. 2015(05)
博士论文
[1]西山煤田古交矿区煤层气富集规律及产能主控因素研究[D]. 夏鹏.太原理工大学 2017
[2]煤层气储层物性动态演化及对产能的影响[D]. 蔡益栋.中国地质大学(北京) 2015
[3]煤层气开发储层渗透性动态变化规律研究[D]. 李俊乾.中国地质大学(北京) 2014
[4]沁南煤储层渗透率动态变化效应及气井产能响应[D]. 陶树.中国地质大学（北京） 2011
[5]煤层气吸附解吸机理研究[D]. 马东民.西安科技大学 2008
硕士论文
[1]西山古交区块煤储层孔渗特性与有利建产区预测[D]. 韩贝贝.中国矿业大学 2015
[2]鄂尔多斯盆地东缘煤层气储层物性研究[D]. 张松航.中国地质大学（北京） 2008
本文编号：3573624
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
我国天然气生产量和消费量以及进口量（改自《2016-2022年中国天然气行业市场
图 1-2 煤储层孔裂隙分类与定量表征方法（改自刘大锰等，2015）1）流体注入法流体注入技术主要采用液体以及 CO2和 N2等吸附性气体在不同压力条件下注入实验样品并记录注入量或吸附量，然后利用不同的方法计算煤样孔径分布、孔体积和比表面积等。通常在煤储层孔裂隙特征研究中，多采用 CO2/低温 N2吸附法和压汞法结合对煤储层孔裂隙结构进行定量表征，探讨孔隙比表面积、孔体积以及孔径分布特征，同时基于不同数学模型，对不同尺度孔裂隙的分形特征进行研究（Clarkson and Bustin，1999a；陈萍和唐修义，2001；琚宜文等，2005；降文萍等，2011；薛光武等，2011；Yao et al., 2008，2009a；Cai et al., 2011；曾凡武等，2013；Li et al., 2015，2016；Zhao et al., 2016；Zhu et al., 2016；Fu et al.,2017；Hou et al., 2017）。基于不同煤级煤储层常规和恒速压汞实验分析结果，Yaoet al（.2010，2012）首次通过对核磁共振弛豫时间的分析，建立了煤储层孔隙度、
以准噶尔盆地南缘含煤区、鄂尔多斯盆地东缘含煤区以及沁水盆地中部西山煤田和阳泉矿区为重点研究地区，对 52 个煤矿进行系统地煤样采集和描述，获得大块煤样（约 40×40×40 cm3）共 125 块，根据不同实验要求制备成不同的试样。论文依照研究内容，分五个部分开展研究：① 低、中、高煤级煤样的煤岩基础参数测试，如镜质体反射率、显微组分分析、工业分析、气测孔隙度和渗透率实验等；②煤储层多尺度孔裂隙定量表征实验，涉及低温 N2吸附和压汞孔裂隙演化研究、FESEM 孔裂隙形态演化研究、FIB-SEM 纳米孔三维空间分布特征研究以及 μ-CT 的微米孔裂隙演化特征研究等；③煤储层多尺度孔裂隙非均质性研究，引入分形数学模型，定量分析煤储层多尺度孔裂隙非均质性特征；④多尺度孔裂隙约束下的煤层气扩散-渗流特征研究，构建多孔扩散模型并应用于现场解吸实验，分析孔裂隙非均质性对渗透性的控制，建立孔裂隙非均质性与渗透率变化的耦合关系；⑤以西山区块为例，重点剖析煤储层含气性分布规律，阐明其地质控制机理，提出控气模式。本研究所采用的技术路线如图 1-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]核磁共振冻融法表征非常规油气储层孔隙的适用性[J]. 刘标,姚素平,胡文瑄,曹剑,解德录. 石油学报. 2017(12)
[2]基于压汞、氮气吸附与FE-SEM的无烟煤微纳米孔特征[J]. 赵迪斐,郭英海,毛潇潇,卢晨刚,李咪,钱福常. 煤炭学报. 2017(06)
[3]沁水盆地东南部高阶煤孔隙分形特征及意义[J]. 高迪,刘建国. 河南理工大学学报(自然科学版). 2017(02)
[4]基于核磁共振弛豫谱的煤储层岩石物理与流体表征[J]. 姚艳斌,刘大锰. 煤炭科学技术. 2016(06)
[5]Priority-sequence of mineral resources’ development and utilization based on grey relational analysis method[J]. Wang Ying,Zhang Chang,Jiang Gaopeng. International Journal of Mining Science and Technology. 2016(03)
[6]比德-三塘盆地煤储层不同尺度孔隙分形特征研究[J]. 刘顺喜,吴财芳. 煤炭科学技术. 2016(02)
[7]氩离子抛光-场发射扫描电镜在煤纳米孔研究中的应用[J]. 毛潇潇,赵迪斐,卢晨刚,李刚,郭晓宇,郭英海. 电子显微学报. 2016(01)
[8]新疆准南地区煤储层显微裂隙特征及矿物控因分析[J]. 李臣臣,刘大锰,蔡益栋,周三栋. 煤炭科学技术. 2015(12)
[9]真三轴应力作用下煤样三维渗透率与地应力耦合关系研究[J]. 裴柏林,张遂安,郝杰,杨立源,李丹琼. 中国煤炭. 2015(11)
[10]基于动扩散系数新扩散模型的构造煤瓦斯扩散机理[J]. 李志强,王司建,刘彦伟,宋党育,王云刚. 中国矿业大学学报. 2015(05)
博士论文
[1]西山煤田古交矿区煤层气富集规律及产能主控因素研究[D]. 夏鹏.太原理工大学 2017
[2]煤层气储层物性动态演化及对产能的影响[D]. 蔡益栋.中国地质大学(北京) 2015
[3]煤层气开发储层渗透性动态变化规律研究[D]. 李俊乾.中国地质大学(北京) 2014
[4]沁南煤储层渗透率动态变化效应及气井产能响应[D]. 陶树.中国地质大学（北京） 2011
[5]煤层气吸附解吸机理研究[D]. 马东民.西安科技大学 2008
硕士论文
[1]西山古交区块煤储层孔渗特性与有利建产区预测[D]. 韩贝贝.中国矿业大学 2015
[2]鄂尔多斯盆地东缘煤层气储层物性研究[D]. 张松航.中国地质大学（北京） 2008
本文编号：3573624
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