煤阶制约下煤层气赋存状态及可采潜势研究

发布时间：2020-11-19 14:12

　　 鄂尔多斯盆地东缘是我国煤层气重点开发基地之一,但因区域广阔、区内不同煤级煤层发育齐全,导致煤层气赋存状态认知不明确,可采潜势评价不充分,制约了煤层气的勘探开发。本文以鄂尔多斯盆地东缘保德、柳林、韩城区块为研究对象,开展不同煤阶煤层气储层孔裂隙特征研究,分析煤阶制约下储层孔裂隙变化规律;基于甲烷等温吸附实验,结合前人研究成果,构建了三相态含气量计算模型,揭示含气性变化规律,评价鄂东地区可采潜势。研究区储层孔隙以微孔和小孔为主,大孔次之,中孔占比最少。随着煤阶的增高,微孔和小孔比例先减小后增加;中孔比例先增加后减小;大孔整体上变化不明显。研究区BET比表面积为0.09~16.84m~2/g,平均为2.81m~2/g,BJH孔体积为0.53~21.27ml/g,平均为4.61ml/g。孔隙度、微孔含量与煤阶呈现“高—低—高”的变化规律。微孔含量对比表面和孔体积贡献率最大,随着微孔含量的变化,比表面和孔体积随着煤阶增高,也呈现“高—低—高”的变化趋势,而平均孔径则呈现“低—高—低”的变化趋势。煤岩吸附能力受孔隙结构、形态的制约,低煤阶孔隙度、比表面积和孔体积较大,为气体提供吸附空间大,但因其孔形态以开放性连通孔为主,使气体容易逸散降低吸附能力;中煤阶具有部分墨水瓶状孔,高煤阶墨水瓶状孔大量发育以及微孔含量增高,使吸附能力随煤阶增高而增大,吸附气含量也随之增加。随着煤阶的增加,孔隙度的变化影响游离气、溶解气的赋存空间。相同含水饱和度下,低煤阶和高煤阶具有较高的孔隙度,游离气含量较高;中煤阶孔隙度较低,游离气含量较少;溶解气含量也呈现类似变化规律,但是溶解气含量远小于吸附气和游离气。基于研究区地质背景、孔隙特征及三相态含气模拟,运用等温吸附曲线公式法,计算不同煤阶煤层理论采收率与实际采收率,评价研究区可采潜势。研究区理论采收率在48%~88%之间,实际采收率为18%~76%。保德、柳林、韩城地区煤层气平均实际采收率依次为36%、38%、46%,可采资源量依次为66.11、248.24、394.80亿立方米,随着煤阶增高,煤层可采潜势增大,煤层气采收率增加。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：P618.13
【部分图文】：

61.4研究内容及技术路线1.4.1技术路线鄂尔多斯盆地东缘煤阶变化大，不同煤岩煤储层孔裂隙结构存在差异，煤岩埋藏深度也存在不同，其煤层中甲烷相态变化也存在差异，煤储层含气性受到温度、压力、煤阶影响显著，含气特点也有所不同。因此，本论文以鄂尔多斯盆地东缘保德、柳林、韩城不同煤阶典型区块为研究区，通过系列储层孔裂隙定量表征技术，结合等温吸附实验以及前人研究成果，总结不同煤阶储层孔裂隙特征，研究煤储层中甲烷相态平衡关系，分析煤阶制约下煤层气赋存特点及其可采潜势。具体技术路线图如下（图1）。图1技术路线示意图1.4.2研究内容基于目前存在的问题，本论文主要从以下几个方面开展研究：（1）通过压汞实验、低温液氮吸附实验、二氧化碳吸附实验一系列储层表征技术，对煤岩孔裂隙结构进行测定分析，探讨不同煤阶煤储层孔裂隙差异，包括孔体积、比表面积、孔径分布等变化规律，分析不同孔裂隙特征对含气性的影响。（2）根据煤岩等温吸附实验，结合煤阶、温度、压力等影响因素，分析吸

155.64%~21.21%，平均为11.34%。柳林地区微孔和小孔变化于72.47%~89.39%，平均为79.78%；中孔变化于4.37%-18.99%，平均为8.81%；大孔变化于5.63%~13.77%，平均为11.40%。韩城地区微孔和小孔变化于70.45%~90.62%，平均为81.80%；中孔变化于4.39%~9.68%，平均为6.81%；大孔变化于4.99%~22.61%，平均为11.39%。图3-1研究区不同煤阶样品压汞实验孔隙分布图压汞实验结果表明，随着煤阶的增高，压汞孔隙度呈现“高—低—高”的变化趋势。煤储层孔隙以微孔和小孔为主，大孔次之，中孔占比最少。随着煤阶的增高，微孔和小孔呈现先减小，后增加的趋势；中孔呈现先增大后减小的趋势；大孔整体上变化不明显。统计研究区压汞数据表明：煤岩进汞饱和度为18.82%~49.63%，平均29.85%，退汞效率为29.20%~68.11%，平均54.09%。研究区不同煤阶样品压汞曲线（图3-2）表明：保德地区样品进汞饱和度较高，平均26.04%，压力从0MPa增加到0.1MPa，进汞量少量增加；压力从0.1MPa增加到1MPa，进汞量无明显增加；压力大于1MPa，随着压力增加，进汞量明显增大；结合孔径分布可知保德地区

16大中孔均有发育，各级别孔发育不均使得退汞效率低。柳林地区样品进汞饱和度约为20%~30%，退汞效率高，吸附脱附曲线在压力1MPa出现不同的进汞量，表明各级别孔隙连通性一般。韩城地区样品进汞饱和度在25%左右，曲线近似垂直，表明微孔大量发育，煤岩吸附能强有利于煤层气的富集。BD1BD2LL1LL2HC1HC2图3-2研究区不同煤阶样品压汞曲线3.1.2压汞孔隙分形特征分形维数因标尺不变特性，将其放大缩小其形态、复杂程度等特征均不会发生明显变化，因煤层均质程度的差异使得孔隙分布存在不同，孔隙结构分形维数也不相同（李大勇等，2010；赖锦等，2013）本论文采用多孔介质模型，对比常规储层的多孔介质分形理论，根据分形几何原理：minclogS=(3D)logP+(D3)logP（3-1）
【参考文献】

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本文编号：2890089