乌鲁木齐河东矿区煤储层渗流孔孔隙分形特征研究

为准确描述乌鲁木齐河东矿区煤储层渗流孔孔隙特性,结合压汞试验及煤质分析试验,采取分段分形方法定量探讨了煤储层渗流孔孔隙结构特征及其影响因素,将渗流孔孔隙度与孔隙结构参数进行耦合,并进行了煤岩渗透率预测。研究结果表明:乌鲁木齐河东矿区43号和45号主力煤层孔隙结构较为复杂,但连通性较好,43号煤层样品压汞曲线表现进汞饱和度相似,退汞效率较高,煤样微小孔及大孔较为发育。45号煤层样品进汞饱和度为45%～85%,且退汞效率较低,煤样微小孔隙占有绝对优势,故43号煤层孔渗性优于45号煤层;煤岩渗流孔隙分形维数分布在2～3,中、大型孔隙均存在明显的分形特征,煤样的中孔分形维数D_2高于大孔分形维数D_1,故研究区煤储层中孔较大孔复杂;大孔分形维数随着镜质组含量的增加而减小,随着惰质组含量的增加而增加,随着煤中水分的增加而呈现倒"U"型的相关关系,随着灰分的增加呈现下降的趋势等;煤岩渗透率高低是渗流孔孔隙度和孔隙结构耦合而决定的,在95%置信带内大孔孔隙度P_1与渗透率呈现强相关关系,中孔孔隙度P_2与渗透率呈现中等程度相关,分形维数D_1、D_2则呈现弱相关关系。基于支持向量机方法将渗流孔孔隙度和分形维数作为煤岩渗透率的自变量进行训练,经检验得出的渗透率与实际测试渗透率拟合程度很好,渗流孔孔隙度与孔隙结构耦合可有效反映煤岩渗透率。     

准噶尔盆地南缘低煤阶煤储层孔隙分形特征

基于压汞实验,以准噶尔盆地南缘低煤阶煤样为切入点,建立分形模型,表征煤储层孔隙的分形特征。结果表明:准南煤样孔隙度均值为6.29%,渗透率均值为0.05 m D,孔隙分形维数D=2.739~3.442,与惰质组、水分含量和孔隙度(7%)呈负相关关系,与灰分、镜质组含量呈正相关关系,同时煤储层的渗透性随着分形维数的增加有稍微减小的趋势,但是变化不明显。     

新疆阜康矿区煤的吸附孔分形特征试验研究

为研究新疆阜康矿区煤的吸附孔分形特征,进行了低温氮吸附试验,采用BET模型和BJ H模型计算得到煤的孔隙比表面积及体积,应用FHH模型计算煤的孔隙分形维数,分析了分形维数与煤质参数及孔隙参数关系。试验结果表明:阜康矿区煤的孔隙A=D一3在研究尺度范围内分形特征明显,分形维数为2.25045~2.56277;煤的孔隙分形维数与水分呈负相关关系,与灰分呈正相关关系,与固定碳含量呈二次函数关系,与挥发分关系不明显;分形维数与孔隙直径为负相关关系,与孔隙比表面积、孔隙体积呈正相关关系;分形维数与中孔比表面积及体积占比呈负相关关系,与微孔和过渡孔体积占比呈正相关性,但与两者比表面积占比无明显关系。     

沁水盆地南部高阶煤储层渗透率与孔裂隙发育的耦合分析

为分析高阶煤储层渗透率与孔裂隙发育的耦合关系,以沁水盆地南部3~#煤储层为研究对象,采用分形理论研究了孔隙的分形特征,利用几何分形模型计算了不同孔径孔隙对煤岩渗透率的贡献比例,线性拟合了渗透率与孔隙分形维数、体积百分比和镜质组最大反射率R_(o,max)等因素的相关关系。研究结果表明:孔裂体积以微、小孔为主,比表面积比以微孔最高;孔隙类型以半封闭孔为主;煤样孔隙度平均为4.652%,渗透率平均为8.68×10~(-5)μm~2,大孔和裂隙对渗透率的贡献平均为99.809%,沁水盆地南部3~#煤储层渗透率主要来自于大孔与裂隙的贡献;渗透率、孔隙度与R_(o,max)之间具有较弱的相关性,随着变质程度的增加先上升再下降;渗透率与中孔、大孔和裂隙的分形维数呈正相关关系,与微小孔分形维数呈负相关关系。     

新疆和什托洛盖盆地西山窑组低阶煤孔隙结构特征

基于低温氮吸附试验,从吸附-脱附曲线形态、孔径分布和FHH分形特征等方面分析了新疆和什托洛盖盆地西山窑组低阶煤孔隙结构特征,并从镜质体反射率、煤岩显微组分、工业分析组分方面探讨了煤孔隙结构与煤质之间的关系。结果表明:孔隙类型以微孔和小孔为主,孔隙形态多以"墨水瓶"状孔和开放型孔为主,存在少量一端封闭型孔;孔隙分形维数越大,孔隙比表面积和孔容越大,平均孔径越小,孔隙系统越趋于复杂;孔容和BET比表面积随惰质组含量增加而增大,随镜质组含量增加而减小,二者与矿物质含量关系整体呈不对称的"V"字形,在矿物质含量为1%处转折。此外,镜质组反射率、水分和灰分的增加,降低了孔容和BET比表面积。     

淮北朱仙庄矿构造煤孔隙结构及其分形表征研究

基于压汞法对淮北朱仙庄矿的构造煤孔隙发育特征进行了研究,采用Menger海绵模型对样品的渗流孔和扩散孔发育特征进行了研究。研究结果表明:构造对孔隙结构的改造作用随着孔隙尺度的减小而减弱,煤体结构变形增强,大孔和中孔的孔容增幅显著,过渡孔孔容有一定程度的增加,微孔孔容变化很小,孔隙结构变得复杂;分形维数对构造煤孔隙结构特征和煤体变形特征具有良好的表征作用,随着煤体变形增强,分形维数呈增大趋势,脆性变形阶段分形维数缓慢增大,样品分形差异逐渐变大,韧性变形阶段,分形维数显著增加,样品分形差异性相对减小。随着分形维数的增加,样品的孔容和孔隙度呈指数增大趋势;渗流孔的孔容比呈负指数形式减小,扩散孔的孔容比线性增大,分形维数D3.1时渗流孔所占比重高,随分形维数增大扩散孔孔容所占比重逐渐超过渗流孔;渗流通道增多,气体吸附能力增强,煤储层的渗透率往往减小。     

基于分形理论的不同变质程度硬煤孔隙结构试验研究

煤储层中孔隙的发育特征控制着煤中瓦斯的吸附解吸与扩散性能,为了研究不同变质程度硬煤的孔隙结构特征差异,采用压汞法和液氮吸附法相结合的手段,对园子沟矿3煤、窑街三矿2煤和卧龙湖矿8煤三种,煤样进行了全孔径孔隙结构分布测定,利用分形理论对比分析了不同变质程度硬煤孔隙结构特征。研究结果表明:园子沟、窑街和卧龙湖三种不同变质程度硬煤均含有丰富的开放孔隙特征,随着变质程度增大,煤的孔隙度呈现高-低-高的变化规律;园子沟和卧龙湖煤样孔形多以墨水瓶、锥形孔等孔形为主,窑街煤样孔形多以圆筒形孔为主;而对比孔隙结构分形维数可知,园子沟煤样孔隙分形维数最大,卧龙湖煤样次之,窑街煤样孔隙结构相对简单,也呈现出高-低-高的变化规律。     

黔西地区煤样孔隙综合分形特征及对孔渗性的影响

为了定量描述煤储层孔隙结构的复杂程度,基于压汞试验测试结果,运用分形理论,对黔西地区不同煤阶的32个煤样进行了分形特征研究,并探讨了分形几何参数与煤储层孔渗性的关系。结果表明:煤储层孔隙分形维数可分为渗流分形维数和扩散分形维数,利用不同分形段的孔隙体积比作为权值,通过加权求和方法可得到综合分形维数;渗流分形维数随变质程度增加而减小,扩散分形维数和综合分形维数均随变质程度增加而增大;分形界限、扩散孔隙体积分数及总孔体积都与综合分形维数、扩散分形维数具有较好的相关性,而且3个指标参数与综合分形维数的相关系数均高于与扩散分形维数的相关系数;综合分形维数、分形界限及扩散孔隙体积分数与煤储层孔隙度之间为负幂指数相关关系,总孔体积与煤储层孔隙度为线性正相关关系,与渗流分形维数和扩散分形维数相比,综合分形维数更有利于表征煤储层渗透性。     

基于低温氮吸附法的酸化煤样孔隙分形特征研究

为研究并改善富含矿物质煤体孔隙结构特征,基于X射线衍射和低温氮吸附实验测试了贫瘦煤酸化前后碳酸盐矿物质含量及孔隙结构参数,并根据孔隙分形理论利用FHH模型求得了酸化前后不同孔段的分形维数。结果表明:酸化可以有效溶解煤体孔隙中的矿物质并溶蚀煤基质,减少煤体孔隙中微孔所占比例,增加中孔和大孔的比例,增强了孔隙结构之间的连通性,同时减少了煤的比表面积,有利于吸附态瓦斯向游离态进行转化;煤样低压段分形维数大于中高压段的分形维数,煤体孔隙中微孔结构较中孔大孔结构更加复杂,煤样经酸化后孔隙分形维数变小,煤样孔隙结构趋于简单化。     

不同煤阶煤孔隙结构分形表征及其对甲烷吸附特性的影响

煤储层中孔隙结构的发育程度决定了煤体瓦斯的吸附性能,通过低温液氮吸附实验测试了长焰煤、焦煤和无烟煤3种不同变质程度煤样的孔隙结构;基于分形理论对孔隙结构进行了量化表征,并结合煤的甲烷等温吸附实验,深入分析了不同变质程度煤孔隙结构对甲烷吸附特性的影响。结果显示：变质程度与孔隙分形维数D₁呈现出“浴盆式”变化规律,与分形维数D₂符合线性负相关关系;而煤样的微孔比表面积和孔容均与吸附常数a呈正相关关系,即微孔比表面积和孔容越大,煤的吸附能力越强;随着孔隙分形维数D₁的增加,吸附常数a呈现出近似线性增长趋势,煤体孔隙结构越不光滑,比表面积也会越大,从而使得煤的甲烷极限吸附量也会有所升高。     

不同煤阶煤孔隙分布特征及其对煤层气开发的影响

为了查明高、低煤阶煤储层孔隙分布差异性对煤层气富集与渗透运移的影响,根据高、低煤阶煤岩样品的压汞、平衡水等温吸附试验结果,分析了高、低煤阶煤孔隙发育特征,对比了高、低煤阶煤孔隙体积分形差异.结果表明:高煤阶煤孔隙度低、渗流孔含量小、“墨水瓶”型的半封闭孔发育导致孔隙连通性降低、渗流能力差;微孔含量高、水分含量低、吸附能力强,有利于煤层气富集.低煤阶煤孔隙度大,大、中、过渡孔比孔容均较大,孔隙连通性好,渗流能力强;比表面积小、水分含量高,致使吸附能力低下.高煤阶储层煤层气开发应提高渗透性而低煤阶煤层气开发则应首选优势富气区.     

中梁山南矿构造煤吸附孔分形特征

采集华蓥山煤田中梁山南矿9个有代表性的煤层样品进行低温氮吸附实验,分析构造煤吸附孔分形特征及分形维数与气体吸附能力的关系。低温氮吸附、解吸曲线表明不同变形序列构造煤在相对压力0.5~1.0范围内吸附特征各异。在此基础上,运用分形FHH方法得到构造煤分形维数D。研究表明：分形维数D可以表征构造煤吸附孔孔径结构和孔表面的变化关系;分形维数越高,微孔含量越多,孔表面越不规则,孔隙结构非均质性愈强;分形维数大小可反映煤的吸附能力,分形维数增高,吸附能力增强。因此,由构造变形增强引起的高分形维数和复杂的孔隙结构显示出更高的吸附能力。     

新疆阜康矿区煤储层孔隙分形特征研究

基于压汞实验,分析了新疆阜康矿区9个煤样煤储层压汞孔隙分布特征,利用分形理论定量计算了煤样的孔隙分形维数,对煤样进行镜质组反射率测定、煤质分析,分析了煤的分形维数特征。研究表明,煤孔隙体积分形维数与水分呈正相关关系,灰分对分形维数也有重要的影响,随着分形维数的增加储层孔隙度相应增加。     

煤变质作用对煤储层孔隙系统发育的影响

为了深入研究煤变质作用对煤储层孔隙系统发育特征的影响,通过镜质组反射率测试、压汞实验和低温液氮吸附实验等手段,探讨了BET比表面积与微孔体积的关系,分析了煤变质程度对孔隙度、微孔体积及BET比表面积的影响。结果表明：煤孔隙度随煤级的增高呈现高-低-高的变化规律,在Ro值为23%左右时达到极小值;微孔体积随煤级的升高亦呈现出高-低-高的变化规律;BET比表面积随微孔体积的增加呈线性增加趋势,并且随煤级的升高呈现高-低-高的变化规律,在Ro值为25%时达到最小值。另外,利用扫描电镜对部分沁水盆地高煤级样品进行观察,发现热成因孔普遍分布,这成为高煤级煤孔隙度和BET比表面积增大的重要原因。     

华北区域不同煤阶样品孔隙结构特性研究

为探求华北区域煤样的孔隙发育特征,采用压汞法对采自此区域不同煤阶样品孔隙结构和分形维数进行研究。研究结果表明,煤体孔容和比表面积分别由大孔和微孔发育情况所决定,且100nmD1000nm范围内中孔相对不发育;随着Ro,max变化,煤体孔容和比表面积均呈现两端高大中间低的曲线形态;煤样中大于50.4~95.4nm孔径具有分形特征,此孔径范围主要包括部分过渡孔、中孔和大孔,并且随着Ro,max的增加,分形维数整体呈现降低的趋势。     

构造煤孔隙结构多尺度分形表征及影响因素研究

构造煤的孔隙结构具有非均质性、自相似性及标度不变性等分形特征,难以用传统的欧式几何方法对其孔隙特征进行定量描述。为了研究构造煤不同尺度孔隙结构的分形特征及表征方法,采用低温CO_2吸附法、低温N_2吸附法和压汞法等分别测试了4种试验煤样(原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤)的微孔、介孔及大孔孔隙结构,分析了构造煤中不同尺度孔隙的分形特征,探讨了构造煤孔隙结构多尺度分形特征综合表征方法,运用灰色关联方法研究了构造煤孔隙分形维数的影响因素。研究结果表明:基于CO_2吸附数据的微孔填充模型、基于N_2吸附数据的FHH模型和基于压汞数据的热力学模型分别能够对构造煤微孔、介孔和大孔孔隙的分形特征进行有效表征,不同尺度孔隙的分形维数随构造煤类型变化的规律不同,其中微孔分形维数及介孔中2～6 nm孔径段的分形维数随构造煤的破坏程度增大而增高,其余尺度孔隙的分形维数变化则没有明显规律。以阶段孔容比例为权重,对构造煤不同尺度的孔隙分形维数进行加权计算,即得构造煤多尺度综合分形维数,其能够反映不同尺度孔隙的分形特征,表现为多尺度综合分形维数随构造煤变形程度的增强而增大。根据灰色关联度排序,中值孔径、微孔孔容、总比表面积、微孔比表面积等因素对分形维数的影响最大,最可几孔径、总孔容、介孔比表面积、微孔比表面积比例等因素次之,灰分、挥发分、介孔孔容、介孔比表面积比例等因素对分形维数的影响相对较小。     

构造变形对煤孔隙发育特征影响的研究

为了研究构造变形作用对煤孔隙发育程度和结构特征的影响,采用压汞法对不同构造变形程度的煤样进行了试验,分析煤的孔容、孔隙度、中值孔径、退汞效率、饱和度中值压力以及孔径分布和孔隙形态特点。通过对不同构造变形程度的煤进行相互对比,以及与原生结构煤对比分析。试验结果表明:随着构造变形程度加深,煤的总孔容、孔隙度、中值孔径逐渐增大,而退汞效率和饱和度中值压力逐渐减小;中孔和大孔增多,而微孔和过渡孔没有明显变化;微孔占比降低,中孔所占比升高,过渡孔和大孔占比变化不明显;开放孔逐渐增多,半封闭孔减少。     

海拉尔盆地呼和湖凹陷低阶煤孔隙分形特征研究

为研究有利于煤层气勘探开发的煤储层孔隙结构特征,运用孔隙分形研究方法,探究了海拉尔盆地呼和湖凹陷低阶煤中分形维数与孔径分布、镜质组反射率、兰氏体积与兰氏压力之间的关系。研究表明:海拉尔盆地呼和湖地区低阶煤在不同孔径段内的孔隙具有明显的分形特征,FHH模型计算的分形维数更符合呼和湖地区低阶煤孔隙特征;FHH中不同宏观煤岩类型在相对压力0～0.5和0.5～1.0吸附特征各异得到分维数D_1和D_2,其中D_1表征煤吸附孔表面粗糙度,而D_2表征吸附孔结构不规则性;D_2越高,BET比表面积积越大,微孔含量越高,平均孔直径越小;分形维数D_1和D_2都可以反映呼和湖地区低阶煤的吸附性能,D_1相较D_2对煤岩吸附性能的控制作用更大。     

不同变质程度煤吸附能力影响因素研究

为研究不同变质程度煤吸附能力的主控因素,通过显微组分分析、压汞试验、液氮试验以及等温吸附试验,分析了不同煤阶煤吸附能力差异。结果表明,研究区中煤的镜质组反射率R_o=0.44%~3.20%,兰氏体积为9.11~30.24 m~3/t,且随煤阶的增高逐渐增大;孔隙度、BET比表面积、微孔体积随煤阶的增高呈现高-低-高的变化规律,在R_o=1.9%左右时达到最小值,其影响着煤储层的吸附空间,但并不能主导煤储层吸附能力的变化;孔隙形态方面,墨水瓶孔对储层吸附能力控制较强;显微组分方面,镜质组含量在中低煤变质阶段对煤储层吸附能力起一定控制作用,在高变质阶段,惰质组中丝质体对储层吸附能力的控制更强。     

页岩孔渗特性的分维特征及储层预测意义

以重庆南川地区龙马溪组页岩为研究对象,基于分维分析理论,运用压汞实验等测试手段,分析了页岩孔渗特性的分维特征,结果表明:分形维数、孔隙度、渗透率、毛管压力中值、孔喉半径中值和退汞效率具有较好的相关性,分形维数与各参数描述孔隙结构的性质相一致;以分形维数表征储层孔隙结构特征,以孔隙度、渗透率表征储层物性特征,建立基于分形维数-孔隙度-渗透率的三维储层预测方案,依据三维预测指标对储层产气性能贡献度的高低,可将龙马溪组页岩储层分为3类,并以此为依据预测了南川地区龙马溪组页岩气储层的分布规律。