淮北矿区二叠纪构造煤三维裂隙系统特征分析

基于淮北地区二叠纪构造煤广泛发育的现状,为得出构造煤三维裂隙系统特征,通过CT扫描测试分析实验并结合图像处理软件Image J,运用煤田地质学、构造地质学等学科的基本理论和方法,对淮北地区采集的9块构造煤样品提取的三维裂隙进行系统对比分析。根据三维裂隙形态特征将其分为单一裂隙的平曲型、平行简单组合的平行层面状1、平行层面状2、平行层面状3、平行中等组合的平行层面状4、交止简单组合的手掌状1、手掌状2、网状中等组合的方格型、不规则型、树型、复杂组合的星斑状、蜂窝状等6种组合样式12种形态,并分析得出不同构造煤类型的三维裂隙形态特征。     

二连盆地群低煤阶煤储层裂隙地质建模与精细描述

以二连盆地群霍林河盆地低煤阶煤储层为研究对象,通过在露天煤矿选取典型剖面进行实例解剖,辅以光学显微镜、CT扫描等室内测试分析的研究方法,精细描述研究区煤储层裂隙系统发育特征,构建目标煤储层垂向上空间裂隙发育模型,为后续工程开发提供参考。研究结果表明：霍林河盆地煤储层大裂隙系统及微裂隙均表现出良好定向性,外生节理倾角多近乎直立,内生裂隙及微裂隙多垂直于层面发育。显微裂隙主要为原生张性裂隙,未见具有构造特征的剪性裂隙。外生节理发育的程度与方向、内生裂隙形态特征受构造影响明显,但微裂隙发育程度主要受煤岩组分影响,受构造影响不明显。大裂隙系统少见充填,微裂隙充填度较大,在40%～50%,储层连通性整体较好。煤CT三维重建成像表明无机矿物充填空隙和未被充填空隙都具有分层分布特征,整体孔裂隙发育,Ⅳ煤组无机矿物充填较ⅢA煤少。     

微米CT扫描尺度下构造煤微裂隙结构特征及其对渗透性的控制

煤中裂隙是煤层气运移的主要通道，是影响和控制煤储层渗透性的直接因素。我国构造煤普遍发育，不同类型构造煤中裂隙特征差异显著，对煤储层渗透性的影响也不一样。因此，对构造煤中裂隙与渗透性的研究十分必要。选取河南平煤十三矿和山西晋城胡底矿中、高煤阶的2种变形程度构造煤，首先利用环氧树脂制作了柱状构造变形煤样品，解决了构造变形煤制样难的问题；其次通过扫描电镜、微米CT扫描结合数字图像处理技术展现了2种构造煤中开度大于15μm裂隙的发育特征、分布规律、形态与结构的差异性；最后基于泊肃叶定律、三轴渗透实验结合CT扫描裂隙结构参数建立了渗透率预测模型，并探讨了裂隙结构对渗透性的控制机理。研究结果表明，在开度>15μm尺度下弱构造变形煤(偏向原生结构煤)多发育形态简单的大裂隙，裂隙连通性与连接强度均较差，而强构造变形煤中微裂隙形态复杂，裂隙的连通性与连接强度均较好，强构造变形煤的裂隙率大于弱构造变形煤。2种构造煤渗透率随有效应力增大均呈负指数下降趋势。煤储层渗透率受多因素综合控制，包括裂隙开度、数量、体积、连通性与连接强度，其中裂隙开度的影响最为显著。在此基础上，综合考虑到这些控制渗透率的因素以及...     

基于微焦点显微CT技术的不同煤体结构煤的孔裂隙定量表征

基于微焦点显微CT技术,采用三维CAD模型和立体模型实现了不同煤体结构煤孔裂隙的三维建模,定量表征了不同尺度下原生结构煤和构造煤的孔裂隙形态、大小和空间配置,评价了煤体的渗透性能。结果表明:原生结构煤孔裂隙空间发育方位和矿物充填程度决定渗透性的各向异性;相比原生结构煤,碎裂煤裂隙宽度、密度增大,孔隙度和比表面积升高,逾渗概率最高,微区内不同方向孔裂隙连成不同级别、不同组态的孔裂隙网络,从而提升了气体渗流能力;糜棱煤形成孤立分布的孔裂隙结构,空间分布非均质性高,逾渗概率最低。研究认为,与传统方法相比,虽受到空间分辨率(1μm)的精度制约,但微焦点显微CT技术具有无损探测构造煤内部三维孔裂隙结构特征的优势。     

煤储层裂隙发育规律的构造动力学评价预测方法

为了探讨煤储层裂隙发育规律,建立了裂隙发育规律的构造动力学评价方法与技术流程。依据相同构造背景下煤储层与岩层裂隙发育规律具有成因联系的基本思路,通过野外煤层和岩层大量节理数据测量与分析,揭示了不同岩层(煤层)岩性节理发育的差异性及其内在联系,建立了煤储层裂隙发育预测模型,并对鄂东大宁-吉县区块5号煤储层裂隙发育非均质性及其分布规律进行了预测与评价,进而探讨了煤储层裂隙发育非均质性对渗透率的影响。研究结果表明,构造动力学是煤储层裂隙发育规律预测与评价的有效方法,为煤储层裂隙预测评价探索了新的途径。     

新疆阜康白杨河矿区煤层气藏特征及开采技术对策

通过对新疆阜康白杨河矿区采用地表构造裂隙填图和井下煤储层精细对比解剖技术,结合煤储层观测取样和试验分析及钻、测井资料,研究了煤储层空间展布、岩石物理、含气量、吸附性、储层压力、大裂隙系统、气藏封闭性等特征,结果表明:44~#、43~#、42~#、41~#和39#煤储层适合煤层气开采;并提出了针对本区煤层气藏特征的井型选择、钻完井和排采等开采技术对策。     

我国煤岩储层孔—裂隙结构研究进展

煤储层是一种具有双重孔隙系统(孔隙—裂隙)的储集层,孔隙和裂隙的形态、结构等特征参数直接影响煤层气在煤储层中的储集和运移。主要对前人关于孔、裂隙的研究方法以及国内学者关于孔隙、裂隙的研究成果进行总结,较系统的展示我国目前关于煤储层孔、裂隙系统的研究现状。     

展望分形理论在构造煤裂隙研究中的应用

我国的构造煤发育较为普遍,构造煤发育区不仅是瓦斯突出的危险地带之一,还可能是煤层气开发的有利区域,现有的构造煤分类只是定性的,没有实现统一,在应用中存在一定困难,由于构造煤的裂隙结构具有典型的非线性特征和分形理论在地质中的广泛应用,所以可通过分形几何使构造煤的研究定量化,提出基于非线性特征的构造煤分类方案,为构造复杂区煤层气勘探与开发和矿井瓦斯突出预测提供科学依据。     

构造煤裂隙及渗流孔隙分形特征研究

构造煤的孔裂隙系统对煤层气吸附、运移以及瓦斯突出均具有控制作用,选取淮北朱仙庄矿12块不同变形类型构造煤进行显微镜观测和压汞测试,并利用分形方法对样品裂隙系统、渗流孔孔隙系统及二者的关联性进行研究,结果表明:样品显微裂隙信息维数分布于1.2~1.9,孔隙分形维数分布于2.6~3.0;随着煤体变形程度增强,显微裂隙分形维数Dl线性增大,渗流孔隙分形维数Dk在脆性变形阶段变化不大,脆-韧性和韧性变形阶段呈线性减小。Dl增大,样品渗流孔孔容和比表面积呈指数增大,平均渗流孔孔隙直径减小,渗流孔发育程度提高,渗透性增强。孔隙分形维数随裂隙分形维数增大呈抛物线形式减小,以Dl=1.6为界,可根据Dl值将变形环境分为小于1.6的脆性变形环境以及大于1.6的脆-韧性/韧性变形环境。     

煤的显微孔隙形态特征及其成因探讨

笔者采用电子扫描技术,对各煤化阶段煤的显微孔隙做了系统研究,观察到不同牌号煤和煤的各种显微组分中均有气孔发育。从气孔的形态特征充分证明它们是成煤过程中伴随有大量气体逸出而留下的孔洞。煤中显微孔隙按成因可分为气孔、植物组织孔、溶蚀孔、矿物铸模孔、晶间孔、原生粒间孔以及内生裂隙、构造裂隙等。这项研究对探讨煤层的生气机理、储气性能及其运移途径具有重要意义。     

柳林地区构造裂隙及煤层割理的研究

在柳林地区石炭二叠糸构造裂隙和煤层割理的研究中发现，它们在岩层和煤层中的展布方向及发育程度，有明显的规律性。构造裂隙的密度大小与岩性和构造部位有关，煤层割理的密度大小和组合形式受煤级、煤岩成份、类型和成煤环境等因素控制。割理缝隙的宽度和勾通范围与构造裂隙的发育程度和后期构造作用的改造关系密切。本文总结了它们的发育特点及分布规律；分析了煤储层渗透性的高低与煤岩类型、割理密度的关系。     

基于宽方位地震数据的煤层裂隙预测方法研究

沁水盆地煤储层中裂隙系统较发育,裂隙的走向、密度和发育范围控制着其渗透性和运移方向,查明地下裂隙的发育情况对煤层气的开发和压裂具有重要意义。基于裂隙发育地区具有明显的HTI方位各向异性的特点,利用宽方位高密度地震数据携带方位角信息的特征,在处理过程中开展OVT面元划分、五维规则化和OVT域叠前时间偏移等技术,获得携带方位信息的高保真度的OVT道集;在解释中利用OVT道集中随方位角变化的振幅和时差属性,采用拟合椭圆的方法对地下裂隙的走向和强度进行了预测。获得的裂缝预测结果与地下构造有较高的吻合度,并在井位部署和压裂过程中取得了较好的效果。     

韩城地区构造煤类型与孔隙特征

利用扫描电镜、压汞法、低温氮吸附和等温吸附试验对韩城地区煤岩样品的综合分析,探讨了韩城地区构造煤孔隙特征。研究表明：同一煤级,碎裂煤层理、裂隙发育,在富水文地质单元等条件影响下多被矿物质充填,孔隙连通性变差;碎粒煤、糜棱煤显微构造、外生裂隙发育,气孔大量出现促使渗流孔隙显著恢复,隔水性能强造成矿物质变少,孔隙连通性变好...     

韩城矿区构造煤瓦斯吸附性能试验研究

利用自主研制的煤样瓦斯吸附解吸装置,在恒温、相同初始压力条件下,对比研究了韩城矿区的块状原生结构煤和构造煤的瓦斯吸附规律,分析了其影响因素。试验结果显示:在平衡状态下,糜棱煤、碎裂煤和鳞片煤的单位质量瓦斯吸附量分别为原生结构煤的2.11、2.26、2.52倍。所有煤样的瓦斯吸附速率随时间的变化规律均呈单调递减的曲线形式,在吸附的初始阶段,构造煤的瓦斯吸附速率更快,尤其是在0~2 min时间段内这种差异最明显。构造煤在更短时间内达到吸附平衡,吸附效率更高。良好的致密性和原生裂隙不发育的特点决定了原生结构煤较强的瓦斯"封存"能力。良好的孔隙和后生裂隙的发育决定了构造煤在吸附性能方面要优于原生结构煤,而不同级别的孔隙发育比例和裂隙结构连通的差异性则是构造煤吸附性能差别的主因素。     

基于CT技术的不同煤体结构煤的孔隙结构分析

为了有效地分析不同煤体结构煤中孔隙结构的变化特征,从实现精细化、无损化和定量化入手,应用μCT225kVFCB型高精度CT试验分析系统,分析了4类煤样(原生结构煤、碎裂煤、鳞片煤和糜棱煤)大孔级孔隙分布特征。通过显微CT切片,结合扫描电子显微镜图像,直观观测了不同煤体结构煤的孔隙类型和显微构造,分析了构造变形对煤孔隙结构的影响规律。结果表明:不同煤体结构煤孔隙直径一般小于5μm,但后期构造应力改变了煤的孔隙结构。与原生结构煤相比,碎裂煤阶段遭受脆性破裂,形成大量外生孔和微裂隙,面孔隙率和平均孔径最大;糜棱煤阶段发生塑性流变,糜棱质发育,充填孔隙,面孔隙率和平均孔径最小。     

裂隙岩体巷道稳定性模拟研究试验

通过对构造裂隙煤岩体巷道稳定性的试验室相似模拟试验,结合潞安矿区裂隙分布状况,研究控制性构造裂隙与巷道布置匹配以及裂隙分布参数变化对巷道稳定性的影响规律和回采巷道布置与其匹配的基本原则。     

基于扫描电镜的寺河矿3号煤微孔裂隙精细定量表征

煤的微孔裂隙是控制煤层气赋存和运移最为关键的因素,为了实现对寺河矿3号煤的微孔裂隙精细定量表征,利用EVO MA15钨灯丝扫描电子显微镜对其进行了大量观测和分析。研究发现:寺河矿3号煤中可见气孔、摩擦孔、溶蚀孔、铸模孔4种不同成因类型微孔隙发育且孔隙的连通性较差,不同成因类型微孔隙的发育程度、形态、大小、充填情况及其连通性等有所不同;煤中张、剪裂隙较发育,裂隙多呈张开状态且部分被充填;剪裂隙仅发育于原生结构煤中,而碎裂煤中张、剪裂隙均有发育,它们的展布形态、裂隙面宽度、裂隙充填情况等各异。     

煤储层天然裂隙系统对水力压裂裂缝扩展形态的影响分析

煤储层压裂改造过程中,天然裂隙系统对压裂裂缝的开启和延展具有重要影响。通过对沁水盆地寺河、成庄和新元煤矿21口地面煤层气井的井下精细解剖,描述并统计了天然裂隙系统和压裂裂缝形态及类型,并阐明了二者之间的作用关系。结果表明,煤储层中天然裂隙系统根据成因和规模分为层面裂隙、外生节理、气胀节理、内生裂隙、层理裂隙和微裂隙,且按照裂隙规模和导流能力将其分为4个级别。井下观测的压裂支撑裂缝主要与规模较大的一级天然层面裂隙和外生节理有关,伴生次级天然裂隙对压裂裂缝的扩展影响较小。压裂裂缝主要形态包括垂直裂缝、水平裂缝、"T"型和倒"T"型裂缝、"工"型裂缝等4种,其中,水平压裂裂缝受顶底板和煤层间层面裂隙、宏观煤岩类型间层面裂隙以及构造煤分层的控制。垂直压裂裂缝扩展方向具有选择性,受最大主应力和天然裂隙的共同作用,研究区的最大主应力方向与天然裂隙优势方位间的夹角小于临界夹角,因此垂直压裂裂缝主要沿着煤层外生节理扩展。"T"型和倒"T"型裂缝、"工"型裂缝等复合压裂裂缝形态还受到煤层结构和煤体结构等的共同制约。此外,考虑到天然裂隙对煤岩强度的影响,提出压裂裂缝启裂方向为地应力与煤岩结合力之和最小值的...     

构造煤微晶取向生长机制探讨

构造煤是煤层受地质构造挤压、剪切作用的产物，其晶态结构可能记录了构造作用的痕迹。以煤变形变质为基础，结合X射线衍射（XRD）、核磁共振波谱（NMR）、气相色谱/质谱（GC/MS）等煤结构测试技术，通过对比研究不同类型煤的微晶结构特征和有机质结构演化等，揭示了构造煤微晶取向生长机制：① 形成过程中煤层破坏产生断裂、微裂隙及劈理等，由封闭系转变为开放系，为构造煤微晶生长提供受限空间；② 构造应力、重力及吸附作用等，是构造煤微晶取向生长的驱动力；③ 因受限空间和取向作用约束，构造煤微晶倾向于以平躺片晶的形式生长，煤大分子通过调节分子构象及链段排列等达到稳定状态。本研究成果有助于煤结构演化和构造煤物理-化学成因探讨，并能够丰富煤成烃和煤变质理论。     

煤储层孔-裂隙非均质性及其地质影响因素研究进展

煤储层孔-裂隙是煤层气吸附、运移和赋存的重要空间,其非均质性对煤层气勘探选区和合理开发具有重要意义。从煤储层孔-裂隙分类方法、定量表征技术、非均质性分布规律以及地质控制因素等方面进行分析,总结了国内外煤储层孔-裂隙非均质性及地质控制研究的最新进展。研究结果表明:孔-裂隙的分类方案具有多样性,但以尺度和机理分类为主,尺度与机理结合的分类方法深化了对煤层气赋存和运移机理的理解,孔-裂隙非均质性的表征技术呈现精细化、定量化和超微观化特征,结合其他学科综合分析,是国际上煤储层孔-裂隙研究方法的重要发展趋势;煤储层孔-裂隙非均质性主要受控于煤变质作用、沉积环境、构造演化、岩浆活动及其相互的叠合作用。综合多种常规与非常规表征技术对煤储层孔-裂隙非均质性进行系统化、精细化、超微观化的定量表征,并探寻煤储层孔-裂隙非均质性的地质成因规律,将是今后该研究领域的发展趋势。