低煤级煤层气储层孔裂隙非均质性及对甲烷吸附/渗流的控制机理

Coalbed methane (CBM) resources of low rank coal in China amount to 40% CBM resources in China. Hence, CBM resources of low rank coal have a place with broad prospects. And CBM accumulation and high permeable zones are the keys to commercial development of CBM of low rank coals, among which the controls of the pore-fissure heterogeneity on the methane adsorption and permeability have an important role on the exploration and development of CBM of low rank coal. Based on the detailed geological analyses of CBM demonstrated zone, the development, formation and control mechanism of pore-fissure heterogeneity will be elucidated, and the geological controls of pore-fissure heterogeneity of low rank coals on the methane adsorption and permeability will be revealed as well.

我国低煤级煤煤层气资源量占煤层气总资源量的40%左右。因此，低煤级煤煤层气资源开发前景广阔。且煤层气富集、高渗区是低煤级煤煤层气商业性开发的关键，其中“煤储层孔-裂隙非均质性对甲烷吸附性的控制作用”和“煤储层孔-裂隙非均质性对甲烷渗透性的控制作用”又对于低煤级煤煤层气勘探开发具有重要理论和实际意义。项目基于典型低煤阶煤层气示范区的精细地质解剖，阐明低煤级煤储层孔-裂隙非均质性的发育、形成以及控制机制，揭示低煤级煤储层孔-裂隙系统的非均质性对甲烷吸附和渗流的控制机制。

研究基于新疆准南、准东地区，以及鄂东保德地区的低阶煤煤层气开发中的科学问题“煤储层孔裂隙非均质性对甲烷吸附的控制作用”和“煤储层孔裂隙非均质性对甲烷渗透性的控制作用”，开展低阶煤低温氮、压汞、元素、煤岩-煤质、NMR、等温吸附及三轴应力等多项分析，研究阐明了低煤阶煤储层孔-裂隙非均质性发育、形成以及控制机制，揭示了低阶煤储层孔-裂隙系统的非均质性对甲烷吸附和渗流的控制机理。阐述了低阶煤甲烷扩散特征及控制机制，探讨了热对低阶煤储层物性的改造作用，并揭示了低阶煤气相渗透率动态变化规律及控制机理。低阶煤储层中矿物以硅酸盐为主，黄铁矿、白云石、石英次之，兰氏体积随矿物含量的增大而减小，中孔含量与矿物含量呈明显的负相关。孔隙结构中以小孔和中孔对总孔体积和比表面积的贡献最大，且比表面积与总孔体积具较好的正相关性，孔隙以小孔和中孔为主，微孔和大孔次之，且大多孔隙间连通性较好，利于煤层气吸附与扩散。扩散模型以多孔扩散模型为优，大孔、中孔和微孔扩散系数与水分呈现负相关关系。微孔和大孔含量以及分维数Dc3和Dc4决定着孔隙的连通性，从而对孔隙的渗透性影响大。核磁共振可动流体孔隙度和渗透率与可动流体空间分维数的关系可用模型y= ax+b来表示。在一定气体压力下，煤岩形变量与煤岩气相（CO2）渗透率呈线性负相关关系。煤岩轴向应变与CO2渗透率之间的关系和总应变-渗透率关系一致。热的改造作用对低阶煤储层影响较大，提高了核磁共振可动流体孔隙度和渗透率。准南硫磺沟矿区煤层气控气模式以构造-水动力耦合控气为主。