构造煤显微组分变形响应差异对储层物性的影响机理研究

The reservoir characteristic of tectonically deformed coals (TDC) is one of the key issues restricting the exploration and development of coalbed methane in China. At present, relevant research focuses on the reservoir characteristics of different TDC types (different coal structures), ignoring the different deformational behaviors of coal macerals during the deformation process and their impact on the reservoir characteristics, which obstructs the deep understanding of TDC reservoir characteristics. In this study, the differential responses of coal macerals to tectonic deformations is taken as the entry point, and the micro-deformation features and reservoir characteristics of coal macerals in different TDC types are deeply studied. Taking the TDC with different deformation degrees as the research object, the micro-deformation characteristics of different coal macerals were ascertained. The reservoir characteristic tests based on maceral separation technique are used to quantitatively analyze the variational regularities of different coal macerals in different TDC. Based on high temperature and high pressure deformation experiments of coals, the micro-deformation features and reservoir characteristics of coal macerals at different deformation stages under laboratory conditions are revealed. On the basis of above, the coupling relationship between the deformation degree and reservoir parameters of different macerals in TDC is established, and thus, the controlling mechanism of different coal macerals deformational behaviors over reservoir characteristics is revealed. This study project will help to deepen the understanding of the heterogeneity of TDC reservoirs.

构造煤储层物性是制约我国煤层气勘探开发的关键问题之一，目前相关研究集中于构造煤类型（不同煤体结构）的储层物性特征，忽略了不同显微组分在变形过程中的差异性及其对储层物性的影响，从而制约了对煤体变形储层物性的深入认识。本项目以有机显微组分在构造变形中的差异性响应为切入点，深入研究各类构造煤中显微组分的微观变形特征及其储层物性意义。以不同变形程度的构造煤为研究对象，查明不同显微组分的微观变形特征；采用显微组分分离的储层物性测试技术，定量分析不同有机显微组分在煤体结构变形中的储层物性变化规律；开展煤的高温高压变形实验，揭示实验室条件下不同有机显微组分的形变差异和储层物性特征。在此基础之上，建立不同有机显微组分的煤体结构变形程度与储层物性参数的耦合关系，揭示显微组分影响下构造煤微观变形行为对储层物性的控制机理。本项目的开展，有助于深化对构造煤储层物性非均质特征的认识。

构造煤中的煤层气勘探开发是我国煤层气产业的重要组成部分，其储层物性的研究长期是以来是煤层气领域中的重点与热点内容。热演化过程及变形过程在本质上对煤储层物性的影响是对各煤岩组分的改造，由于各有机煤岩组分的硬度、脆度、密度等物理性质均不同，这也必然导致不同有机煤岩组分的储层物性差异性演化。因此，在探讨构造煤储层物性的煤岩学控制因素时，应强调不同有机煤岩组分有着较大差异这一基本事实。.本项目以煤岩不同显微组分大分子物理化学性质为切入点，揭示了镜质组与惰质组孔隙结构在随变形程度以及热演化程度增强而产生的差异性演化，探讨了其受大分子结构控制的机理。取得了如下成果：（1）揭示了不同煤阶镜质组与惰质组孔隙结构的差异性演化及其影响因素，充分证实了显微组分是煤储层孔隙结构评价过程中的重要影响因素。（2）通过纳米压痕技术、固体核磁共振以及红外光谱实验，探讨了构造煤镜质组与惰质组力学性质的差异性演化及其受大分子结构的控制作用，为构造煤储层的压裂提供了理论支撑。（3）探讨了不同变形程度构造煤中镜质组与惰质组孔隙结构的演化规律，并揭示了其受大分子结构演化的控制机理，为构造煤储层评价提供了新的视角。（4）基于等量吸附热及表面自由能的探讨，揭示了在煤热演化过程中镜质组大分子结构对吸附能力的控制作用，丰富了煤储层吸附性能的研究成果。（5）基于高温高压热模拟实验，以“正演”方式模拟了煤的镜质组微孔结构变化规律，并探讨了大分子结构对微孔发育的影响机制，充实了煤孔隙结构“正演”模拟方法的研究成果。（6）在国内外期刊发表学术论文共12篇，其中，SCI收录8篇，EI收录2篇。共培养毕业研究生4名，其中，博士1名，硕士3名。.上述研究成果，在理论上可以揭示不同有机煤岩组分的差异性变形及热演化过程对储层物性的控制机理，为构造煤储层物性的非均质性研究提供新思路；在实践上可以为构造煤的煤储层综合评价提供理论依据。