构造煤微裂隙结构演化特征及对煤储层渗透性控制

Millimeter and micron fractures in coal have important effects on coal reservoir permeability. The study of micro-fractures in tectonically deformed coals and its control on coal reservoir permeability is the theoretical basis for understanding gas production rules and effective capacity prediction in the area enriched of tectonically deformed coals. We want to select the tectonically deformed coals and undeformed coals of key coal mines in Henan Province to as the research object, use optical microscope, micro CT scanning and FIB-SEM to quantitatively characterize the millimeter and micron fractures in coal and to reconstruct the 3D fracture network. We aim to reveal millimeter and micron fracture characteristics and distribution and the control mechanism of metamorphism, deformation and confining pressure on the structural evolution of the micro fractures in coal. Based on the experimental study on the diffusion and permeability of coal in different directions, the anisotropy characteristics of the permeability of the tectonically deformed coals and undeformed coals are analyzed. On this basis, we want to reveal how the millimeter and micron fracture structure evolution to control the permeability of coal reservoir with different types of tectonically deformed. The research of this project is of great significance to enrich and perfect the theory of coalbed methane development and the mechanism of coal and gas outburst.

煤中毫米级和微米级裂隙对煤储层渗透性具有重要影响，构造煤储层微裂隙结构演化特征及其对煤储层渗透性控制机理研究，是认识构造煤富集区煤层气产气规律和产能有效预测的理论基础。本项目选取河南省重点煤矿不同类型的构造煤和原生结构煤为研究对象，采用光学显微镜、微米CT扫描和聚焦离子束-场发射扫描电镜(FIB-SEM)等方法对煤中毫米级和微米级裂隙进行精细定量表征和三维裂隙网络重构，揭示煤中毫米级和微米级裂隙发育特征与分布规律，深入探讨变质、变形和围压对煤中微裂隙结构演化的控制机理。通过不同方向构造煤渗透性实验研究，剖析构造煤和原生结构煤储层渗透性的各向异性特征。在此基础上，深入揭示不同类型构造煤毫米级和微米级裂隙结构演化对煤储层渗透性的控制机理。此项目研究，对丰富和完善构造煤富集区煤层气开发地质理论和煤与瓦斯突出机理具有重要意义。

煤中毫米级和微米级裂隙对煤储层渗透性具有重要影响煤储层微裂隙结构演化特征及其对煤储层渗透性控制机理研究，是认识煤层气产气规律和产能有效预测的理论基础。该项目针对我国典型矿区不同变质程度、不同变形程度原生结构煤和构造煤为研究对象，采用X射线微米CT、纳米CT、体视显微镜、扫描电镜、低温液氮、压汞、水力压裂模拟实验、各向异性渗透率测试仪等测试分析方法，并结合图像处理技术、分子模拟等先进技术，系统研究了煤中毫米级和微米级裂隙结构特征及其对煤储层渗透性的控制机理。构建了煤中不同尺度微裂隙网络结构的三维可视化模型，定量化表征了不同煤级、不同煤体结构煤中微裂隙的三维结构特征，并指出煤变质程度对微裂隙的结构特征具有重要影响。应用三维形状因子，建立了煤中孔-裂隙的五种形状，阐述了不同形态裂隙特征对煤储层渗透率的贡献。通过达西定律以及平板理论计算和分析了不同方向渗透率特征，探讨了渗透率各向异性的形成机制；深入探讨了煤中裂隙的非均质性及渗透率-应力演化和各向异性特征。利用图像处理技术对不同地应力条件下水力压裂前后裂隙的开度、体积、表面积、形态和连通性进行了精确定量分析，对不同组分（镜煤、暗煤和矿物等）周围裂隙的扩展规律进行了探讨，同时应用DVC方法分析水力压裂之后的裂隙的位移与应变；揭示了水力压裂过程中煤样水力裂缝—微裂隙—孔隙的演化过程。对不同类型构造煤和型煤中孔隙的孔径分布、体积贡献与裂隙开度、数量、体积贡献、形状因子、分形维数、粗糙度、连通性、连接强度、配位数等特征进行了综合定量表征；揭示了不同类型构造煤及型煤的孔裂隙特征以及其对渗透性的控制作用。基于三维结构数据进行了基质膨胀的数值模拟，揭示了煤基质膨胀引起的裂隙结构的变化及渗透率的演化特征。揭示了煤大分子结构在应力作用的分子动力学过程，探讨了构造煤形成机制及力解产气机理。研究结果对煤层气的有效开发具有重要理论价值和实践意义。..