黔西上二叠统煤的孔隙特征及其控制因素

作为一种多孔介质,煤的孔隙性质直接影响煤层气的富集和扩散,因而对煤孔隙特征的研究至关重要。通过压汞测试和低温氮吸附测试数据,系统分析了黔西上二叠统煤的孔隙形态、孔隙类型及孔径分布特征,并从煤岩显微组分及煤级方面探讨了该区煤储层孔隙发育的控制因素。研究结果表明:黔西煤样孔隙度为1.4%～9.5%,且由北至南有减小趋势;孔隙类型以吸附孔为主,其中高煤级煤孔隙以一端封闭型孔居多,与低煤级区相比,其渗透性和连通性较差,但黔西地区整体优于沁水盆地;煤级是影响煤储层孔隙变化的主控因素,随着煤级增加,孔隙度呈现由低到高的变化趋势。      

鄂尔多斯盆地东部煤岩孔隙特征实验分析

煤层气储层孔隙结构特征决定着煤层的吸附能力。利用低温氮吸附法和汞侵入法对鄂尔多斯盆地东部地区煤样的孔隙特征进行测试,并分别对煤样的低温氮吸附孔隙特征和汞侵入孔隙特征进行分析。在此基础上,综合两种实验的测试结果,对煤样的孔隙类型进行分类。压汞实验表明:压汞曲线和退汞曲线相似性较好,两者之间的间距很小,退汞效率达65%~75%;液氮实验表明:低变质煤孔以一端封闭的孔为主,随着煤变质程度的增加,先是较大的孔变为两端开放的孔,接着较小孔变为两端开放的孔,到了无烟煤阶段微孔也变成以两端开放的孔为主。综合两种结果,认为煤样的孔隙中以微孔和过渡孔为主,并且微孔和过渡孔是构成煤样孔隙容积的主要贡献者,大孔和中孔的总孔容所占比例较小。鄂尔多斯盆地东部煤岩的孔隙特征有利于煤层中气体的吸附,是煤层气储层的良好场所。     

安鹤煤田二_1煤孔隙结构特征及煤层气可采性

基于低温氮吸附以及压汞实验,系统地研究了安鹤煤田二_1煤孔隙结构特征,分析了煤储层孔隙特征对该区煤层气开采的影响。研究结果表明:安鹤煤田煤储层中的孔隙以微、小孔(100 nm)为主,中、大孔(100 nm)其次。煤样的低温液氮吸附回线可以划分为3类,孔隙类型主要为开放的、连通性好的细瓶颈(墨水瓶)状孔,部分为一端封闭的不透气性孔。相比于华北其它地区,安鹤煤田煤储层的BET比表面积较大,总孔体积和孔隙度较小,且进汞饱和度中等,退汞效率相对较好。压汞曲线可以划分为两种类型,其反映的孔隙连通性均较好。结合低温液氮吸附和压汞实验,并对比华北其它地区,可知安鹤煤田煤储层的孔隙结构较利于煤层气解吸-扩散-渗流,可以作为华北地区煤层气勘探开发的优先选择。     

鄂尔多斯盆地紫金山地区煤孔隙分形规律及其主控地质因素分析

通过对鄂尔多斯盆地东北缘紫金山地区气-肥煤样的孔隙结构测试,在重点阐述主煤层孔隙发育特征及分形规律的基础上,分析其主控地质因素,并挖掘了分维特征所暗示的煤层气可采潜力信息。结果表明:紫金山地区煤孔隙率整体偏低,孔隙结构以微孔为主,过渡孔与大孔次之,中孔最少,其中微孔孔容及孔比表面积贡献率最大,反映主煤层有利于煤层气的储集。基于压汞曲线将本区煤孔隙划分三种类型,结合压汞参数分析,指出8+9~#煤开放孔较多、孔喉分布比较集中且相对较大,比4+5~#煤更有利于煤层气渗流。基于压汞数据分形分析,将研究区煤样吸附孔与渗流孔界限确定为100 nm。孔隙分形特征受变质程度影响较大,4+5~#煤以深成变质作用为主,8+9~#煤则受到相对较强的区域岩浆热变质作用。其中深成变质作用有利于煤吸附能力的增加,而区域岩浆变质作用能够有效的改善煤孔隙结构,增强孔隙连通性,提高煤层的解吸、扩散、渗流能力。此外,分形特征还受灰分产率与煤岩组分的影响。结合含气性等参数分析,在资源量相近时,8+9~#煤具有较高的可采性。     

贵州金佳矿区煤储层孔隙结构及等温吸附特征

采用扫描电镜、压汞试验、等温吸附实验分析贵州金佳矿区8个主要煤层孔隙发育特征。煤储层发育较多的原生孔、气孔及张性裂隙,次生孔隙主要为粒间孔,矿物溶蚀孔、矿物铸模孔相对较少;压汞试验表明,3#煤层开放孔较多,压汞曲线为Ⅱ型,孔隙连通性较好; 1#、7#煤层以微小孔为主,压汞曲线为Ⅰ型,孔隙连通性中等;其余煤层压汞曲线为Ⅲ型,孔隙连通性差;煤储层孔隙度、孔容、比表面积与变质程度呈正相关;甲烷等温吸附实验显示3#、24#煤甲烷吸附速率快,吸附能力最强;矿区煤储层孔隙结构对甲烷吸附性的影响有限;对比分析矿区3#煤层有利于煤层气的开发。     

鄂尔多斯盆地东缘煤储层孔隙结构特征差异及影响因素

以鄂尔多斯盆地东缘煤储层为研究对象,通过镜质体最大反射率（R_max）测试、压汞和低温液氮吸附实验等手段,探讨分析了煤储层孔隙结构发育特征及影响因素。结果表明:研究区煤储层视孔隙度偏低,且自北向南呈明显降低趋势,煤储层的孔隙发育情况以小孔、微孔为主,煤储层的BET比表面积平均为1.26 m2/g,其中北部煤储层比表面积较大,煤储层BJH总孔容平均为0.003 41 mL/g;受惰质组相对含量、压缩程度及次生孔隙影响,随着煤变质程度的增加,煤岩的孔隙度、BJH总孔体积和BET比表面积呈现“大—小—大”的变化规律,当R_max值为1.5%左右时,为最小值;煤储层随着所受应力的增强,微孔趋于闭合,其他各类孔数量均减小,整体上为小孔含量相对增加,煤中吸附孔隙类型由封闭型孔变为开放型孔,应力作用对煤岩的渗流孔隙的发育具有较强的控制作用,主要体现在煤岩中大孔对煤层气的贡献要优于其他孔隙。      

含煤地层煤与页岩储层纳米级孔隙结构精细对比

煤系中煤层气与页岩气均以游离、吸附为主的赋存方式叠置成藏于煤与页岩储层中,二者赋存富集机理与其纳米级孔隙结构密切相关。借助高压压汞实验、氩离子抛光-扫描电镜实验等手段对沁水盆地太原组煤及页岩储层孔隙特征开展研究,并运用分形法对纳米级孔隙特征进行定量评价,从孔隙孔径分布特征、孔隙分形特征、孔隙成因类型等角度进行沁水盆地太原组煤层与页岩孔隙特征的对比。研究表明,沁水盆地太原组页岩与煤储层孔隙均以纳米级孔隙发育占主体,同时孔径分布差异明显,且煤储层孔隙孔容及比表面积远大于页岩储层;页岩储层小孔及微孔中半封闭孔较多,连通性较差;从孔隙分形数据上来看,页岩与煤储层中小于25nm的孔隙在形态、空间复杂程度方面差异较大,而大于25nm的孔隙却相近。煤与页岩储层纳米孔隙结构主要受沉积及成岩作用共同控制。该研究成果对本区页岩气与煤层气勘探开发具有指导意义。     

阜康矿区煤的孔隙与裂隙特征

煤的孔隙与裂隙是煤层气赋存的空间也是煤层气运移和产出的通道。在新疆阜康矿区三工、建江等7对矿井巷道煤层裂隙观测统计的基础上,采用宏观煤岩分析、显微煤岩分析、压汞实验与煤的孔隙结构分析等方法,研究阜康矿区煤层孔隙与裂隙特性,评价煤层气赋存特征与渗透性。结果表明:阜康矿区煤层孔隙发育以微孔和小孔为主,孔容和比表面积较大,有利于煤层气的吸附和解吸;裂隙发育具有非均质性,矿区西部裂隙最为发育,东部次之,中部不发育;煤岩组分中镜质组的增加会使微小孔增多,有利于煤层气的吸附;中孔孔容对孔隙度具有控制作用;阜康矿区煤层的孔隙率随着镜质体反射率的增大呈增大的趋势。研究结果对新疆阜康矿区煤层气的勘探开发具有一定的理论指导意义。      

不同变质变形煤储层孔隙特征与煤层气可采性

煤储层孔隙是煤层气的主要聚集场所和运移通道,煤储层孔隙结构不仅制约着煤层气的含气量,而且对其可采性也有重要影响。文中选取淮北煤田和沁水盆地不同矿区有代表性的煤样,通过对研究区不同变质与变形煤样的宏微观构造观测、镜质组反射率与孔隙度测试以及压汞实验分析,研究了不同变质变形煤储层孔隙结构特征及其对煤层气可采性的制约。研究结果表明,按照不同的变质变形特征将研究区煤储层主要划分为5类,即:高变质较强至强变形程度煤储层(Ⅰ类)、高变质较弱变形程度煤储层(Ⅱ类)、中变质较强变形程度煤储层(Ⅲ类)、中变质较弱变形程度煤储层(Ⅳ类)及低变质强变形程度煤储层(Ⅴ类)。不同变质变形煤储层的孔隙结构具有以下特征:Ⅰ类和Ⅱ类煤储层吸附孔占主导,Ⅰ类煤储层孔隙连通性差,Ⅱ类煤储层因后期叠加了构造裂隙,孔隙连通性变好;Ⅲ类煤储层中孔、大孔增多,但有效孔隙少,孔隙连通性变差;Ⅳ类煤储层吸附孔较多,中孔、大孔中等,且煤储层内生裂隙发育,孔隙具有较好的连通性,渗透性明显变好;Ⅴ类煤储层吸附孔含量较低,中孔较发育,大孔不太发育,有效孔隙少,孔隙连通性差。由此,变质程度高且叠加了一定构造变形的煤储层(Ⅱ类)以及中等变质程度变形较弱且内生裂隙发育的煤储层(Ⅳ类),其煤层气有较好的渗透性,可采性较好。     

高煤级煤储层含水性特征及其对吸附能力的影响

为了研究高煤级煤储层含水性对吸附能力的影响,对阳泉-寿阳区块8件代表性煤样开展了镜质体反射率、显微组分、孔隙度、压汞、核磁共振和甲烷等温吸附等实验,分析了煤储层孔径分布、核磁共振T2谱响应特征、核磁孔隙度以及煤岩吸附能力,同时对煤储层含水性和煤储层吸附能力的相互关系进行了分析。研究结果表明：高煤级煤储层孔隙以微孔发育为主,孔隙含水性以微小孔中的束缚水赋存状态为主,且其含水量随最大镜质体反射率(Ro,m)的增大而增加。在影响高煤级煤储层吸附能力的多种因素中,煤储层含水性对煤岩吸附能力起着决定性的作用,尤其体现在微小孔中的束缚水对吸附能力的影响,束缚水含量越高,煤岩吸附能力越差。     

Pore Structure and Permeability Characterization of High‐rank Coal Reservoirs: A Case of the Bide‐Santang Basin,Western Guizhou,South China

The methods of nuclear magnetic resonance(NMR)spectroscopy,mercury injection porosimetry(MIP),and gas-water relative permeability(GWRP)were used to reveal the pore structure and permeability characteristics of high-rank coal reservoirs in the Bide-Santang basin,western Guizhou,South China,to provide guidance for coalbed methane(CBM)exploration and exploitation and obtain direct insights for the development of CBM wells.The results indicate that the coal reservoirs in the study area are characterized by well-developed adsorption pores and poorly developed seepage pores.The bimodal NMR transverse relaxation time(T2)spectra and the mutation in the fractal characteristic of the MIP pore volume indicate poor connectivity between the adsorption pores and the seepage pores.As a result,the effective porosity is relatively low,with an average of 1.70%.The irreducible water saturation of the coal reservoir is relatively high,with an average of 66%,leading to a low gas relative permeability under irreducible water saturation.This is the main reason for the low recovery of high-rank CBM reservoirs,and effective enhanced CBM recovery technology urgently is needed.As a nondestructive and less time-consuming technique,the NMR is a promising method to quantitatively characterize the pores and fractures of coals.     

煤储层纳米孔隙结构及其瓦斯扩散特征

研究煤复杂发育的孔隙结构对揭示煤层气体赋存机理及扩散运移规律有重要意义.为了研究煤的纳米孔隙结构,利用SEM、液氮吸附、小角X射线研究了不同煤阶煤的纳米孔隙在形式和分布上的非均匀性.实验煤样煤基质中的孔呈多峰分布,且孔径范围主要集中在2~10 nm.煤样低温液氮吸附实验测得煤样的吸附量为3.676 cm3/g,煤样的比表面积为1.416 m2/g.以最可几孔径作为研究对象,在实验压力范围内,吸附压力越大,最可几孔径变大的越多;瓦斯气体在纳米级孔隙结构中的扩散模式以过渡型扩散为主,微孔更发达的煤样中,扩散更接近Knudsen型扩散,中孔更发达的煤样中,扩散更接近Fick型扩散;Knudsen数与温度呈负相关关系,温度高于250 K后,Knudsen数趋于稳定,与压强呈正相关关系,压强越大,扩散越容易.      

不同煤级煤层气吸附扩散系数分析

应用扩散理论模型模拟吸附扩散过程,根据四种煤级煤样的平衡水和注水等温吸附实验数据计算吸附扩散系数,研究吸附扩散的规律。研究表明：煤的孔隙结构是影响煤吸附扩散过程的主要因素。液态水对煤的润湿性随煤级增高而降低,对吸附扩散过程的影响逐渐减小,大孔和中孔发育的煤扩散速率较快,扩散系数高,过渡孔和微孔发育的煤相对扩散速率较慢,扩散系数低。     

CBM and CO2-ECBM related sorption processes in coal: A review

This article reviews the state of research on sorption of gases (CO₂, CH₄) and water on coal for primary recovery of coalbed methane (CBM), secondary recovery by an enhancement with carbon dioxide injection (CO₂-ECBM), and for permanent storage of CO₂ in coal seams.Especially in the last decade a large amount of data has been published characterizing coals from various coal basins world-wide for their gas sorption capacity. This research was either related to commercial CBM production or to the usage of coal seams as a permanent sink for anthropogenic CO₂ emissions. Presently, producing methane from coal beds is an attractive option and operations are under way or planned in many coal basins around the globe. Gas-in-place determinations using canister desorption tests and CH₄ isotherms are performed routinely and have provided large datasets for correlating gas transport and sorption properties with coal characteristic parameters.Publicly funded research projects have produced large datasets on the interaction of CO₂ with coals. The determination of sorption isotherms, sorption capacities and rates has meanwhile become a standard approach.In this study we discuss and compare the manometric, volumetric and gravimetric methods for recording sorption isotherms and provide an uncertainty analysis. Using published datasets and theoretical considerations, water sorption is discussed in detail as an important mechanisms controlling gas sorption on coal. Most sorption isotherms are still recorded for dry coals, which usually do not represent in-seam conditions, and water present in the coal has a significant control on CBM gas contents and CO₂ storage potential. This section is followed by considerations of the interdependence of sorption capacity and coal properties like coal rank, maceral composition or ash content. For assessment of the most suitable coal rank for CO₂ storage data on the CO₂/CH₄ sorption ratio data have been collected and compared with coal rank.Finally, we discuss sorption rates and gas diffusion in the coal matrix as well as the different unipore or bidisperse models used for describing these processes.This review does not include information on low-pressure sorption measurements (BET approach) to characterize pore sizes or pore volume since this would be a review of its own. We also do not consider sorption of gas mixtures since the data base is still limited and measurement techniques are associated with large uncertainties.     

阳泉新景矿高煤级煤的孔隙结构分形特征

分形理论是宏观上定量评价储层非均质性的有效手段。以阳泉新景矿高煤级煤样品压汞数据为基础,建立分形几何模型,定量描述了孔隙结构。实验结果表明:样品孔隙以纳米孔为主,孔径、比表面积及孔容也集中分布在纳米孔段。煤样孔径65 nm以上的孔隙具有显著的分形特征,分维值分布范围为2.89~2.99,体积增量呈现阶段式的变化,孔隙结构复杂;孔径65 nm以下孔隙几乎无分形特征,比表面积增量与孔径在对数坐标中呈线性关系;基于分形特征及分子运动规律,将储层孔隙以孔径65 nm为界划分为扩散孔和渗透孔2个大类6个小类。分维值与体积孔隙中值半径、总孔隙体积呈负相关,与孔径65 nm以上的孔隙体积、比表面积呈正相关,与孔隙度无相关性。分形分维值对储层结构具有较全面的表征能力,可以作为综合指标在煤储层孔隙研究中加以应用。      

高煤级煤的煤层气开发潜力——以沁水煤田为例

通过分析研究山西省沁水煤田的煤层气地质条件和储层特征,结合煤层气开发试验结果,对无烟煤等高煤级煤的煤层气资源开发潜力进行了评价。结果表明:无烟煤等高煤级煤只要煤储层特征参数组合匹配良好,尤其是在较简单的构造条件下,煤体结构完整,煤中裂隙网络较发育且保存较好,煤储层渗透率较高,煤层气资源开发就具有良好的前景。