寧武盆地南部太原組9#煤層孔隙結(jié)構(gòu)特征

■謝濤賴生華張冕陳飛

（1西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院 陜西西安 710065；2中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司 陜西西安 710018）

寧武盆地南部太原組9#煤層孔隙結(jié)構(gòu)特征

■謝濤1,2賴生華1張冕2陳飛2

（1西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院 陜西西安 710065；2中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司 陜西西安 710018）

與常規(guī)天然氣儲層相比，煤層氣儲層具有更復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)。采用物性分析、掃描電鏡、壓汞等方法，對太原組9#煤層進(jìn)行了微觀孔隙結(jié)構(gòu)定量分析。結(jié)果表明：寧武盆地9#煤層為致密煤巖儲層，平均滲透率0.324×10-3μm2，平均孔隙度為5.25%；煤樣孔隙-裂隙分布呈現(xiàn)明顯的層理相關(guān)性；孔徑結(jié)構(gòu)以微孔為主，其次為小孔，再次為中孔和大孔，微孔和小孔孔容占總孔容的70%以上。

致密煤巖孔隙結(jié)構(gòu)寧武盆地9#煤層

0 引言

煤層氣被譽(yù)為最有潛力的非常規(guī)石油天然氣資源之一，中國埋藏2000m以淺的煤層氣資源量約為36.81x1012m3，與常規(guī)天然氣資源量大致相當(dāng)[1-2]。寧武盆地煤層氣前期地質(zhì)認(rèn)識程度較低，僅有少數(shù)煤層氣井日產(chǎn)氣超過1000m3，勘探開發(fā)效果未達(dá)到預(yù)期。因此，深入開展煤層微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究對后期的合理開發(fā)具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

寧武盆地位于山西省西北部,西側(cè)為呂梁山隆起和蘆芽山復(fù)背斜,東側(cè)為五臺山隆起帶,是晚古生代成煤期后受構(gòu)造運(yùn)動擠壓抬升形成的小型山間構(gòu)造地。

1.1 沉積環(huán)境

在晚古生代太原期為海退背景下濱、淺海三角洲平原亞相的低位沼澤，物源主要來自大同以北古陸。早期植物生長繁盛，泥炭堆積厚度大，在太原組下部沉積了9#煤，厚4.36~24.62m，平均厚度超過11m。中、后期沼澤相帶收縮，成煤條件變差，沉積了1~3層橫向分布不穩(wěn)定的薄煤層，單層厚0~1.95m[4]。

1.2 煤巖、煤質(zhì)特征

寧武盆地南部太原組9#煤煤巖特征總體上以半暗—半亮型和半亮—光亮型煤為主。煤巖組分以鏡質(zhì)組為主：52～84%，灰分含量：7.6～17.4%，屬于低灰分優(yōu)質(zhì)肥焦煤[3]。

1.3 煤巖物性

寧武盆地太原組9#煤層，該煤層孔隙度主要分布在2%~8%，平均孔隙度為5.25%；滲透率主要分布在0.01~1×10-3μm2，平均滲透率為0.324×10-3μm2，屬于致密煤巖儲層。寧武盆地9號煤層的裂隙比較發(fā)育，基本上成網(wǎng)絡(luò)狀分布。外生節(jié)理發(fā)育均勻，節(jié)理縫高，張開度大，一般無填充。9#煤層中的外生裂隙載體的比列一般為8%~ 12%，內(nèi)生裂隙孔隙度為0.5%~1.0%。

圖1 煤樣的壓汞法毛管壓力曲線

2 壓汞法孔隙結(jié)構(gòu)表征

2.1 毛管壓力曲線特征

部分煤樣的壓汞法測得毛管壓力曲線如圖1所示，曲線由三部分組成：

（1）初始段：由起始壓力至排驅(qū)壓力之間的一段曲線組成，大致平行于縱坐標(biāo)軸方向。都存在一段不進(jìn)汞段，即進(jìn)汞量為0，表現(xiàn)為隨壓力升高汞飽和度不增加。

（2）中間緩坡段：它是煤樣的主要進(jìn)液段。隨著曲線段的上移和變陡，表明儲層煤巖的喉道的分布集中不明顯、孔喉分選性差、儲層的滲透性能也越差。

（3）尾部段：該段曲線大致與縱坐標(biāo)的方向一致，可成為縱坐標(biāo)的漸近線。

根據(jù)煤樣品做實(shí)驗(yàn)得出毛管壓力曲線圖中，曲線相對較集中，曲線形態(tài)大致相同。煤樣隨壓力的升高，進(jìn)汞量也逐漸的增加，基本上是一個(gè)連續(xù)的過程，反映煤巖孔隙當(dāng)R>0.04μm時(shí)，過渡孔、中孔、大孔及微裂縫量相接近；R<0.04μm以后，進(jìn)汞量開始急劇增加，對應(yīng)汞飽和度為10%～20%。

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征值

（1）孔喉分布。根據(jù)毛管壓力曲線，可知煤巖孔喉分選性差。根據(jù)分析樣品的結(jié)果，可以得出，所研究煤樣孔隙分選較好，孔徑較小主要集中于微孔段。

（2）孔容與孔比表面積。目前存在的煤巖孔隙分類方案多樣。IUPAC認(rèn)可的Girish分類方法以煤的吸附特性為劃分依據(jù)；同時(shí)還可依據(jù)各類孔隙在氣體運(yùn)移中所起的作用進(jìn)行分類，如霍多特分類。利用壓汞法可求得煤樣的孔隙結(jié)構(gòu)，本文采用的是霍多特的分類方法，根據(jù)測試所得，煤樣壓汞總孔容在0.0143~0.0201cm3/g之間，平均為0.0174cm3/g。孔徑結(jié)構(gòu)以微孔為主，其次為小孔，再次為中孔和大孔，微孔和小孔孔容占總孔容的70%以上?？妆缺砻娣e的大小與孔容和孔徑的分布特征密切相關(guān)，在孔容相同的前提下，具有較小孔徑的孔容所占的比例越大，孔比表面積就越大。研究煤樣的總孔比表面積變化于2.706~4.168m2/g之間，平均為3.567m2/g。比表面主要集中在微孔和小孔段，占99%以上，而大孔和中孔的比表面積甚微。

3 結(jié)論

（1）該區(qū)塊煤樣孔隙度主要分布在2%~8%，平均孔隙度為5.25%；滲透率主要分布在0.01~1×10-3μm2，平均滲透率為0.324×10-3μm2，根據(jù)儲層分類標(biāo)準(zhǔn)，該區(qū)儲層屬于致密煤巖儲層。

（2）通過壓汞實(shí)驗(yàn)表明煤樣壓汞曲線表現(xiàn)為微孔隙型?？讖浇Y(jié)構(gòu)以微孔為主，其次為小孔，再次為中孔和大孔，微孔和小孔孔容占總孔容的70%以上?？偪妆缺砻娣e變化于2.706~4.168m2/g之間，平均為3.567m2/g。

[1]王懷勐，朱炎銘，李伍，等.煤層氣賦存的兩大地質(zhì)控制因素 ［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2011，36(7):1129-1134.

[2]中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司.煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)研究 [M].北京：石油工業(yè)出版社，2007

[3]萬敏，胡明毅，田鑫寧武盆地煤儲層評價(jià) [J].內(nèi)蒙古石油化工，2006,（04）

[4]范俊佳，琚宜文，侯泉林，等.不同變質(zhì)變形煤儲層孔隙特征與煤層氣可采性 ［J］.地學(xué)前緣，2010，17（5）：325-335.

X752[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-10-35-1