宁武盆地南部太原组9#煤层孔隙结构特征

2015-02-23谢涛赖生华张冕陈飞

地球 2015年10期

关键词：宁武孔容煤岩

■谢涛赖生华张冕陈飞

（1西安石油大学地球科学与工程学院陕西西安 710065；2中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司陕西西安 710018）

宁武盆地南部太原组9#煤层孔隙结构特征

■谢涛1,2赖生华1张冕2陈飞2

（1西安石油大学地球科学与工程学院陕西西安 710065；2中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司陕西西安 710018）

与常规天然气储层相比，煤层气储层具有更复杂的孔隙结构。采用物性分析、扫描电镜、压汞等方法，对太原组9#煤层进行了微观孔隙结构定量分析。结果表明：宁武盆地9#煤层为致密煤岩储层，平均渗透率0.324×10-3μm2，平均孔隙度为5.25%；煤样孔隙-裂隙分布呈现明显的层理相关性；孔径结构以微孔为主，其次为小孔，再次为中孔和大孔，微孔和小孔孔容占总孔容的70%以上。

致密煤岩孔隙结构宁武盆地9#煤层

0 引言

煤层气被誉为最有潜力的非常规石油天然气资源之一，中国埋藏2000m以浅的煤层气资源量约为36.81x1012m3，与常规天然气资源量大致相当[1-2]。宁武盆地煤层气前期地质认识程度较低，仅有少数煤层气井日产气超过1000m3，勘探开发效果未达到预期。因此，深入开展煤层微观孔隙结构研究对后期的合理开发具有重要意义。

1 区域地质背景

宁武盆地位于山西省西北部,西侧为吕梁山隆起和芦芽山复背斜,东侧为五台山隆起带,是晚古生代成煤期后受构造运动挤压抬升形成的小型山间构造地。

1.1 沉积环境

在晚古生代太原期为海退背景下滨、浅海三角洲平原亚相的低位沼泽，物源主要来自大同以北古陆。早期植物生长繁盛，泥炭堆积厚度大，在太原组下部沉积了9#煤，厚4.36~24.62m，平均厚度超过11m。中、后期沼泽相带收缩，成煤条件变差，沉积了1~3层横向分布不稳定的薄煤层，单层厚0~1.95m[4]。

1.2 煤岩、煤质特征

宁武盆地南部太原组9#煤煤岩特征总体上以半暗—半亮型和半亮—光亮型煤为主。煤岩组分以镜质组为主：52～84%，灰分含量：7.6～17.4%，属于低灰分优质肥焦煤[3]。

1.3 煤岩物性

宁武盆地太原组9#煤层，该煤层孔隙度主要分布在2%~8%，平均孔隙度为5.25%；渗透率主要分布在0.01~1×10-3μm2，平均渗透率为0.324×10-3μm2，属于致密煤岩储层。宁武盆地9号煤层的裂隙比较发育，基本上成网络状分布。外生节理发育均匀，节理缝高，张开度大，一般无填充。9#煤层中的外生裂隙载体的比列一般为8%~ 12%，内生裂隙孔隙度为0.5%~1.0%。

图1 煤样的压汞法毛管压力曲线

2 压汞法孔隙结构表征

2.1 毛管压力曲线特征

部分煤样的压汞法测得毛管压力曲线如图1所示，曲线由三部分组成：

（1）初始段：由起始压力至排驱压力之间的一段曲线组成，大致平行于纵坐标轴方向。都存在一段不进汞段，即进汞量为0，表现为随压力升高汞饱和度不增加。

（2）中间缓坡段：它是煤样的主要进液段。随着曲线段的上移和变陡，表明储层煤岩的喉道的分布集中不明显、孔喉分选性差、储层的渗透性能也越差。

（3）尾部段：该段曲线大致与纵坐标的方向一致，可成为纵坐标的渐近线。

根据煤样品做实验得出毛管压力曲线图中，曲线相对较集中，曲线形态大致相同。煤样随压力的升高，进汞量也逐渐的增加，基本上是一个连续的过程，反映煤岩孔隙当R>0.04μm时，过渡孔、中孔、大孔及微裂缝量相接近；R<0.04μm以后，进汞量开始急剧增加，对应汞饱和度为10%～20%。

2.2 孔隙结构特征值

（1）孔喉分布。根据毛管压力曲线，可知煤岩孔喉分选性差。根据分析样品的结果，可以得出，所研究煤样孔隙分选较好，孔径较小主要集中于微孔段。

（2）孔容与孔比表面积。目前存在的煤岩孔隙分类方案多样。IUPAC认可的Girish分类方法以煤的吸附特性为划分依据；同时还可依据各类孔隙在气体运移中所起的作用进行分类，如霍多特分类。利用压汞法可求得煤样的孔隙结构，本文采用的是霍多特的分类方法，根据测试所得，煤样压汞总孔容在0.0143~0.0201cm3/g之间，平均为0.0174cm3/g。孔径结构以微孔为主，其次为小孔，再次为中孔和大孔，微孔和小孔孔容占总孔容的70%以上。孔比表面积的大小与孔容和孔径的分布特征密切相关，在孔容相同的前提下，具有较小孔径的孔容所占的比例越大，孔比表面积就越大。研究煤样的总孔比表面积变化于2.706~4.168m2/g之间，平均为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积甚微。