【摘 要】
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煤储层物性特征是煤层气藏的核心问题,而煤储层物性常呈现出非均质性特征。深入研究煤储层非均质性特征,对于实现我国煤层气规模化开采具有重要的意义。黔西地区煤炭资源丰富,是我国南方最为重要的的煤炭工业基地。黔西地区煤层气地质条件具有“一弱、两多、三高、四大”的特点,即龙潭组富水性弱,控气构造类型多和煤层层数多,煤层含气量高、资源丰度高、储层压力及地应力高,以及煤层气资源量大、煤级变化大、煤层渗透性变化大
【基金项目】
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多煤层条件下区域及甜点区三维地应力场及煤体结构预测,国家科技重大专项（2016ZX05044001-02）
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煤储层物性特征是煤层气藏的核心问题,而煤储层物性常呈现出非均质性特征。深入研究煤储层非均质性特征,对于实现我国煤层气规模化开采具有重要的意义。黔西地区煤炭资源丰富,是我国南方最为重要的的煤炭工业基地。黔西地区煤层气地质条件具有“一弱、两多、三高、四大”的特点,即龙潭组富水性弱,控气构造类型多和煤层层数多,煤层含气量高、资源丰度高、储层压力及地应力高,以及煤层气资源量大、煤级变化大、煤层渗透性变化大和地质条件垂向变化大等特点。煤储层物性呈现出明显的非均质性特征,严重制约了煤层气的勘探与开发。因此,本文以黔西盘关向斜煤层气区块的龙潭组煤为研究对象,以构造煤储层非均质性为主线,结合构造发育特征、煤储层孔裂隙发育特征和化学结构特征,开展不同变形程度煤的非均质性定量评价研究,在此基础上,进一步探讨和建立适用于研究区的煤储层非均质性综合评价方法,获得的主要认识如下。1)随着煤体破碎程度的增加,构造煤的微观裂隙密度逐渐增大,且不同类型构造煤样品发育2组以上的优势裂隙,尤其是变质程度较高的碎斑煤和糜棱煤的优势裂隙（组一）密度平均达50条/cm~2以上,组二裂隙密度平均也达到20-40条/cm~2。相对于煤的宏观裂隙特征而言,构造煤的显微裂隙定量观测方法更能有效地表征不同类型构造煤裂隙发育的非均质性特征。2)压汞曲线滞后环的形态为构造变形提供了良好的指示作用。随着变形强度的增加,大于1000 nm和100～1000 nm的孔容百分比显著增加,2～50 nm的孔容百分比显著降低,说明构造变形对孔隙结构的改造作用随孔隙几何尺度的减小而逐渐变弱。在弱脆性变形阶段,中孔比表面积逐渐增大,在韧性变形阶段显著增加。介孔平均孔径随着构造变形的增强而逐渐减小,糜棱煤和揉皱煤的平均孔径较为接近。随着变形强度的增加,吸附孔分形维数总体呈上升趋势,而渗流孔分形维数呈现升高趋势。构造变形对微孔体积非均质性的改造作用在不同微孔孔径阶段具有一致性。3)芳香率的变化可分为脆性变形和韧性变形2个阶段:脆性变形从片状煤到碎斑煤略有增加;韧性变形序列从揉皱煤到糜棱煤中迅速增加。芳香结构的演化证实了随着构造应力的增加,脂肪结构逐渐减少。韧性变形序列中CH2/CH3的比值迅速下降表明了脂肪链的迅速裂解。煤中含氧官能团的变化趋势表现为稳定组分逐渐增加,不稳定组分则减少,甚至消失不可见。不同变形程度构造煤的d（G-D1）在弱变形阶段前期降低,在弱变形阶段后期增加,在强变形阶段增加更为明显;AG/AD1随变形程度的增加而增加,表明构造变形促使G峰强度逐渐减弱。La随着构造变形的增强,在原生结构煤～片状煤阶段逐渐降低,而在片状煤-碎斑煤-揉皱煤-糜棱煤阶段逐渐升高,预示着在片状煤阶段芳香层片延展度降低。在韧性强脆性及韧性变形阶段的升高趋势则预示着应力缩聚作用的发生,尤其是在韧性变形阶段,应变能的积累促进了芳构化作用,使得La迅速升高。4)构建AHP-EWM耦合评价模型,结合非均匀性指数法,对盘关向斜构造煤储层的非均质性进行了综合评价。指出煤的孔裂隙特征指标对煤储层非均质性的贡献最大,其次为煤的变质程度和煤化学结构,随着煤变形程度的增加,煤储层非均质综合指数不断增大;合理划分了煤储层非均质类型,即Ⅰ类（Ⅰ≤0.225）对应于脆性变形系列煤中的原生结构煤和碎裂煤;Ⅱ类（0.225＜Ⅰ≤0.335）对应于脆性变形系列煤中的片状煤;Ⅲ类（0.335＜Ⅰ≤0.48）对应于脆性变形系列煤中的碎斑煤;Ⅳ类（0.48＜Ⅰ≤0.705）对应于韧性变形系列煤中的揉皱煤;Ⅴ类（0.705＜Ⅰ≤0.99）对应于韧性变形系列煤中的糜棱煤,并指出脆性与韧性变形煤非均质性综合指数I的临界值为0.48。该论文有图69幅,表23个,参考文献323篇。
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