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本文作者：劉占勇1鄭柏平1丁述理2徐博會2作者單位：1中國煤炭地質總局2河北工程大學

煤儲層滲透性

在4個試井對目標煤儲層進行了滲透率實驗測試。從滲透率測試結果來看，2+3#煤層的滲透率較低（0.0067~0.268mD），平均不到0.1mD；10#煤層滲透率稍高（0.011~0249mD），平均為0.1118mD；試井獲得的滲透率分析結果與前人實驗所得的結論基本一致，即本區煤層的滲透率偏低（表1）。前人對本勘探區外圍臺頭礦2+3#煤層和張節塔礦10#煤層中的暗煤分層進行了滲透率測試，其中2+3#煤層的滲透率為0.011mD，10#煤層的滲透率為0.02mD，二者均低于0.1mD[6]。說明本區域煤層的滲透率普遍較低。考慮本區主煤層以光亮煤、半亮煤為主且割理相對發育的事實，認為煤層的實際滲透率應高于上述測試值。

影響煤儲層滲透性的因素

1裂隙、孔隙

在煤儲層的孔隙、裂隙二重介質擴散滲流模型中，基質孔隙是煤層氣擴散吸附的場所，而裂隙是由割理組成的網絡，起到連通孔隙的作用，是煤層氣滲流的通道[7]。煤儲層的裂隙系統是其滲透性優劣的決定性要素，裂隙包括內生裂隙(割理)和外生裂隙(節理)和繼承性裂隙。內生裂隙是煤化作用過程中凝膠干縮作用的結果，外生裂隙由古構造應力引起，繼承性裂隙屬二者的過渡型。內生裂隙，即割理包括面割理和端割理，二者相互垂直或近垂直將煤層分割成煤粒基質塊體，對煤層滲透率貢獻大，是煤儲層滲透性的決定性因素。外生裂隙(節理)對儲層滲透性起改善作用。因此煤儲層的滲透率決定于裂隙系統的發育和連通程度，特別是割理系統的發育和連通程度，煤儲層滲透率與裂隙系統的發育和連通程度呈正相關性，一般認為，煤樣滲透率隨裂隙面密度的增加而呈指數形式增大[7,8]。白額勘探區主要煤儲層裂隙較發育，其中內生裂隙普遍較外生裂隙發育，偶見方解石充填現象。面割理走向NNE，與區域地層走向近乎平行，割理多為平直狀，裂隙面平整，連續性好。端割理走向NWW，與區域地層走向近乎垂直，與面割理相比，端割理裂隙面平整性較差，常為不平坦狀或階梯狀，被面割理切割，連續性較差。面割理切割端割理，組成內裂隙系統，是煤儲層滲透性的主要貢獻者，是煤層氣運移的良好通道。通過對4-6、1-8、3-2、25-9鉆孔煤心觀察研究發現，西部、南部裂隙密度較東部北部大，但面割理多閉合，北部、東部面割理開啟性較好。以10#煤為例，4-6孔煤層的煤心以塊狀-柱狀為主，碎塊狀次之，外生裂隙2~3條/5cm，內生裂隙5~15條/5cm；1-8孔煤層煤心以碎塊狀-短柱狀為主，內生裂隙1~6條/5cm，外生裂隙1~3條/5cm；3-2孔煤層煤心以碎塊狀-短柱狀為主，粉末狀次之，內生裂隙4~6條/5cm，外生裂隙2~3條/5cm；25-9孔煤層煤心以碎塊狀-短柱狀為主，內生裂隙1~4條/5cm，外生裂隙1~3條/5cm。從裂隙發育程度來看，10#煤層裂隙發育程度較2+3#煤層高（表2），其滲透性也較2+3#煤層好。本區煤層的總孔容為36.0~67.5mm3/g，10#煤層的總孔容高于2+3#煤層。10#煤層和2+3#煤層的孔徑分布特征相似，均以大孔（Φ>1000nm）為主（孔容：16~34mm3/g），過渡孔(Φ10~100nm)次之（孔容:14~20mm3/g），微孔(Φ≤10nm)及中孔(Φ100~1000nm)所占的比例最低(孔容分別為：4~6mm3/g和1~6mm3/g)，屬過渡型孔隙類型。由于過渡孔所占比例較大及含有一定數量的微孔，故氣體在煤基質塊體中的運移較為困難，這一點也由其排驅壓力反映出來。從上述物性特征分析可以看出，煤儲層孔隙中大孔占有較大比例，但孔比表面積則集中在過渡孔和微孔徑段，在理論上有利于煤層氣的吸附和儲集，因而主煤儲層具有較好的儲集潛勢。由于煤層滲透率較低，可能致使煤層氣難于運移，這將給煤層氣的開發造成一定困難。

2煤巖特征

宏觀煤巖類型和有機顯微組分是影響煤儲層滲透率的一個重要因素。從宏觀煤巖類型看，研究區2+3#和10#煤層的宏觀煤巖類型以半亮型煤為主，煤巖成分以亮煤為主，含少量鏡煤、暗煤及絲炭少見，鏡煤一般呈條帶狀分布。從顯微組分看，2#煤鏡質組為78.8％，惰質組為21.1％；3#煤鏡質組為82.1％，惰質組為18.0％；10#煤層鏡質組為82.8％，惰質組為17.2％。2#、3#煤層鏡質組均以基質鏡質體為主，惰質組中的半絲質體多于絲質體含量，呈過渡型。10#煤層鏡質組成分主要以均質鏡質體為主，基質鏡質體次之。從煤層顯微組分組成和煤巖類型上講，一般認為鏡質組含量越高，割理越發育，滲透性越好；鏡煤和亮煤含量越高，割理越發育，滲透性越好，光亮型煤的滲透性最好，其次是半亮型煤、半暗型煤和暗淡型煤[7]。2+3#、10#煤層均為半亮型煤，鏡質組含量均較高，但10#煤層鏡質組以均質鏡質體為主，而2+3#、10#煤層以基質鏡質體為主。有機顯微組分的差異，可能是導致10#煤層滲透性較2#、3#煤層滲透性高的主要因素。

3煤變質程度

煤的巖石力學性質在不同的煤熱演化階段表現出一定的規律性，煤儲層孔隙、裂隙發育也表現特有的規律性，從而影響煤儲層滲透性。畢建軍認為煤級是割理密度的主要影響因素，割理密度一般在Rmax為1.3%左右時最大[8]。張勝利、寧正偉等認為中變質程度的亮煤、半亮煤中割理發育程度最好，儲層滲透性條件好，有利于勘探開發[9，10]。通常隨煤化作用的進行，從褐煤到煙煤，割理密度逐漸增大，而過煙煤階段之后割理閉合，割理密度減少。研究區各主煤層Rmax在2%左右，煤變質程度相當于貧瘦煤階段，從測試數據看，割理密度最大值出現在Rmax=2.149%時(圖2)。由于本區煤層變質程度變化幅度小，故煤層外生裂隙密度變化也不大，在1～3條/5cm。

4埋藏深度和有效應力

煤層是應力敏感性地層，割理對有效應力非常敏感，有效應力越大，割理寬度越小，從而對滲透性產生負面影響。傅雪海、張延慶等通過模擬實驗研究認為，隨著有效應力的增加，滲透率呈指數降低，原地應力作用在煤層中，可以分解為垂直應力和水平應力。埋藏深度的增加使垂直應力增加較快，從而使滲透率降低[7-12]。從測試結果（表1）看，2+3#、10#煤層滲透率都與有效應力呈負相關性(圖3)。有效應力對滲透率起控制作用，同一煤層有效應力越大，滲透率越小。

結束語

由以上分析可以發現，研究區煤儲層滲透率不同程度地受到孔隙-裂隙發育程度、煤巖類型、變質程度、埋藏深度和有效應力的影響，煤儲層孔隙以大孔為主，過渡孔次之，微孔及中孔所占的比例最低，這種過渡孔隙類型往往導致氣體在煤基質塊體中的運移較為困難，煤儲層滲透率總體較低，10#煤層滲透率較2#、3#煤層高，這可能是10#煤層的鏡質組含量較高，且以均質鏡質體為主，從而導致其裂隙（割理）較2#、3#煤層發育所致。