贵州省中岭-坪山区块煤储层孔隙系统发育特征与物性分析

王国玲 杨兆彪

(1.北京奥瑞安能源技术开发有限公司，北京 100195;2.中国矿业大学，江苏 221008)

贵州省中岭-坪山区块煤储层孔隙系统发育特征与物性分析

王国玲1杨兆彪2

(1.北京奥瑞安能源技术开发有限公司，北京 100195;2.中国矿业大学，江苏 221008)

通过压汞和低温氮等温实验，发现贵州省中岭-坪山区块煤储层孔隙系统发育有以下共同点:孔隙度相对较高，孔隙结构以过渡孔、微孔 (压汞测试)，微小孔、超微孔 (液氮测试)为主，中孔次之，大孔不发育，即吸附孔占绝对优势，约占总孔隙的79%;孔隙类型多以开放透气性孔为主，含有极少量“墨水瓶”孔，孔隙为细喉型，渗流孔与吸附孔之间连通性较差，该区储层对煤层气聚集非常有利，但对煤层气的解吸和开发较为不利。

煤储层 孔隙系统 储层物性

中岭-坪山区块位于贵州省织 (金)纳 (雍)煤田的北部中段，煤炭资源量大且勘探程度较高，具备在织纳煤田形成我国南方潜在无烟煤大型煤层气开发基地的雏形。以往对贵州省煤层气研究的工作多集中在资源评价的角度，对煤层气在煤储层内的赋存和运移特征研究较少，因此有必要对该区煤储层的孔隙系统进行系统研究，分析相应煤储层孔隙系统并分析对应储层物性，以期对贵州省煤层气的勘探开发提供一定的指导意义。

煤中孔隙，是指煤体未被固体物质 (有机质和矿物质)充填的空间，是煤的空间结构要素之一。通过采用通用的十进位分类，将孔隙分成超大孔 (φ＞10000nm)、大孔 (10000nm≥φ＞1000nm)、中孔 (1000nm≥φ＞100nm)、过渡孔(100nm≥φ＞10nm)、微孔 (10nm≥φ＞7nm)。在这个分类方法的基础上，考虑到气体在大、中孔中主要以层流或紊流方式渗透，在小孔、微孔中以毛细管凝结、物理吸附及扩散的方式存在，所以将孔径大于75nm的孔隙归为渗流孔隙，将孔径小于75nm的孔隙归为吸附孔隙。吸附孔隙主要影响煤层气的聚集，渗流孔隙主要影响煤层气的解吸和开采。通过对两类孔隙的研究，从孔隙结构发育状况来揭示该区煤层气的聚气能力和可采性。

1 样品采集及实验测试

样品采集地点为中岭-坪山区块内的坪山煤矿，共采集了1煤、3煤、6煤、8煤四套主煤层的无烟煤样。本次样品采集主要考虑该区内存在多层叠置独立含煤层气系统，分析不同煤层气系统下煤储层孔隙特征及对应储层物性特征。

本次研究在样品采集的基础上，进行了压汞孔隙测试和低温氮等温吸附实验测试。测试仪器分别选用9410型全自动压汞仪和ASAP2000比表面积孔径测定仪。

2 孔隙系统特征及相应物性分析

压汞法可以定量得到孔半径大于7.2nm以上范围内有关孔隙大小、孔径分布、孔隙类型等的孔隙分布参数信息，低温氮吸附法 (BET)可以得到孔径测试范围在0.35nm以上孔隙参数信息，结合两种方法实现对煤孔径结构的连续描述。测试结果见表1和表2。

表1 中岭井田煤样孔隙结构总体情况 (汞浸入法)

表2 中岭井田煤样孔隙结构低温液氮法测试结果

(1)1号煤层孔隙系统

经测试得知，1号煤镜质组最大反射率为3.43%;视孔隙率5.48%;以过渡孔为主，孔容比为47.23%，中孔和微孔次之，分别为 23.03%、

BET比表面积为0.446m2/g，BJH总孔体积为0.0036ml/g，微小孔与超微孔所占比重相当，但微23.03%;孔喉直径较小为21.7nm，说明该区孔喉以细喉为主;压汞曲线孔隙滞后环宽大，进汞和退汞体积差 (压力差)较大，说明开放性透气性孔较多，孔隙连通性较好;退汞效率较高为58%(图1)。小孔略高为0.009401cm3/g，然而超微孔的比表面积比微小孔高出6倍;低温氮吸附曲线存在吸附回线“滞后环”，脱附拐点不明显，表明煤的孔隙系统主要是由开放性透气孔构成，可能含有一部分“墨水瓶”孔及一端封闭不透气孔。1-100nm各孔径阶段孔隙均有分布，小于10nm超微孔较发育，在8-9nm存在孔体积峰值 (图2)。

图1 中岭井田煤样的孔隙结构压汞回线

该孔隙结构有利于煤层气的扩散、解吸、渗透，该储层是煤层气勘探开发有利储层。

(2)3号煤层孔隙系统

经测试得知，2号煤镜质组最大反射率为2.69%;视孔隙率4.27%，比1号煤降低22%;以过渡孔为主，孔容比为58.7%，微孔次之为31.16%;孔喉直径较小，为17.3nm，说明该区孔喉以细喉为主;压汞曲线形状与1号煤类似，但孔隙“滞后环”相对1号煤较小，进汞与退汞体积差 (压力差)较小，这表明封闭不透气孔较多，孔隙连通性较差，退汞效率较高为73%(图1)。

BET比表面积为1.005m2/g，BJH总孔体积为0.0680ml/g，微小孔与超微孔所占比重相当，但微孔略高为0.008456cm3/g，然而超微孔的比表面积比微小孔高出5.3倍;低温氮吸附曲线与1号煤类似，但无拐点，表明煤的孔隙系统主要是由开放性透气孔构成，孔隙均匀分布，在10-11nm处有孔体积峰值 (图2)。

该孔隙结构不利于煤层气的扩散、解吸，该储层代表是煤层气勘探开发中等储层。

(3)6号煤层孔隙系统

经测试得知，6号煤镜质组最大反射率为2.62%;视孔隙率6.57%;以过渡孔为主，孔容比为47.13%，微孔次之26.43%，大中孔比重为26.42%;孔喉直径比 1号、3号煤大，为26.3nm，说明该区孔喉以细喉为主;与其它煤层不同，6号煤层进汞曲线斜率较大，可能与大、中孔比重较多有关，压汞曲线形状与1、3号煤类似，压汞曲线孔隙“滞后环”体积差 (压力差)较1号煤略小，这表明封闭不透气孔相对1号煤层较多，孔隙连通性较1号煤差，退汞效率较高为61%(图1)。

BET比表面积为1.723m2/g，BJH总孔体积为0.1396ml/g，微小孔与超微孔所占比重相当，但微孔略高为0.008393cm3/g，然而超微孔的比表面积比微小孔高出5.3倍;低温氮吸附曲线与1号、3号煤类似，无明显拐点，表明煤的孔隙系统主要是由开放性透气孔构成，存在一些“墨水瓶”孔，孔隙均匀分布，在8-9nm处有孔体积峰值 (图2)。

该孔隙结构有利于煤层气的扩散、解吸、渗透，该储层是煤层气勘探开发有利储层。

(4)8号煤储层孔隙系统

图2 中岭井田低温氮吸附回线

8号煤镜质组最大反射率为2.96%;视孔隙率5.65%;以过渡孔为主，孔容比为54.22%，微孔次之27.52%，中孔比重为11.72%;孔喉直径为18.7nm，说明该区孔喉以细喉为主;压汞曲线孔隙“滞后环”比1号煤小，比3号、6号煤大，进汞和退汞体积差 (压力差)较大，退汞效率较高为61%，这表明在压汞所测试孔径范围内，开放孔较多，孔隙连通性较好 (图1)。

BET比表面积为1.441m2/g，BJH总孔体积为0.0111ml/g，微小孔与超微孔所占比重相当，但微孔略高为0.008894cm3/g，然而超微孔的比表面积比微小孔高出6倍;低温氮吸附曲线与1号、3号、6号煤类似，吸附回线无拐点，表明煤的孔隙系统主要是由开放性透气孔构成，孔隙均匀分布，在5-6nm处有孔体积峰值 (图2)。

该孔隙结构有利于煤层气的扩散、解吸、渗透，该储层是煤层气勘探开发有利储层。

3 结论

通过研究煤样的压汞及低温氮测试数据的对比分析，可以得出以下结论:

(1)中岭-坪山区块煤中孔隙从小至分子级孔，大至无上限孔较连续完整的孔隙系统。煤层孔隙度相对较高，孔隙结构以过渡孔、微孔 (压汞测试)、微小孔、超微孔 (液氮测试)为主，BET比表面积、BJH总孔体积较大，吸附能力强，即吸附孔占绝对优势，平均含量达79%，渗流孔含量较少。

(2)压汞曲线:四条压汞曲线类型类似，但曲线变化率、孔隙“滞后环”大小不同。6号煤大孔含量较高14.01%，故在压力较低时，曲线斜率比其它煤层都大，随后缓慢上升，3号煤大孔含量最低1.45%，压力较低时，曲线斜率较低，1号煤、8号煤居中。压汞曲线存在孔隙“滞后环”，说明开放性透气性孔较多，滞后环越大，表明孔隙连通性较好，即1号煤孔隙连通性最好，其次为8号煤、6号煤、3号煤。

(3)低温氮吸附曲线:四条吸附曲线类型类似，吸附与脱附分支独立无重合，基本无脱附拐点，表明煤的孔隙系统主要是由开放性透气孔组成，含有少量“墨水瓶孔”。

(4)通过垂向上对比煤储层孔隙系统，发现4套煤层孔隙都以开放透气性孔为主，1号、6号煤层含有少量“墨水瓶孔”，孔隙连通性的优劣排名为1号煤、8号煤、6号煤、3号煤。

综上所述，这样煤储层孔径分布对煤层气资源开发利用的贡献意义是:含量丰富的吸附孔隙有助于煤层气的吸附聚集，但渗流孔含量的明显不足，将是未来煤层气的解吸开发的最大瓶颈问题。

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Developing Features of Pore System and Physical Analysis of Coal
Reservoir in Zhongling-Pingshan Block of Guizhou Province

WANG Guoling1，YANG Zhaobiao2
(1.Beijing Orion Energy Technology＆ Development Co.Ltd，Beijing 100195;2.China University of Mining and Technology，Jiangsu 221008)

By analyzing the test of pressurized mercury and low temperature nitrogen isothermal adsorption，there were some common ground of pore system of coal reservoir in Zhongling-Pingshan Block.They are of high porosity，and transitional pore，micropore and super-microporous were mainly dominate，mesopores second，the least developed macroporous，which meant the adsorption pore were in overwhelming superiority，taking 79%of the total pores.The types of the pore were mainly open pore，containing a least of inkbottle pore.The pores are with fine throat，and there were less connections between the penetrated flow pore and adsorption pore.Above all，the pore system in the study zone is favorable to the storage and collection of the coalbed methane，but not favorable to the adsorption and development of the coalbed methane.

Coal reservoir;pore system;reservoir physical property

王国玲，女，硕士研究生，就职于北京奥瑞安能源技术开发有限公司，担任地质师。

(责任编辑 桑逢云)