基于高压压汞实验研究六盘水龙潭组煤储层孔隙分形特征

武 静 赵立鹏

(贵州省煤田地质局实验室，贵州贵阳，550008)

分析与测试

基于高压压汞实验研究六盘水龙潭组煤储层孔隙分形特征

武 静 赵立鹏

(贵州省煤田地质局实验室，贵州贵阳，550008)

通过野外地质露头、钻井岩心系统观测和采样，采用高压压汞、煤岩鉴定等测试方法，对六盘水地区龙潭组煤储层孔隙分形特征进行了研究。结果表明，六盘水地区龙潭组煤储层以连通较好的板状开放孔为主。孔隙孔径以0.1μm及以下的纳米级孔隙为主，孔隙度略大，为3.42%。孔隙分形维数较大，表明其具有较高的不规则性。分形维数主要受镜质组反射率、煤岩显微组分、孔隙度、比表面积、比孔隙体积等参数的影响。

孔隙 煤储层 龙潭组 六盘水 分形

煤储层是一种孔结构复杂的非常规储层。煤的孔隙结构与煤层气的吸附性和流动性密切相关[1]。分形几何学的理论能够有效地刻画出几何体的形态。应用分形理论可获得煤岩裂隙发育程度和煤中孔、裂隙分布的近似定量信息，为评价煤层气的吸附与解吸、扩散与渗流及煤层有效渗透率估算提供了一种更加精确的方法。六盘水地处贵州西部，煤炭资源丰富，煤层气储量巨大[2-4]。通过压汞实验研究六盘水地区煤储层孔隙分形特征，将为研究煤层气进一步高效抽采奠定基础。

1 实验

龙潭组属滨海至浅海沉积，主要为砂岩、粉砂岩、粘土岩夹煤层及少量硅质岩、灰岩。贵州省内主要分布于正安—兴仁一线以西。实验样品采自盘县、水城等地煤层气地质调查井龙潭组煤样。编号P-01～P-03、S-01～S-3。其中P-01～P-3取自盘县，S-01～S-03取自水城。压汞实验采用AutoPore IV9500压汞仪，仪器工作压力0.0172～227.526MPa，测量孔径范围为0.003μm～18120μm。分辨率<0.1μL。粉末膨胀仪容积为5.9995mL，计算机控点式测量，高压段选取压力点36个，每点稳定时间10s，测试样品质量10g左右。手选纯净煤样，统一破碎至2 mm左右，缩分。在真空烘箱内烘干样品，60℃烘干12h。烘干后样品避免重新暴露于大气中。装入膨胀仪中抽真空至压力<6.67Pa时进行测试。

2 实验结果分析

2.1 压汞实验分析

压汞曲线形态可反映孔隙结构信息[5,6]。一般可分为三段：初始段、中间平台段及末端上翘段。总体上六盘水地区龙潭组煤储层进退汞曲线滞后环较宽大，典型样品为P-01、S-01，进汞主要发生在中高压阶段(图1)，表明以连通较好的板状开放孔为主[7]。孔隙孔径以0.1μm及以下的纳米级孔隙为主(图2)。六盘水地区龙潭组煤储层孔隙度略大，为3.42%。

图1 六盘水地区龙潭组煤储层进退汞曲线

图2 六盘水地区龙潭组煤储层孔径分布曲线

2.2 分形维数计算

煤岩体孔隙模型可采用Merger海绵构造思想构建的孔隙体积分形模型解释[1,8,9]。分形维数D=lg(Nb1)/lg(m)，其中m和Nb1分别为边长为R的立方体初始元，分成等大的小立方体数目和按照一定规则去掉部分这样的小立方体，剩下的小立方体数。根据Washburn方程推导可知：

ln(dVp/dP)=(D-4)lnP+C

(1)

根据Merger海绵分形模型将6个龙潭组煤岩样品压汞实验数据按(1)式进行数据整理，然后根据其曲线分布规律拟合得出其不同曲线的斜率，从而得出不同样品的分形维数值。每个样品按照数学模型处理后线段的相关系数较高说明了样品孔隙具有分形特征(表1)。根据Menger模型计算得到的分形维数范围在2.8314～2.9364之间，平均值为2.8736，说明六盘水地区龙潭组的煤岩孔隙的分形维数较大，表明其具有较高的不规则性。

2.3 分形维数的影响因素

从图3可以看出煤储层的孔隙分维数随镜质组反射率增加而减小。一般认为随煤化程度的增加，内部排列趋于整齐、定向、密集，缺陷位和孔隙相对减少，使分维数逐渐降低。煤岩显微组分对分维数的同样具有一定影响，有机组分在成岩过程中由于脱水、脱氢等化学变化，结构趋于复杂，使分形维数逐渐增大。煤岩成分的变化比煤孔隙系统的变化影响要大，而煤岩成分越复杂，孔隙分形维数越大。而孔隙度、比表面积、比孔隙体积对分形维数的影响大致相同，均显示出正相关趋势，说明孔隙越发育，分形维数会相应增大。

表1 煤岩样品的基础参数和分形维数

图3 分形维数与镜质组反射率、镜质组含量、有机组分含量、孔隙度、比表面积、比孔体积的关系

3 结论

(1)六盘水地区龙潭组煤储层以连通较好的板状开放孔为主。孔隙孔径以0.1μm及以下的纳米级孔隙为主，孔隙度略大，为3.42%。

(2)孔隙分形维数较大，表明其具有较高的不规则性。分形维数主要受镜质组反射率、煤岩显微组分、孔隙度、比表面积、比孔隙体积等参数的影响。

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Fractal Features of Longtan Formation Coal Reservoir in Liupanshui on the Mercury Injection Method

WuJing,ZhaoLipeng

(LaboratoryofCoalMineExplorationofGuizhouProvince,Guiyang550008,Guizhou,China)

Through the field outcrop, systematic observation and sampling of drilling core, and using testing methods such as high pressure mercury intrusion experiment, the pore fractal characteristics analysis of coal reservoir at Longtan formation in Liupanshui area was done. The results showed that: the pore diameters of coal reservoir are mainly the nanometer grade pores whose diameters are equal to or under 0.1μm. The mean value of porosity is 3.42%. The fractal dimensions is large. This means the pores are irregular extremely. The influence factors are vitrinite reflectance, maceral composition, porosity, specific surface area, specific pore volume.

pore; coal reservoir; longtan formation; liu panshui; fractal theory