發(fā)布時間：2020-11-15 14:14

　　 本文通過對5個盆地/含煤區(qū)的109個煤礦井下實測,開展了煤巖組分和反射率測定、壓汞和低溫氮吸附(77K),以及孔滲、等溫吸附和掃描電鏡分析等常規(guī)實驗工作,同時實施了煤樣吸附孔小角度X射線散射(SAXS)、滲流孔核磁共振(NMR)、裂隙X射線CT掃描(X-CT)和三軸滲流-聲發(fā)射-超聲耦合實驗分析等開創(chuàng)性實驗。研究了延川南和沁南區(qū)塊煤層氣控氣模式,孔裂隙結(jié)構(gòu)演化規(guī)律和機(jī)理,孔隙和裂隙演化的流體響應(yīng)機(jī)制,以及儲層物性熱演化的煤層氣產(chǎn)能控制機(jī)理。主要成果和認(rèn)識如下:(1)闡明了延川南區(qū)塊和沁南區(qū)塊煤層氣控氣地質(zhì),揭示了延川南為煤厚、埋深、水力封堵和淺背斜構(gòu)造綜合控氣,沁南為向斜和水力滯留疊加控氣。(2)基于煤巖孔隙結(jié)構(gòu)的定量分析,闡明了煤儲層孔隙結(jié)構(gòu)演化機(jī)理,結(jié)果顯示低溫N2吸附和SAXS技術(shù)結(jié)合使用可以獲得封閉吸附孔隙體積。煤儲層孔隙結(jié)構(gòu)演化受溫度、壓力、水分、顯微煤巖組分、灰分和煤質(zhì)程度多因素控制�？紫段�附能力取決于孔隙表面復(fù)雜度和孔徑大小。(3)闡明了煤儲層孔隙結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)演化規(guī)律,即不同煤級煤儲層,熱增加孔隙度都有增加的趨勢,但其增加幅度差異較大。揭示了孔隙結(jié)構(gòu)演化的流體動力學(xué)響應(yīng)機(jī)制,熱對煤儲層滲透性的作用隨著煤級的增加而減弱,建立了氣體吸附、熱膨脹、有效應(yīng)力與滲透率的耦合模型。(4)揭示了煤儲層裂隙演化的聲學(xué)變化規(guī)律和力學(xué)響應(yīng)機(jī)制,即裂隙產(chǎn)出與礦物界面傾角密切相關(guān)(50°為界)以及裂隙演化具有記憶效應(yīng)。裂隙演化過程聲發(fā)射特征具有兩期性:在20%?max和80%?max形成裂隙簇(?max為最大主應(yīng)力)。X-CT掃描定量裂隙孔隙度演化過程,建立了煤儲層有效應(yīng)力、裂隙孔隙度與裂隙滲透率的預(yù)測模型。(5)闡明了熱力作用下煤層氣儲層物性參數(shù)變化規(guī)律,即對高煤級煤儲層孔滲性和吸附性作用程度要小于中低煤級煤儲層。數(shù)值模擬分析了煤儲層物性演化的煤層氣產(chǎn)能控制,熱改造煤層氣井穩(wěn)產(chǎn)時間依次為高煤級中煤級低煤級,從煤層氣工業(yè)開發(fā)角度來看,熱對提升高煤級煤層氣產(chǎn)能更有價值。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：P618.13
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
        1.2.1 煤層氣儲層物性研究方法
        1.2.2 煤層氣儲層物性及其演化規(guī)律研究進(jìn)展
        1.2.3 煤儲層孔裂隙結(jié)構(gòu)與流體流動耦合
    1.3 科學(xué)問題
    1.4 研究方案
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 技術(shù)路線
    1.5 完成的工作量
    1.6 主要創(chuàng)新性成果
2 煤層氣儲層物性特征及地質(zhì)成因
    2.1 煤儲層原位吸附孔與滲流孔特征
        2.1.1 吸附孔的小角度X射線散射研究
        2.1.2 滲流孔的核磁共振（NMR）研究
    2.2 煤儲層裂隙特征及地質(zhì)成因-以準(zhǔn)南為例
        2.2.1 準(zhǔn)南區(qū)域地質(zhì)背景
        2.2.2 內(nèi)生微裂隙及其成因分析
        2.2.3 外生微裂隙及其成因分析
    2.3 煤儲層孔隙特征及其地質(zhì)成因
        2.3.1 物質(zhì)組成與煤化作用
        2.3.2 地質(zhì)力學(xué)作用
        2.3.3 異常熱作用
    2.4 煤儲層礦物特征及地質(zhì)成因-以沁水為例
        2.4.1 主要礦物類型及成因
        2.4.2 裂隙礦物充填特征
    2.5 煤儲層含氣性及其控氣模式
        2.5.1 沁南煤儲層含氣性的地質(zhì)控制
        2.5.2 沁南煤層氣控氣模式
        2.5.3 延川南煤儲層含氣性的地質(zhì)控制
        2.5.4 延川南煤層氣控氣模式
3 煤儲層物性動態(tài)演化模式與機(jī)理
    3.1 煤儲層孔隙動態(tài)演化模式與機(jī)理
        3.1.1 煤化作用過程中孔隙演化模式與機(jī)理
        3.1.2 熱作用下煤儲層吸附孔隙演化
        3.1.3 熱作用下煤儲層滲流孔隙演化
    3.2 煤儲層裂隙的動態(tài)演化模式與機(jī)理
        3.2.1 裂隙演化的聲學(xué)-CT定量實驗
        3.2.2 煤巖CT切片的裂隙率計算
        3.2.3 裂隙演化過程的CT定量化
        3.2.4 裂隙演化的聲學(xué)響應(yīng)
        3.2.5 裂隙演化的力學(xué)與礦物學(xué)分析
    3.3 孔裂隙常規(guī)演化與熱力作用演化的異同
        3.3.1 微觀與宏觀特性
        3.3.2 作用方式與機(jī)理
4 煤層氣儲層物性動態(tài)演化的流體響應(yīng)
    4.1 煤儲層孔隙動態(tài)演化與煤層氣吸附/擴(kuò)散
        4.1.1 孔隙結(jié)構(gòu)與氣體吸附/擴(kuò)散的耦合特征
        4.1.2 孔隙演化與煤層氣吸附/擴(kuò)散
    4.2 煤儲層孔隙動態(tài)演化與滲透性
        4.2.1 瞬態(tài)法煤巖滲透性實驗
        4.2.2 煤巖特征對滲流能力的影響
        4.2.3 有效應(yīng)力對滲流能力的影響
        4.2.4 熱對滲流能力的影響
    4.3 煤儲層裂隙動態(tài)演化與滲透性
        4.3.1 裂隙演化的滲流響應(yīng)實驗
        4.3.2 裂隙與滲流數(shù)據(jù)計算
        4.3.3 裂隙演化的流體響應(yīng)特征
5 煤儲層物性演化與煤層氣產(chǎn)能數(shù)值模擬
    5.1 煤儲層物性演化的物理模擬
        5.1.1 實驗樣品與物理模擬方法
        5.1.2 物理模擬結(jié)果與討論
        5.1.3 儲層熱改造與提高煤層氣采收率
    5.2 煤層氣產(chǎn)能數(shù)值模擬方法
    5.3 煤儲層地質(zhì)背景與儲層參數(shù)
        5.3.1 保德區(qū)塊
        5.3.2 韓城區(qū)塊
        5.3.3 沁南區(qū)塊
    5.4 煤層氣井排采特征及影響因素分析
        5.4.1 保德煤層氣井特征
        5.4.2 韓城煤層氣井特征
        5.4.3 沁南煤層氣井特征
    5.5 煤儲層物性演化的煤層氣產(chǎn)能模擬
        5.5.1 煤層氣井歷史擬合與產(chǎn)能衰減預(yù)測
        5.5.2 煤儲層物性演化的產(chǎn)能特征
6 結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄

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本文編號：2884846