【土木专栏】温度控制下的煤层气储层物性动态演化研究

为研究热对煤储层的改造作用，采用不同煤级具有代表性的12块煤样，煤样采自沁水盆地和三江—穆棱河含煤区的矿井工作面，样品规格为20 cm X 20 cm X 10 cm。

将试验样品切割制作成直径为2.5cm的人造岩芯试样，用于实现对煤样物性演化的分析，并开展如下试验内容：

试验系列I：煤岩孔隙度和渗透率测试。按照SY/T 5336-1996标准对煤样进行氦孔隙分析和空气渗透率测试。

试验系列II：煤样压汞试验。压汞试验用于研究孔径大于10nm以上的孔隙特征。

试验系列III：低场核磁共振（LF-NMR）试验。测定横向弛豫时间（T2）谱分析、孔径分布、核磁共振孔隙度及核磁渗透率、可动流体等。

试验选取煤级从高挥发份烟煤至无烟煤共12块煤样，最大镜质体反射率在0.66%~3.28%，可以有效地分析煤岩学差异对孔裂隙结构的影响。

表1 煤岩镜质体反射率与显微分析结果

试验所选的12块样品的压汞孔隙度范围为1.72%~8.88%，平均为4.79%。孔吼直径均质变化范围不大，为10.23~13.17μm，平均为12.69μm。进汞饱和度为31.96%~85.99%。试验结果表明，中高挥发份烟煤孔隙发育，孔隙连通；而低挥发份烟煤和无烟煤压汞表现为单峰分布，表明微小孔含量大，煤储层具备足够的吸附空间，但中大孔含量缺乏，可能会导致气体流动在中孔孔径段出现瓶颈，从而降低孔隙的渗透性。

图1 压汞孔隙特征及孔径分布

图2 高挥发份烟煤饱和水及离心后T2谱

从上图可以看出，核磁共振T2谱与不同煤级的煤岩有着明显的对应性。饱水状态下的高挥发份烟煤的T2谱具有普遍的三峰及两峰分布特征，中、大孔分布均匀，但其连通性较差，其裂隙发育一般，表明渗透性一般。离心后，有典型的“墨水瓶状”效应的存在。

图3 中挥发份烟煤饱和水及离心后T2谱

从图3中可以看出，饱和水状态下的中挥发份烟煤T2谱同样具有三峰及两峰分布特征，但随着煤级的增加，谱峰逐渐由中、大孔峰向中小孔峰转移。离心后，大孔的谱峰逐渐消失。

图4 低挥发份烟煤和半无烟煤级无烟煤饱和水及离心后T2谱

从图4中可以看出，饱和水状态下的低挥发份烟煤、亚无烟煤级无烟煤T2谱随煤级的增加，T2谱的三峰及两峰特征逐渐消失，最后只呈现微小孔的单峰。离心后T2谱几乎无变化，说明微小孔绝大多数是以吸附孔状态存在的。

图5 压汞孔径与核磁共振T2谱对比图

上图为压汞测试获得的孔径分布结果与核磁共振T2谱曲线对比结果，可以看出二者在形态上具有很好的相似性，且符合较好。

图6 饱和水状态下的各煤级煤岩T2谱分布