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《煤炭学报》 2011年09期
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论深部煤层气成藏效应

申建  
【摘要】:从理论上分析了深部煤层气成藏的特殊性,系统阐述了煤层含气性、渗透性及流体压力系统的特征及其地质控制因素。研究认为:受地应力机制转换,深部煤层天然裂隙的产状和组合模式存在垂向分带性,进而影响到煤层渗透率的发育状况。构建了基于温压条件下吸附收缩膨胀、热膨胀、地应力及地下水化学等效应深部煤层渗透率数学模型,分析了深部煤层渗透率的分布规律。建模分析了地应力场、地温场及煤基质收缩膨胀效应对煤层压力状态的控制作用,发现深部煤层与浅部煤层的成压因素差异显著。在埋深1 200 m以浅,地应力和吸附量增加诱导的流体压力增强效应基本相当,地温效应最弱;埋深继续增大,地温效应变强,地应力次之,吸附膨胀效应最弱。基于较高温压条件下的煤吸附-解吸物理模拟,揭示了深部地层条件下煤吸附行为的特殊性。研究发现:埋深增大,煤级对煤吸附性的影响减小,高煤级煤吸附性对储层压力的敏感性弱于低~中煤级煤。构建了耦合煤级-温度-压力的有效扩散系数模型和深部煤层含气量数学模型,发现深部煤层含气量与埋深之间的"临界深度"受煤级、地层温度、地层压力的综合控制,临界深度在同煤级条件下随储层压力梯度增大而变浅,在相同煤级和储层压力梯度条件下随地温梯度减小而变深。认为临界深度以浅的地层压力对煤层含气量影响更为显著,临界深度以深则温度起着更为重要的控制作用。基于温压条件下的流固耦合实验,初步揭示了深部煤层力学性质和渗透性的特殊性及其地质影响因素。研究发现:无论煤级如何,围压均是影响煤岩力学性质最显著的因素;流体压力对较低煤级煤力学性质的影响相对较大,温度对较高煤级煤力学性质的影响似乎更为显著。以此为基础,进一步构建了深部煤岩力学性质预测模型。发现煤岩渗透率与有效应力、弹性模量、泊松比均呈负指数关系,温度对煤岩渗流能力的影响受控于煤级且极为复杂。通过三步加载地质因素,导出了吸附-温度-应力-流体压力效应耦合的深部煤层渗透率数学模型。研究提出了深部煤储层流体压力预测的"压力梯度校正系数法",构建了深部煤层气成藏效应预测的三元指标体系和模型。应用该套方法体系,对鄂尔多斯盆地东部的深部煤层气成藏效应进行分析,发现存在3种有利成藏组合方式和18种较有利组合,并预测了其区域分布规律。

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