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应力–孔隙结构协同控制的深部煤层气赋存机理研究
编号：284
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更新：2025-11-13 14:22:23 浏览：61次
口头报告
报告开始：2025年11月16日 11:10（Asia/Shanghai）
报告时间：15min
所在会场：[s5] 会议专题5：煤地球化学与煤层/岩气生成富集 [s5-1] 会议专题5-1
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摘要
经过数十年的发展，中国煤层气产业已实现规模化开发与利用。随着勘探深度进入两千米以上，地应力显著增加，导致煤孔隙压缩变形，直接影响吸附气与游离气的赋存。应力作用下孔径分布及含气量的变化规律与内在机理尚未得到系统阐述。传统的覆压孔隙度实验能够反映孔隙在宏观尺度上的应力敏感性，但难以在孔径尺度上区分微孔、介孔与宏孔的应力响应差异。与此同时，常规的含气量预测模型亦难以在孔隙体积与吸附层厚度、局部流体密度等物理量之间建立严格的定量关联。这些不足降低了深部含气量评估和产能预测的准确性与可靠性。
针对上述问题，本研究构建了实验与理论相结合的研究框架。在实验部分，选取鄂尔多斯盆地典型区块的深部煤样，采用自主搭建的覆压条件下气体充注孔隙度变化模拟装置，开展不同条件下的孔径分布测试，并量化不同孔径的应力敏感性特征。理论部分，优选模型对甲烷等温吸附实验数据进行分析。该模型用于表征超临界条件下甲烷的吸附行为，并确定样品的绝对吸附能力。基于模型计算结果，定量表征不同孔径尺度内的吸附气与游离气含量。同时计算各孔径内的吸附相密度以表征吸附特性。引入应力这一条件对模型进行修正，从而提高了含气量的预测精度。基于修正后的模型，进一步揭示了应力作用下吸附相与游离相的变化规律。
研究结果表明，随有效应力增加，各孔径段孔隙的体积均呈下降趋势。但其应力敏感性存在明显差异，这一特征对分析应力对气体赋存的影响具有重要的意义。在原位含气量的预测中，修正后的模型的预测精度显著提升。修正后的模型可以量化吸附气和游离气含量与吸附相密度随应力变化的趋势。进一步分析表明，吸附态甲烷的密度除了受温度和压力影响外，同时还受到孔隙尺度的调控。计算结果表明，煤中吸附态甲烷的密度介于液态和游离态甲烷密度之间，即吸附的甲烷分子处于一种特殊的状态，比游离态的甲烷分子更紧密地堆积在一起，但并未发生物理液化。吸附气和游离气的含量均随有效应力增大而减小，但吸附气和游离气对应力的敏感性存在显著差异。进一步而言，深部煤层气的应力敏感性本质上是应力-孔径-气相三者综合作用的结果。其核心原因在于吸附气与游离气赋存于不同的孔隙空间，由此表现出显著的应力响应差异。
综上所述，本研究提出了在应力条件下区分并量化不同孔级内吸附气与游离气贡献的方法，实现了对深部煤层在高有效应力作用下各孔级气体赋存特征的定量分析，提高深部煤层气含气量预测的准确程度。其次，提出了应力-孔径-气相三元耦合机理，揭示了微孔在深部煤层富集中的主导作用，为深煤层气高效勘探开发奠定理论基础。
针对上述问题，本研究构建了实验与理论相结合的研究框架。在实验部分，选取鄂尔多斯盆地典型区块的深部煤样，采用自主搭建的覆压条件下气体充注孔隙度变化模拟装置，开展不同条件下的孔径分布测试，并量化不同孔径的应力敏感性特征。理论部分，优选模型对甲烷等温吸附实验数据进行分析。该模型用于表征超临界条件下甲烷的吸附行为，并确定样品的绝对吸附能力。基于模型计算结果，定量表征不同孔径尺度内的吸附气与游离气含量。同时计算各孔径内的吸附相密度以表征吸附特性。引入应力这一条件对模型进行修正，从而提高了含气量的预测精度。基于修正后的模型，进一步揭示了应力作用下吸附相与游离相的变化规律。
研究结果表明，随有效应力增加，各孔径段孔隙的体积均呈下降趋势。但其应力敏感性存在明显差异，这一特征对分析应力对气体赋存的影响具有重要的意义。在原位含气量的预测中，修正后的模型的预测精度显著提升。修正后的模型可以量化吸附气和游离气含量与吸附相密度随应力变化的趋势。进一步分析表明，吸附态甲烷的密度除了受温度和压力影响外，同时还受到孔隙尺度的调控。计算结果表明，煤中吸附态甲烷的密度介于液态和游离态甲烷密度之间，即吸附的甲烷分子处于一种特殊的状态，比游离态的甲烷分子更紧密地堆积在一起，但并未发生物理液化。吸附气和游离气的含量均随有效应力增大而减小，但吸附气和游离气对应力的敏感性存在显著差异。进一步而言，深部煤层气的应力敏感性本质上是应力-孔径-气相三者综合作用的结果。其核心原因在于吸附气与游离气赋存于不同的孔隙空间，由此表现出显著的应力响应差异。
综上所述，本研究提出了在应力条件下区分并量化不同孔级内吸附气与游离气贡献的方法，实现了对深部煤层在高有效应力作用下各孔级气体赋存特征的定量分析，提高深部煤层气含气量预测的准确程度。其次，提出了应力-孔径-气相三元耦合机理，揭示了微孔在深部煤层富集中的主导作用，为深煤层气高效勘探开发奠定理论基础。
关键词
深部煤层气；核磁共振；孔隙应力敏感性；应力作用的气体储存行为
报告人
王泽藩
无 中国地质大学（北京）稿件作者
全部评论
重要日期
-
会议日期
11月14日
2025
至11月17日
2025
-
09月28日 2025
初稿截稿日期
-
11月17日 2025
注册截止日期
主办单位
中国石油学会石油地质专业委员会
中国矿物岩石地球化学学会沉积学专业委员会
中国矿物岩石地球化学学会沉积学专业委员会
承办单位
长江大学
联系方式
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