来源:Frontiers of Earth Science 发布时间:2021/2/2 16:51:29
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FES | 高挥发性烟煤孔径分布多尺度联合表征

论文标题:Pore size distribution of high volatile bituminous coal of the southern Junggar Basin: a full-scale characterization applying multiple methods (高挥发性烟煤孔径分布多尺度联合表征)

期刊:Frontiers of Earth Science

作者:Wanchun ZHAO(赵万春), Xin LI(李鑫), Tingting WANG, Xuehai FU

发表时间:16 December 2020

DOI:10.1007/s11707-020-0845-x

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煤层气开发中,煤储层孔裂隙系统是煤层气解吸、扩散和渗流的空间。孔径分布(PSD)可以反映煤岩不同尺度孔隙发育程度;通过PSD表征,煤层气地质学家可判断煤储层含气性和渗透性,进而对煤层气开发潜力做出评价。多种技术在煤岩PSD表征中得到了广泛应用,但仍存在以下不足:(1)以往对煤岩PSD的研究局限于采用高压压汞(MIP)和其他单一方法(低温液氮吸附(LTNA)或低场核磁共振(LF-NMR)或micro-CT等)进行联合联合表征;(2)煤基质高压下压缩导致MIP数据出现误差,将MIP数据与LF-NMR数据比对将导致T2值向孔隙直径转换出现误差;(3)采用不同技术对大孔段孔隙及喉道PSD表征分析对比研究较薄弱。

由东北石油大学赵万春教授团队与新疆大学李鑫副教授团队合作发表于Frontiers of Earth Science的研究工作《Pore size distribution of high volatile bituminous coal of the southern Junggar Basin: a full-scale characterization applying multiple methods》,依托东北石油大学陆相页岩油气成藏及高效开发教育部重点实验室和新疆中亚造山带大陆动力学与成矿预测自治区重点实验室等研究平台,以准噶尔盆地南缘(以下简称准南)高挥发性烟煤(HVBC)为研究对象,基于Xoдот孔隙孔径分类方案,采用MIP、LTNA、LF-NMR、恒速压汞(CMP)、SEM、Nano-CT等多种方法,系统开展了准南HVBC的PSD全尺度多手段表征,揭示了准南HVBC孔径分布特征,厘定了准南HVBC孔隙直径与T2值的定量关系,明晰了采用CMP和Nano-CT技术表征准南HVBC大孔段孔隙和喉道PSD的异同。研究成果有助于深化新疆低阶煤煤层气开发地质理论,特别是该技术成果未来还可应用于储层伤害过程孔隙变化的精确描述研究。

1 方法原理

图1为本研究的工作流程。联合LTNA数据和校正后MIP数据确立了HVBC的综合孔径分布(CPSD);采用最小二乘法比对了LF-NMR数据和CPSD数据,确定了T2与孔径之间的定量关系,进而将LF-NMR的T2谱直接转化为孔径分布(NMR-PSD)。同时该项研究对Nano-CT和CMP表征的大孔段孔隙及喉道直径分布进行了对比分析。此外,利用SEM图像侧面验证了CPSD和NMR-PSD的准确性。

图1本研究的工作流程图

2 主要研究成果

(1)CPSD表征结果显示准南HVBC中孔体积最大,过渡孔或大孔次之,微孔体积最小(图2)。

图2 准南HVBC的CPSD特征,图a和图b样品分别采自准南乌东煤矿与宽沟煤矿(下同),蓝色数据为LTNA提取的PSD,红色数据为矫正后的MIP提取的PSD。

(2)采用最小二乘法对CPSD累积孔隙体积频率曲线与LF-NMR累积T2信号曲线进行定量比对,从而厘定了准南HVBC孔隙直径与T2值的幂函数定量关系(图3),进而将LF-NMR的T2谱直接转化为孔径分布(图4);发现成熟度相近的样品上述定量关系不尽相同(图3),NMR-PSD与CPSD较为接近(图4)。

图3 采用最小二乘法对CPSD数据和LF-NMR数据得到的累积孔隙体积频率曲线的对比分析结果

图4 NMR-PSD与CPSD特征对比分析

(3)通过Nano-CT数据体反演表征了准南HVBC大孔段孔隙及喉道分布(图5),发现Nano-CT数据体反演测得到的大孔段喉道直径分布与CMP测得的大孔段喉道直径分布较为接近(图6a),但两种方法测得的大孔段孔隙直径分布差异较大(图6b)。

图5 Nano-CT数据体特征及反演结果(分辨率630 nm):

(a)2D CT切片细节描述;(b)3D连通孔隙网络;(c)3D孔喉结构骨架;(d)连通孔隙网络与非联通孔隙3D结构

图6 通过Nano-CT和CMP方法分别得到的样品大孔段喉道与孔隙直径分布:(a)大孔段喉道直径分布;(b)大孔段孔隙直径分布

期刊简介

Frontiers of Earth Science 是由教育部主管,高等教育出版社与华东师范大学共同主办的英文学术期刊,德国Springer公司负责海外发行,以网络版和印刷版两种形式出版。全球发行。主编高炜教授(华东师范大学)。2007年创刊,季刊。

该刊遵循国际期刊规范,充分利用网络出版优势,及时发表地球科学领域国内外最新的学术研究论文和综述文章 ,所发文章必须经过严格的同行评议。涉及领域包括(但不限于):地球系统科学、自然地理学、地质学、地球物理学、大气科学、海洋科学、生态学、生物学、全球变化、水文学、环境污染、生物地球化学循环、自然资源管理、生态系统可持续发展、土地利用/覆盖/变化、环境评估和监测、遥感、数据获取/处理/同化、算法的开发、应用和建模等,特别关注地球科学和其他学科的交叉融合,聚焦于一些蓬勃发展的领域。

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(来源:科学网)

 
 
 
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