Question

孔渗特征评价

Answer 1

6.2.3.1 主煤层渗透率

渗透率作为衡量多孔介质允许流体通过能力的一项指标，是影响煤层气产量高低的关键参数，也是煤层气中最难预测的一项参数。渗透率的测定方法主要有实验室测定、试井和储层模拟三种，其中历史拟合方法所确定的渗透率在各种方法中是最准确的，代表煤储层的真实渗透率，但就目前国内的煤层气开发阶段而言，还不能够得到足够量历史拟合渗透率用于研究。一般利用历史拟合方法确定煤层渗透率变化幅度，对试井渗透率进行校正，从而确定勘探区的煤储层渗透率。

据现有试井渗透率资料，国外的煤储层的渗透率一般较高，一般都在10×10^-3μm²以上，如拉顿盆地渗透率为（10～50）×10^-3μm²，黑勇士盆地为（1～25）×10^-3μm²，圣胡安盆地为（5～15）×10^-3μm²，粉河盆地高达（500～1000）×10^-3μm²（Zuber，1998；AyersJr，2002）。与国外相比，国内的煤储层渗透率一般都低于1×10^-3μm²，较好的煤储层也一般都在（1～10）×10^-3μm²之间，大于10×10^-3μm²的储层很少。根据《中国煤层气资源》（叶建平等，1998）的数据统计，我国煤储层渗透率变化于（0.002～16.17）×10^-3μm²，平均为1.273×10^-3μm²。其中：渗透率小于0.10×10^-3μm²的层次占35％，（0.1～1.0）×10^-3μm²的层次占37％，大于1.0×10^-3μm²的层次占28％，小于0.01×10^-3μm²和大于10×10^-3μm²的层次均较少。

根据笔者对沁水盆地南部煤储层的试井渗透率统计结果，该区3^＃煤层渗透率为（0.004～3.98）×10^-3μm²，平均0.764×10^-3μm²；太原组15^＃煤层渗透率为（0.013～5.707）×10^-3μm²。郑庄—樊庄区块煤储层渗透率可划分为>0.125×10^-3μm²，（0.09～0.125）×10^-3μm²和<0.09×10^-3μm²三个分布区间，三者的分布范围大致相当。此外，在沁水盆地无论是在区域上还是在层域上，渗透率的非均质变化都非常大，即使是同一井组的不同气井，其渗透率值也相差几个数量级。

根据我国的主要煤储层的试井渗透率分布情况，结合国内的煤层气开发实践（Lin et al.，2000；Tanget al.，2004），本次评价中将煤储层渗透率（K，单位：×10^-3μm²）的评价隶属度函数定义为：

煤储层精细定量表征与综合评价模型

6.2.3.2 大裂隙发育特征

大裂隙主要指宽度达到厘米级以上的外生裂隙或节理等，多由褶皱或断层引起。大裂隙研究方法一般是在煤矿巷道或掘进面进行实际观察描述，统计裂隙的密度、长短、间距，裂隙的方向、形状和连通性，以及裂隙的矿物充填情况等。大裂隙的宽度通常是中裂隙缝的2倍，而高度通常是中裂隙缝的3～10倍。

（1）大裂隙密度。一般指在20cm下统计所得的裂隙条数。据王生维等（2005）的研究，煤层的大裂隙密度一般都在1～30条/20cm，大部分在3～15条/20cm。这里将煤层的大裂隙密度（F，条/20cm）的隶属度函数定义为：

煤储层精细定量表征与综合评价模型

（2）大裂隙连通性。大裂隙起着沟通裂隙与孔隙的作用，因此其发育的连通性好坏对储层渗透率的影响较大（Laubachet al.，1998）。如果大裂隙的连通性较差，则即使裂隙再发育，也起不到沟通裂隙与孔隙的作用，因此对渗透率贡献较小。

大裂隙的连通性主要取决于裂隙的形态，裂隙的规模和矿物充填情况等。这里将裂隙的形态分为网状、孤立—网状和孤立状三种，裂隙越接近于网状越有利（樊明珠和王树华，2002）。这里在评价裂隙的规模时，取裂隙的载体比例来表示（王生维等，2005）。裂隙的载体比例即整个裂隙所控制的煤体比例，载体比例越高，对渗透率贡献越高。裂隙的矿物充填情况用充填率表示，即矿物充填比例占总裂隙空间的体积百分比，矿物充填率越低越有利。大裂隙连通性评价的隶属度定量模型见表6.10。

表6.10 煤储层评价中的大裂隙连通性评价模型

6.2.3.3 中裂隙发育特征

中裂隙主要指煤中宽度在毫米级的割理或内生裂隙。中裂隙一般近于垂直层面，其研究方法主要是通过对岩心样或煤矿新鲜面样进行煤岩描述而获得。

（1）中裂隙密度。中裂隙密度指一定距离内（一般以5cm为标准）割理或裂隙数量的多少，它反映中裂隙发育程度的好坏。密度的测量与研究方法有关，肉眼仅可分辨大于0.1mm的割理；而光学显微镜下可分辨出大于1μm的割理。为了达到精细储层评价的目的，这里将肉眼识别的中裂隙和显微镜下的微裂隙进行分别评价，分别给予不同的评价标准，关于微裂隙的定量评价体系将在后文单独叙述。

据大量的前人的研究资料，煤岩的中裂隙密度一般都在1～40条/5cm，中变质煤的中裂隙最发育，可达40～60条/5cm，向低变质煤烟煤阶段迅速减少，向高变质煤阶段缓慢变少（Suet al.，2001）。中裂隙密度用C（条/5cm）表示，其评价隶属度函数定义为：

煤储层精细定量表征与综合评价模型

（2）中裂隙连通性。中裂隙的连通性评价包括裂隙之间的相互组合形态及裂隙是否为其他矿物充填两项。将其评价隶属度函数模型的定义列于表6.11。

表6.11 煤储层评价中的中裂隙连通性评价模型

6.2.3.4 微小裂隙发育特征

微小裂隙是指煤中微米级的割理或裂隙，简称微裂隙，它是沟通孔隙与宏观裂隙的桥梁。

（1）微裂隙密度。如本书第二章所述，微裂隙密度可定义为：在9cm²的范围内，50倍物镜下所见的裂隙的总条数，单位为条/9cm²。微裂隙可分为外生微裂隙和内生微裂隙。在外生微裂隙中存在一种过度发育微裂隙类型（裂隙密度>200条/9cm²）。这种外生微裂隙密度虽大，但由于方向性非常差，多指示构造煤的煤储层，因此对煤储层的开发不利。

图6.4为我国华北、东北、西北共24个矿区（矿或煤田）189件样品的实测微裂隙结果。基于这些实测数据的统计规律，这里将微裂隙密度在80～100条/9cm²的作为指示高渗储层的微裂隙发育区间，而大于和小于这个区间的微裂隙密度对渗透率的贡献都将减小。综合分析后，将微裂隙密度（M，单位：条/9cm²）的评价隶属度函数定义为：

煤储层精细定量表征与综合评价模型

（2）微裂隙连通性。微裂隙对渗透率的影响不仅体现在微裂隙密度上，微裂隙的形态、长短及是否有矿物充填等，对渗透率的影响也很大。因此这里将微裂隙形态单独作为一项评价参数进行研究。微裂隙形态的评价隶属度模型见表6.12。

图6.4 部分煤矿实测煤岩微裂隙分布箱图

表6.12 煤储层评价中的微裂隙连通性评价模型

注：W表示裂隙宽度，L表示裂隙长度；A型：W>5μm且L>10mm；B型：W>5μm且1mm≤L≤10mm；C型：W<5μm且300μm<L<1mm；D型：W<5μm且L<300μm。