本文作者：刘占勇1郑柏平1丁述理2徐博会2作者单位：1中国煤炭地质总局2河北工程大学

煤储层渗透性

在4个试井对目标煤储层进行了渗透率实验测试。从渗透率测试结果来看，2+3#煤层的渗透率较低（0.0067~0.268mD），平均不到0.1mD；10#煤层渗透率稍高（0.011~0249mD），平均为0.1118mD；试井获得的渗透率分析结果与前人实验所得的结论基本一致，即本区煤层的渗透率偏低（表1）。前人对本勘探区台头矿2+3#煤层和张节塔矿10#煤层中的暗煤分层进行了渗透率测试，其中2+3#煤层的渗透率为0.011mD，10#煤层的渗透率为0.02mD，二者均低于0.1mD[6]。说明本区域煤层的渗透率普遍较低。考虑本区主煤层以光亮煤、半亮煤为主且割理相对发育的事实，认为煤层的实际渗透率应高于上述测试值。

影响煤储层渗透性的因素

1裂隙、孔隙

在煤储层的孔隙、裂隙二重介质扩散渗流模型中，基质孔隙是煤层气扩散吸附的场所，而裂隙是由割理组成的网络，起到连通孔隙的作用，是煤层气渗流的通道[7]。煤储层的裂隙系统是其渗透性优劣的决定性要素，裂隙包括内生裂隙(割理)和外生裂隙(节理)和继承性裂隙。内生裂隙是煤化作用过程中凝胶干缩作用的结果，外生裂隙由古构造应力引起，继承性裂隙属二者的过渡型。内生裂隙，即割理包括面割理和端割理，二者相互垂直或近垂直将煤层分割成煤粒基质块体，对煤层渗透率贡献大，是煤储层渗透性的决定性因素。外生裂隙(节理)对储层渗透性起改善作用。因此煤储层的渗透率决定于裂隙系统的发育和连通程度，特别是割理系统的发育和连通程度，煤储层渗透率与裂隙系统的发育和连通程度呈正相关性，一般认为，煤样渗透率随裂隙面密度的增加而呈指数形式增大[7,8]。白额勘探区主要煤储层裂隙较发育，其中内生裂隙普遍较外生裂隙发育，偶见方解石充填现象。面割理走向NNE，与区域地层走向近乎平行，割理多为平直状，裂隙面平整，连续性好。端割理走向NWW，与区域地层走向近乎垂直，与面割理相比，端割理裂隙面平整性较差，常为不平坦状或阶梯状，被面割理切割，连续性较差。面割理切割端割理，组成内裂隙系统，是煤储层渗透性的主要贡献者，是煤层气运移的良好通道。通过对4-6、1-8、3-2、25-9钻孔煤心观察研究发现，西部、南部裂隙密度较东部北部大，但面割理多闭合，北部、东部面割理开启性较好。以10#煤为例，4-6孔煤层的煤心以块状-柱状为主，碎块状次之，外生裂隙2~3条/5cm，内生裂隙5~15条/5cm；1-8孔煤层煤心以碎块状-短柱状为主，内生裂隙1~6条/5cm，外生裂隙1~3条/5cm；3-2孔煤层煤心以碎块状-短柱状为主，粉末状次之，内生裂隙4~6条/5cm，外生裂隙2~3条/5cm；25-9孔煤层煤心以碎块状-短柱状为主，内生裂隙1~4条/5cm，外生裂隙1~3条/5cm。从裂隙发育程度来看，10#煤层裂隙发育程度较2+3#煤层高（表2），其渗透性也较2+3#煤层好。本区煤层的总孔容为36.0~67.5mm3/g，10#煤层的总孔容高于2+3#煤层。10#煤层和2+3#煤层的孔径分布特征相似，均以大孔（Φ>1000nm）为主（孔容：16~34mm3/g），过渡孔(Φ10~100nm)次之（孔容:14~20mm3/g），微孔(Φ≤10nm)及中孔(Φ100~1000nm)所占的比例最低(孔容分别为：4~6mm3/g和1~6mm3/g)，属过渡型孔隙类型。由于过渡孔所占比例较大及含有一定数量的微孔，故气体在煤基质块体中的运移较为困难，这一点也由其排驱压力反映出来。从上述物性特征分析可以看出，煤储层孔隙中大孔占有较大比例，但孔比表面积则集中在过渡孔和微孔径段，在理论上有利于煤层气的吸附和储集，因而主煤储层具有较好的储集潜势。由于煤层渗透率较低，可能致使煤层气难于运移，这将给煤层气的开发造成一定困难。

2煤岩特征

宏观煤岩类型和有机显微组分是影响煤储层渗透率的一个重要因素。从宏观煤岩类型看，研究区2+3#和10#煤层的宏观煤岩类型以半亮型煤为主，煤岩成分以亮煤为主，含少量镜煤、暗煤及丝炭少见，镜煤一般呈条带状分布。从显微组分看，2#煤镜质组为78.8％，惰质组为21.1％；3#煤镜质组为82.1％，惰质组为18.0％；10#煤层镜质组为82.8％，惰质组为17.2％。2#、3#煤层镜质组均以基质镜质体为主，惰质组中的半丝质体多于丝质体含量，呈过渡型。10#煤层镜质组成分主要以均质镜质体为主，基质镜质体次之。从煤层显微组分组成和煤岩类型上讲，一般认为镜质组含量越高，割理越发育，渗透性越好；镜煤和亮煤含量越高，割理越发育，渗透性越好，光亮型煤的渗透性最好，其次是半亮型煤、半暗型煤和暗淡型煤[7]。2+3#、10#煤层均为半亮型煤，镜质组含量均较高，但10#煤层镜质组以均质镜质体为主，而2+3#、10#煤层以基质镜质体为主。有机显微组分的差异，可能是导致10#煤层渗透性较2#、3#煤层渗透性高的主要因素。

3煤变质程度

煤的岩石力学性质在不同的煤热演化阶段表现出一定的规律性，煤储层孔隙、裂隙发育也表现特有的规律性，从而影响煤储层渗透性。毕建军认为煤级是割理密度的主要影响因素，割理密度一般在Rmax为1.3%左右时最大[8]。张胜利、宁正伟等认为中变质程度的亮煤、半亮煤中割理发育程度最好，储层渗透性条件好，有利于勘探开发[9，10]。通常随煤化作用的进行，从褐煤到烟煤，割理密度逐渐增大，而过烟煤阶段之后割理闭合，割理密度减少。研究区各主煤层Rmax在2%左右，煤变质程度相当于贫瘦煤阶段，从测试数据看，割理密度最大值出现在Rmax=2.149%时(图2)。由于本区煤层变质程度变化幅度小，故煤层外生裂隙密度变化也不大，在1～3条/5cm。

4埋藏深度和有效应力

煤层是应力敏感性地层，割理对有效应力非常敏感，有效应力越大，割理宽度越小，从而对渗透性产生负面影响。傅雪海、张延庆等通过模拟实验研究认为，随着有效应力的增加，渗透率呈指数降低，原地应力作用在煤层中，可以分解为垂直应力和水平应力。埋藏深度的增加使垂直应力增加较快，从而使渗透率降低[7-12]。从测试结果（表1）看，2+3#、10#煤层渗透率都与有效应力呈负相关性(图3)。有效应力对渗透率起控制作用，同一煤层有效应力越大，渗透率越小。

结束语

由以上分析可以发现，研究区煤储层渗透率不同程度地受到孔隙-裂隙发育程度、煤岩类型、变质程度、埋藏深度和有效应力的影响，煤储层孔隙以大孔为主，过渡孔次之，微孔及中孔所占的比例最低，这种过渡孔隙类型往往导致气体在煤基质块体中的运移较为困难，煤储层渗透率总体较低，10#煤层渗透率较2#、3#煤层高，这可能是10#煤层的镜质组含量较高，且以均质镜质体为主，从而导致其裂隙（割理）较2#、3#煤层发育所致。