0　引　言

岩石物理实验分析是研究煤层气[1]储层岩性、物性、孔隙结构、流体性质以及建立测井解释模型的重要手段,与其他资料相比,岩心实验数据更为客观准确,可作为测井资料向地质参数转换的刻度工具[2-4]。李琼等[1]利用液氮冷冻法取心通过MTS岩石物理测试系统分析了煤岩样纵横波速度、动静弹性参数、品质因子、纵横波振幅、频率与储层物性、地层压力的关系及变化规律。郭德勇,孟雅等[5-6]通过实验室岩心实验研究了覆压条件下煤的孔隙度和渗透率特征,认为随围压增加煤的孔隙度和渗透率降低,不同煤质和不同类型煤有不同的变化规律;建立了煤孔隙度、渗透性与有效应力之间的相关关系和模型,采用渗透率损害率和应力敏感系数分析了煤储层的应力敏感性。尹帅等[7]通过岩心薄片、电镜、压汞、力学等实验研究评价了煤储层特征,认为沁水盆地东北部煤层气储层达到了Ⅰ类煤储层的评价标准,有利于煤层气开发。

传统的岩石物理实验所用的柱塞岩心多为液氮冷冻法取心,赵富贞等[8]认为冷冻工艺对岩心孔隙度、渗透率以及孔隙结构等实验参数有影响。本文采用了线切割法加工技术获取煤储层柱塞岩心用于实验研究,基于岩石物理实验数据,同时结合前人研究成果,分析了沁水盆地南部煤层气储层各参数岩心实验特征,建立并分析了各岩石物理参数之间的关系,总结了煤储层岩石物理特征,初步建立了一套系统性的煤岩岩石物理实验技术体系,为岩石物理模型的数值模拟和测井解释模型的建立提供基础实验数据和依据。

1　研究区煤层气储层特征

研究区位于沁水盆地南部地区,以山西组3号煤层为主要研究载体。3号煤层厚度0.6～7.0 m,总体变化趋势表现为由南向北由东向西煤层厚度逐渐变薄,不同地区厚度差别较大。盆地南部有燕山期的闪长岩、花岗斑岩等岩体侵入,使该区相对于盆地其他地区,其煤的变质程度更高,镜质组反射率达2.75%～3.99%,属高级无烟煤,并有由北向南变质程度增高的趋势。3号煤层宏观煤岩类型好,以光亮型煤和半光亮型煤为主;灰分含量变化在3%～23%,平均11%左右,属中、低灰分煤层;显微煤岩组分中镜质组含量较高,一般80%～90%,也反映煤岩煤质好的特征。这种低灰分、高镜质组含量的煤层其吸附甲烷气体能力一般较强,有利于煤层含气量的提高[9]。

2　煤层气储层岩石物理实验研究

本文根据煤层气储层研究需要,在研究区选取大块井下煤岩样20块。由于煤强度低,相对较软易破碎,且煤层节理发育,各种微孔隙、裂隙较多,呈明显的非均质特性[1],获得实验室用柱塞岩心比较困难。研究采用线切割法加工煤储层柱塞岩心,该方法以金刚石线作为切割工具,利用金刚石线表面涂抹的金刚砂的锐利棱角和金刚石线的上下高速往复运动以及高速自旋转与岩样表面高速磨削获得标准柱塞状岩心,该方法能够有效克服传统水冷却钻取法易导致岩心破碎以及液氮冷冻法取心破坏岩心内部孔、缝结构影响物性参数的缺陷。利用该方法最终获得24块标准柱塞岩心(长度3～6 cm,直径1.5 in*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.308 4 m,下同)用于实验研究。

2.1　孔隙度、渗透率实验

为最大程度减少水分对孔隙度、渗透率的影响,通过调研以及对比不同烘干条件下岩心质量、孔隙度以及颗粒密度的变化规律(见图1),得出使煤储层岩心达到最佳测试状态的烘干实验方案:恒温箱中116 ℃烘干33 h。

实验表明,干岩样平均弹性常数明显小于饱和岩样平均弹性常数;干样状态下,煤层气储层纵波幅度变化较大,横波速度变化幅度比较小,而饱和状态下煤岩纵、横波速度变化幅度都不大;煤层气储层纵波速度干样与饱和状态下相差较大,而横波速度干样与饱和状态下相差较小(见图4)。

草儿的心里怀了春以后，终于敢走向牧儿，和牧儿打招呼，和牧儿说话了。那声音极为害羞，两个人的对话也富有了韵味。

辅油泵正常情况下在“AUTO”备用状态，当润滑油泵出口压力低于0.65 MPa，或者润滑油总管压力低于0.16 MPa，辅油泵自启动，保证润滑油、调速油的正常压力。在压缩机停车及润滑油泵不能运行时，为保证机组安全，紧急事故油泵自启动运行，以维持透平的润滑油供油，保证透平能够正常盘车降温。润滑油泵允许启动有三个条件[1]： 隔离气压力不低于0.5 MPa；润滑油温不低于25 ℃；润滑油箱液位不低于量程的40%。

根据煤层气储层参数评价标准,孔隙度大于5%、渗透率大于0.5 mD*非法定计量单位,1 mD=9.87×10-4μm2,下同的储层即为优良储层[10-11],相比之下沁水盆地南部煤层气储层孔隙度与渗透率均达到了I类储层评价标准,但强非均质性导致渗透率变化范围较大,使得部分区域具有低渗透率—特低渗透率特征,给煤层气开发带来一定难度,但整体而言该区域煤层气储层仍具有较好的储层条件。

常温常压下的物性实验表明,煤层气储层密度分布1.32～1.63 g/cm3,平均密度为1.39 g/cm3;孔隙度分布范围2.2%～9.8%,平均孔隙度为5.9%,主峰值分布在5%～7%,占比最高达55.56%。渗透率分布(0.001～3.99)×10-3 μm2,变化范围比较大,平均渗透率1.028×10-3 μm2,渗透率小于0.5×10-3 μm2占比达50%。

为了解煤层气储层应力对孔隙度渗透率的影响,采用增加煤储层岩心净围压模拟地层有效应力的变化,并测量孔隙度渗透率随净围压变化的情况,分析煤层气储层孔隙度渗透性与应力之间的关系。

图1　烘干实验过程中煤储层岩心质量、颗粒密度及孔隙度变化

图2　覆压孔隙度与围压关系图

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通过实验数据的统计分析,建立研究区内煤层气储层常压条件下与覆压条件下岩心孔隙度与声波时差的对应关系。覆压条件下岩心孔隙度与纵波时差关系好于常压条件下岩心孔隙度与纵波时差关系,这说明相对于常规砂岩,煤层气储层孔隙结构随压力变化很大;覆压条件模拟了地层条件,而测井得到的也是地层条件下的声波时差,由此可推论测井纵波时差与煤层孔隙度相关,可以作为评价煤层气储层孔隙度的物理量。

2.2　孔隙结构实验

对煤层气储层进行了干岩样(恒温箱中116 ℃烘干33 h)与饱和岩样(饱和2 000 mg/L的NaCl溶液)的常温常压弹性实验,得到了弹性模量、剪切模量、体积模量、拉梅系数、泊松比和纵横波速比等弹性参数。

高温高压声学参数实验表明,煤样从常压变化到30 MPa压力,煤的动态弹性模量、动态剪切模量、动态体积模量都随着围压的增加而增大,它们与有效压力之间有着良好的二次多项式关系,相关系数都在0.9以上。整体上煤岩的动态泊松比、纵横波速比都随着围压的增大而增大,但少部分煤样在低围压阶段先变小而后变大,变化较为复杂,规律性较差(见图7)。当压力达到30 MPa时,煤样的弹性模量、剪切模量、体积模量以及泊松比、纵横波速度比分别增加1.17、0.31、1.93 GPa以及0.10、0.37,增大幅度分别为29.96%、29.96%、39.54%以及72.06%、20.96%,体积模量增幅最大,相较于其他弹性参数其对压力的敏感性最强。因此,煤岩弹性参数对压力敏感性:体积模量>泊松比>弹性模量>纵横波速比>剪切模量。

总之,煤层气储层孔隙以小于50 nm的微孔隙与小孔隙为主,二者贡献了煤层气储层主要的比表面积与孔体积,从而保障了煤层气储层较高的吸附能力与聚气能力。

根据煤储层埋深情况,进行了不同覆压条件下(分别为3.5、4、6、8、10 MPa和11 MPa等6个压力点)的煤层气储层孔隙度与渗透率实验研究。实验结果表明,覆压条件下煤层气储层孔隙度、渗透率都随着围压的增大而显著降低,而且在围压达到某一值之前孔隙度渗透率降低较快,而围压达到一定值后煤岩孔隙度渗透率变化速度变慢,总体呈负相关。空气渗透率与克氏渗透率变化趋势一致,随着围压增加煤储层产生法向压缩变形,渗透率急剧下降;而煤层气储层覆压孔隙度随围压增大呈现3类变化趋势(见图2):第1类为孔隙度自始至终减小趋势缓慢;第2类为围压较小时,孔隙度减小趋势缓慢,随着围压增大,孔隙度减小趋势加快;第3类为围压较小时,孔隙度减小趋势较快,随着围压增大,孔隙度减小趋势趋于平缓。

2.3　声学参数实验

图3　煤层气储层孔隙结构分布特征

煤储层孔隙特征通常用孔体积、比表面积、孔径分布等结构参数来表征。本文通过低温氮吸附实验法研究煤储层孔隙结构,依据实验数据,分析研究区煤层气储层孔径结构分布特征(见图3)。将孔隙按照孔径大小划分为微孔(<10 nm)、小孔(10～100 nm)、中孔(100～1 000 nm)、大孔(>1 000 nm)。

指导患者注意个人卫生，每日彻底清洁皮肤，勿用油性强的护肤品及碱性强的肥皂。穿棉制柔软内衣。饮食宜清淡，忌烟酒及辛辣刺激性食物。注意观察其他部位有无痤疮的发生，如有勿挤压、挑破等，应到正规医院看医师，在医师指导下处理。

图4　煤层气储层干岩样与饱和样纵、横波速度分布图

干岩样与饱和岩样的纵波速度与横波速度都呈正相关,但干样状态下的纵波速度与横波速度相关性明显好于饱和状态下的纵波速度与横波速度相关性(见图5)。通过对实验数据统计分析建立研究区内煤层纵波速度与密度的关系(见图6)以及纵波速度与横波速度的关系。在已知煤岩储层纵波速度的情况下,通过纵横波速度之间的关系可以预测煤层气储层的横波速度,同时利用波速与密度之间的关系以及纵横波速度之间关系可以研究岩性变化和预测含气性。

图5　煤储层岩心干样状态与饱和状态下纵横波速度关系

图6　煤储层密度与纵波速度关系

图7　煤岩动态弹性参数与压力变化关系图

低温氮吸附实验结果表明,煤层气储层比表面积分布0.01～14.76 m2/g,均值0.82 m2/g;孔直径分布范围2.33～215.32 nm,均值37.42 nm。图3显示煤层气储层孔隙峰值分布范围为9.48～10.72 nm,小于10 nm的孔隙占有一定比例,在此范围内,均有一定值的表面积与孔体积增量;10～50 nm的孔隙占有较大比例,在此范围内,累积比表面积与累积孔体积持续上升;此外煤层气储层中还有极个别的中孔,但占比很小。

3　结　论

(1) 煤层气储层更适用于线切割法加工技术获得柱塞岩心,该方法能有效克服传统水钻方法易导致岩心破碎以及液氮冷冻法取心破坏岩心内部孔缝结构影响物性参数的不足。

(2) 沁水盆地南部地区煤层气储层总体具备良好的储层条件,孔隙度与渗透率关系良好,覆压条件下煤岩覆压孔隙度、渗透率随围压的增大而减小,覆压条件下岩心孔隙度与纵波时差关系明显好于常压条件下岩心孔隙度与纵波时差关系,测井纵波时差可以作为评价煤层气储层孔隙度的物理量。

(3) 沁水盆地南部地区煤层气储层孔隙结构复杂多样,以微孔和小孔为主,二者贡献了煤层气储层主要的比表面积与孔体积,从而保障了煤层气储层较高的吸附能力与聚气能力。

(4) 煤层气储层纵横波速度之间具有良好的线性关系,同时利用波速与密度之间的关系以及纵横波速度之间关系可以研究岩性变化和预测含气性。煤层气储层弹性参数对压力敏感性:体积模量>泊松比>弹性模量>纵横波速比>剪切模量。

当安全联锁逻辑关系确定后，为实施联锁保护功能需要确定实施该功能的安全仪表功能(SIF)，即通过选择测量仪表、逻辑控制器、最终元件及相关软件等组成安全仪表系统(SIS)来实现具有安全等级的SIF。SIS的设计应兼顾可靠性、可用性、可维护性、可追溯性和经济性，既要防止设计不足，也要防止过度设计。

英国皇家海军将军舰的燃料由低燃烧值的煤炭改为高燃烧值的石油，提高了英国舰队的速度，增大了活动范围，燃料补充更加快捷，英国舰队也就更加牢固地掌握了制海权。而以煤炭燃料的德国舰队则受限于狭窄的范围之内，欲出不得。战争爆发时，英国主力舰队压倒了德国公海舰队。

参考文献:

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