煤储层孔裂隙结构的连通性及其渗透率直接影响煤层气的赋存与运移,并进一步影响煤层气直接开采与注气开采(CO₂-ECBM)技术的工程化推广,因此需要对煤层孔裂隙结构的连通性及其渗透率开展综合分析。本次研究,以两淮地区的煤样为研究对象;采用了计算机断层扫描技术(X-ray CT),实现了煤储层孔裂隙结构的数字化表征;完成了煤储层孔裂隙结构的三维可视化重构;构建了等价孔裂隙网络模型,实现了以孔裂隙为基础的渗透率差异性分析;模拟了基质膨胀的过程,分析了基质膨胀过程中孔裂隙结构渗透率差异性研究。基于此,完成了孔裂隙结构连通性及渗透率的综合分析。本次研究取得以下成果: (1)采集了刘庄、任楼、潘一、祁东矿区的煤样进行CT实验,获取了CT切片图像。采用中值滤波法,对CT图片进行降噪;利用最大类间方差法,对孔裂隙结构进行阈值分割;以孔隙度为约束条件,选取了代表性体积单元的尺寸,并对煤样孔裂隙结构进行三维可视化重构;基于最大球算法,构建等价孔裂隙网络模型,完成了孔裂隙结构的渗流多向模拟研究;采用灰色关联分析法,完成孔裂隙连通性影响因子权重分析;模拟了基质膨胀的过程,实现了基质膨胀过程中,孔裂隙结构渗透率差异性分析。 (2)量化分析了孔裂隙结构参数,并对其孔裂隙结构连通性进行综合分析。孔裂隙结构参数分析可得:两淮地区煤样孔裂隙结构的费雷特直径主要在0~10μm的范围,孔裂隙等效半径主要分布于20~40μm区间内;喉道等效半径主要分布于10~20μm的范围之内。连通性综合分析可得:表面孔隙率曲线在一定范围内,数值上相差极大的情况大规模出现,均可说明基于该方向上孔裂隙结构的连通性较差;贯穿煤储层的孔裂隙结构之间相互交叉分布,且其孔裂隙与喉道之间均衡分布,均可说明孔裂隙结构有较好连通性;等效半径大的喉道以及等效半径大连接等效半径小的喉道在煤储层中广泛分布,可说明其孔裂隙结构连通性较好。基于此,得出刘庄样品的连通性最好。 (3)以等价孔裂隙网络模型为基础,开展了煤储层孔裂隙结构渗透率差异性模拟,结合灰色关联分析法,进行了孔裂隙连通性影响因子权重分析,并分析了基质膨胀效应下渗透率差异性变化。模拟研究得出刘庄、任楼、潘一、祁东样品的平均渗透率值分别为:4.0424、2.1676、0.1393、2.4330。利用渗透率的值,结合灰色关联分析法,得出结构参数的权重大小为:孔隙度>费雷特直径>配位数>分形维数>迂曲度,其对应的权重值分别为:0.2120、0.2043、0.1989、0.1952、0.1896。基质膨胀过程中,孔裂隙结构不同方向上渗透率的值,随着膨胀系数的增大,整体上呈现不断降低的趋势。 图[46]表[13]参考文献[126]