【摘 要】
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煤中孔裂隙的发育、分布、形态与结构等特征是了解煤层气赋存状态和运移规律的基础,尤其是在渗流方面表现出重要的控制作用。因此,探究煤中孔裂隙特征对煤储层渗透性的控制作用具有重要的意义。同时,我国煤层地质条件复杂,煤层多数受到构造应力作用,构造煤在原位条件下具有低渗性,不利于煤层气的抽采和瓦斯的防治。因此本文选取构造煤样品,基于低温液氮吸附、压汞测孔、扫描电镜、X-ray CT等测试技术,对煤中孔隙的孔
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煤中孔裂隙的发育、分布、形态与结构等特征是了解煤层气赋存状态和运移规律的基础,尤其是在渗流方面表现出重要的控制作用。因此,探究煤中孔裂隙特征对煤储层渗透性的控制作用具有重要的意义。同时,我国煤层地质条件复杂,煤层多数受到构造应力作用,构造煤在原位条件下具有低渗性,不利于煤层气的抽采和瓦斯的防治。因此本文选取构造煤样品,基于低温液氮吸附、压汞测孔、扫描电镜、X-ray CT等测试技术,对煤中孔隙的孔径分布、体积贡献与裂隙的开度、数量、体积贡献、形状因子、分形维数、粗糙度、连通性、连接强度、配位数等特征进行了综合定量表征,并与型煤进行对比研究。最后利用三轴应力渗透率系统对煤岩样品在有效应力加卸载条件下渗透率进行测试,详细探讨了孔裂隙特征以及其对渗透性的控制作用,研究表明:（1）高煤阶弱构造变形煤中大孔最为发育,体积贡献最大,同时还有裂隙发育,而强构造变形煤过渡孔发育体积贡献最大;中煤阶构造煤中均发育大量过渡孔,体积贡献均最大;强构造变形煤中的孔隙数量与孔隙体积（孔隙率）均明显大于弱构造变形煤。（2）裂隙的开度方面,高煤阶弱构造变形煤裂隙平均开度明显大于强构造变形煤和型煤。中煤阶强构造变形煤裂隙平均开度最大,弱构造变形煤次之,型煤最小;裂隙形状方面,样品中发育管状、宽缝、狭缝和平板状裂隙,但弱构造变形煤中的裂隙形状类型相对较少,强构造变形煤与型煤裂隙形状类型较多;裂隙复杂程度方面,高煤阶弱构造煤的分形维数与粗糙度均大于强构造变形煤,中煤阶反之,型煤裂隙的复杂程度与粗糙度均较低。（3）构造煤裂隙非均质性较型煤更强,而型煤裂隙的连通性最好,其次为强构造变形煤,弱构造变形煤连通性最差;连接强度方面,型煤裂隙连接强度普遍大于构造煤,型煤样品的裂隙具有相似的结构特征,但与构造煤裂隙结构差异较大。（4）渗透率与有效应力之间呈负指数相关,构造煤渗透率下降速度可分为三个阶段:快速下降阶段（1.57-2.9 MPa）,较快下降阶段（2.9-4.9 MPa）和缓慢下降阶段（4.9-6.9 MPa）,而型煤可分为两个阶段:快速下降阶段（1.57-3.57 MPa）和较快下降阶段（3.57-6.9 MPa）。强构造变形煤的应力敏感性最大,弱构造变形煤次之,而型煤的有效应力敏感性最小。（5）裂隙的连通性直接决定了渗透率的大小,而影响煤岩渗透率的根本原因是裂隙的发育状况,包括裂隙的体积、数量和开度,其中开度的影响最为明显。裂隙压缩系数随有效应力的增大先减小后略增大。在低有效应力阶段,构造煤裂隙开度的闭合导致渗透率的快速下降,而型煤因连通性较好,渗透率下降速度比构造煤小。在高有效应力阶段,孔隙与裂隙继续被压缩破裂,渗透率下降速度略增大。图40幅,表14个,参考文献156篇。
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