【摘 要】
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我国煤田区域煤系页岩瓦斯分布广、储量大,具有较高的勘探开发价值。目前煤系页岩瓦斯生产阶段产气效率低、稳定性差是制约煤系页岩瓦斯工业化开采的瓶颈问题,其本质上与三维应力下煤系页岩瓦斯吸附-解吸机理不清密切相关,因此开展相关吸附-解吸特性宏微定量研究对煤系页岩瓦斯安全高效开采具有重要意义。以双鸭山盆地煤系页岩为研究对象,引入低场核磁共振谱技术,通过自主搭建的三维应力煤系页岩核磁共振谱综合实验平台,依次
【基金项目】
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煤系页岩瓦斯吸附解吸渗流与变形耦合作用多尺度联动机制研究,国家自然科学基金项目（51374119）
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我国煤田区域煤系页岩瓦斯分布广、储量大,具有较高的勘探开发价值。目前煤系页岩瓦斯生产阶段产气效率低、稳定性差是制约煤系页岩瓦斯工业化开采的瓶颈问题,其本质上与三维应力下煤系页岩瓦斯吸附-解吸机理不清密切相关,因此开展相关吸附-解吸特性宏微定量研究对煤系页岩瓦斯安全高效开采具有重要意义。以双鸭山盆地煤系页岩为研究对象,引入低场核磁共振谱技术,通过自主搭建的三维应力煤系页岩核磁共振谱综合实验平台,依次进行了岩芯加卸载实验、自由态瓦斯标定实验、孔径分布实验、三维应力下煤系页岩瓦斯吸附-解吸特性定量表征实验,分别研究了加卸载过程对基底信号影响规律、自由态瓦斯低场核磁共振谱特性、孔裂隙联合定量表征方法、三维应力下煤系页岩瓦斯宏微观吸附-解吸特性及迟滞规律,建立了煤系页岩瓦斯渗透率和产能新模型,讨论了吸附-解吸特性定量表征对渗透率和产能的影响,主要研究结论如下:（1）采用低场核磁共振T2谱法实现了对煤系页岩微孔、中孔、大孔和裂隙分布的定量化表征,这将是一种可以普遍适用于低孔、低渗多孔介质储层的物性表征方法。（2）采用宏观等温容积法和微观核磁共振T2谱法对三维应力下煤系页岩瓦斯吸附-解吸特性进行了宏微观相结合的定量表征,且发现煤系页岩瓦斯吸附-解吸与外部应力作用密切相关。吸附-解吸过程中,游离态瓦斯微观T2谱幅值积分与平均有效应力均呈线性关系,而吸附态瓦斯微观T2谱幅值积分与平均有效应力间分别符合Langmuir-Freundlich吸附模型和Dubinin-Astakhov解吸模型;游离态和吸附态瓦斯量与对应微观T2谱幅值积分间定量表征模型分别为线性函数和对数函数。三维应力下煤系页岩瓦斯吸附-解吸特性宏微观定量表征为研究复杂应力环境下非常规油气藏赋存和运移规律提供了一种全新的思路。（3）通过建立的吸附-解吸迟滞效应T2谱定量表征模型,对三维应力下煤系页岩瓦斯吸附-解吸迟滞效应进行了微观定量表征。解吸过程中,游离态瓦斯迟滞效应微观定量表征系数为定值42.13%,而吸附态瓦斯迟滞效应微观定量表征系数与平均有效应力间关系符合Bi Hill函数模型且迟滞程度先增大后减小。三维应力下煤系页岩瓦斯吸附-解吸迟滞效应微观定量表征,为非常规油气藏开采方案精准设计提供了新的实验参考依据。（4）建立了考虑吸附-解吸特性且引入核磁共振T2谱参数的煤系页岩瓦斯渗透率和产能新模型,且发现煤系页岩瓦斯吸附-解吸特性定量表征对渗透率和产能的影响不可忽略。本文的研究进一步完善了复杂应力状态下煤系页岩瓦斯微观吸附-解吸机理,可为生产阶段煤系页岩瓦斯高产稳产提供理论和实验参考。该论文有图85幅,表30个,参考文献206篇
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