鄂尔多斯盆地延安地区深部煤系储层气水动态赋存与运移机制的实验研究

本文通过低场核磁共振(LF-NMR)和显微CT(μ-CT)实验，系统研究了鄂尔多斯盆地延安地区石炭-二叠系深部煤系储层（煤层气CBM和致密气TG）的孔隙结构特征及气水动态分布规律。研究发现：低驱替压力阶段（<7 MPa）渗流孔隙水显著减少；致密砂岩临界充注压力受孔隙结构控制；煤裂隙渗流呈现Z轴优势方向；基于多重分形参数定量表征了驱替过程中气水分布的异质性，揭示了深部煤系气"活塞式"毛细水驱替和优势渗流通道形成的动态机制，为深部煤系气资源协同开发提供了理论依据。

　　

Highlight

鄂尔多斯盆地延安地区石炭-二叠系深部煤系气（包括煤层气CBM和致密气TG）展现出复杂的共生聚集模式和气水赋存机制。为探究其储层孔隙结构特征及气水动态运移行为，研究团队对埋深超过3000米的山西组煤岩和致密砂岩样品进行了低场核磁共振(LF-NMR)驱替和显微CT(μ-CT)实验。

关键发现

1. 1.

   孔隙渗流水在低驱替压力阶段（<7 MPa）显著减少，超过该阈值后气体饱和度增速减缓，吸附水变化占主导地位，气水渗流趋于稳态。

2. 2.

   通过低速恒流驱替实验，揭示了致密砂岩孔隙结构对临界充注压力和稳态压力的调控作用。

3. 3.

   单相水渗流模拟实验直观展示了煤孔隙-裂隙中水渗流的各向异性——代表地层真实垂直方向的Z轴成为优势渗流通道。

4. 4.

   基于多重分形维度参数，定量表征了驱替条件下孔隙结构和气水动态分布的异质性。

气水运移机制

低压驱替时毛细水呈"活塞式"运移；随着压力升高，气体逐步充注致密砂岩，优势渗流通道逐渐形成。这些发现为深部煤系储层特性研究和资源协同开发提供了关键见解。

Conclusion

本研究通过LF-NMR和μ-CT实验揭示了煤与致密砂岩的储层特性差异：

1. 1.

   样品可动流体饱和度低而束缚流体饱和度高，气体饱和度(S_g)随压力升高呈"快速上升-缓慢增长"两阶段特征。

2. 2.

   致密砂岩临界充注压力（1.26-3.15 MPa）显著高于煤岩（0.21-0.84 MPa），且与孔隙结构参数呈显著相关性。

3. 3.

   煤样渗流呈现显著各向异性，Z轴渗透率是X/Y轴的1.8-3.2倍。

4. 4.

   多重分形分析表明，煤样气水分布异质性主要受大孔隙控制，而砂岩受全孔径分布影响。

这些成果为深部煤系气"生-排-储"动态过程提供了新的实验证据和理论框架。