中圖分類號(hào)：P618.11 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract：The fracture conductivity is an important index to determine the fracturing effect of deep coalbed methane reservoirs. The three-dimensional digital core of a deep coal-rock reservoir in Daning block was constructed by using high-resolution CT scanning technology and the advanced mathematical algorithm of Avizo visualization software， and the microscopic pore structure characterization of different types of coal-rock reservoirs was carried out from multiple dimensions.On this basis，the linear flow fracture conductivity experimental device was used to evaluate coal rock fracture conductivity. The effects of proppant particle size，sanding concentration，different proppant particle size combinations， closure pressure， proppant embedding and pore throat structure on the fracture conductivity of coal rock were systematically studied. The results show that the pore structure characteristics of different types of coal rock samples in the study area are significantly different. The distribution form of pore throat is mainly continuous or isolated. The pore radius is distributed primarily in 5.23-34.85μm ，the throat radius is mostly 1.31-12.27μm ， and the pore throat coordination number is small. With the decrease in permeability，the connectivity of the pore throat worsens and the heterogeneity strengthens. The fracture conductivity under the support of large particle size proppant is stronger， but the fracture conductivity under the support of small particle size proppant is more stable. The fracture conductivity increases significantly with the increase of sanding strength but decreases with the increase of closure stress. When the propping agent is embedded in the coal and rock strata， the flow space of the fluid in the fracture wil be compressed and blocked，and the fracture conductivity can be decreased by 12.2% Under different proppant particle size combination ratios，the higher the proportion of large particle size proppant，the greater the conductivity. In general， the main controlling factors of fracture conductivity of coal-rock pressure in this area are sanding concentration，proppant particle size，and fracture closure stress.

Key words： coal rock； pore structure； fracture conductivity； proppant particle size； sandingconcentration;closure stress

0 引言

我國(guó)煤層氣資源儲(chǔ)量豐富，抽采量巨大，開(kāi)發(fā)前景廣闊[1-4]。但與常規(guī)儲(chǔ)層不同，煤層氣儲(chǔ)層通常表現(xiàn)為低孔、低滲、低壓、低含氣飽和度、易碎易壓縮及強(qiáng)非均質(zhì)性的儲(chǔ)集特性[5-7]，尤其是儲(chǔ)層內(nèi)部發(fā)育相當(dāng)數(shù)量的微納米孔喉，其復(fù)雜的孔喉結(jié)構(gòu)特性難以精確表征。目前，為了提高煤層氣產(chǎn)能，經(jīng)常需要進(jìn)行壓裂施工[8-9]，其中，水力壓裂技術(shù)是煤層氣井造縫提采的首選方法和重要手段，通過(guò)在井筒周圍地層打造油氣流動(dòng)的高導(dǎo)流能力通道，達(dá)到增產(chǎn)的目的[10-11]。然而，由于煤層埋藏較深，煤巖體孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層氣儲(chǔ)層水力壓裂效果難以觀測(cè)，同時(shí)壓裂過(guò)程中支撐劑的分布及嵌入等因素會(huì)對(duì)壓裂形成的裂縫造成堵塞等傷害[12-14]。因此，有必要開(kāi)展煤巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)表征及壓裂裂縫導(dǎo)流能力的影響因素研究，分析裂縫導(dǎo)流能力的主控因素，這對(duì)于提高煤層氣采收率、篩選有利區(qū)塊及優(yōu)化壓裂施工

方案具有重要意義。

目前，常規(guī)儲(chǔ)層表征技術(shù)主要有 N₂/CO₂ 吸附、高壓壓汞和鑄體薄片等，非常規(guī)表征技術(shù)包括微納米CT掃描、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）、聚焦離子束氮離子顯微鏡（FIB-HIM）、小角中子散射（SANS）等[15-17]。高分辨率CT掃描技術(shù)的持續(xù)革新，大大加快了煤巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)表征的精度。Golab等[18]和Bera等[19]結(jié)合高分辨率微米CT和掃描電鏡對(duì)不同類別煤巖的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征并分析了裂縫對(duì)導(dǎo)流能力的影響。賈寧洪等[20]采用納米CT和微圖像拼接技術(shù)分析了頁(yè)巖干酪根三維孔隙特征并建立了孔隙度表征新方法。李瑋等[21]基于高壓壓汞和拓?fù)鋵W(xué)方法構(gòu)建了砂礫巖孔隙網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?，并用核磁共振和壓汞?duì)巖心裂縫網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行表征，但未對(duì)其孔喉結(jié)構(gòu)特征做進(jìn)一步的定量化研究。可見(jiàn)國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用CT技術(shù)對(duì)部分巖心開(kāi)展了部分無(wú)損化掃描實(shí)驗(yàn)研究，但受重建方法及人為閾值劃分的影響，巖心孔隙重構(gòu)模型存在孔隙度信息丟失及模型隨機(jī)化的問(wèn)題；同時(shí)，對(duì)于煤巖儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)表征多處于定性描述階段，微納米孔隙的可視化及定量化研究鮮有報(bào)道。此外，在煤層氣儲(chǔ)層裂縫導(dǎo)流能力研究方面，Wei等[22]采用微量物質(zhì)示蹤劑建立了一套適用于煤層氣水平井的壓裂示蹤劑技術(shù)，并基于該方法研究了煤層氣井裂縫段的導(dǎo)流能力。Wang等[23]研究了煤層氣開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)水、水氣兩相流動(dòng)、穩(wěn)定產(chǎn)氣各個(gè)階段煤粉在水力裂縫中的運(yùn)移及對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響。張紅軍等[24]采用充填層裂縫導(dǎo)流裝置對(duì)彈性模量及支撐劑粒徑等因素對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，認(rèn)為支撐劑粒徑可對(duì)導(dǎo)流能力產(chǎn)生較大影響。杜猛等[25]基于核磁共振對(duì)煤頁(yè)巖儲(chǔ)層裂縫的導(dǎo)流能力及縫網(wǎng)對(duì)采收率的貢獻(xiàn)進(jìn)行了探討。溫慶志等[26]對(duì)支撐縫長(zhǎng)期導(dǎo)流能力的影響因素進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)閉合壓力的影響較大，但未對(duì)主控因素做進(jìn)一步探討。總體而言，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于煤巖儲(chǔ)層孔裂縫結(jié)構(gòu)的多尺度可視化表征研究較少，大多研究為基于傳統(tǒng)測(cè)試方法的定性表征評(píng)價(jià)，僅適用于單一孔徑[27-29]，尤其缺乏針對(duì)煤巖孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)的配套定量化研究。此外，目前大部分研究對(duì)煤巖儲(chǔ)層裂縫導(dǎo)流能力的影響因素處于探索階段，鮮有學(xué)者基于煤巖孔隙結(jié)構(gòu)表征結(jié)果，對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的多因素影響規(guī)律進(jìn)行深入分析，導(dǎo)流能力主控因素不明極大制約了煤層氣儲(chǔ)層的勘探與開(kāi)發(fā)。

為此，本文以大寧區(qū)塊巖樣為研究對(duì)象，綜合采用高分辨率CT掃描技術(shù)重構(gòu)研究區(qū)煤巖可視化數(shù)字巖心，結(jié)合先進(jìn)的數(shù)學(xué)算法提取孔裂縫模型，定量表征巖樣的微觀孔喉結(jié)構(gòu)，揭示煤巖孔隙結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)滲流的影響。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一系列裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)，探討了裂縫支撐劑導(dǎo)流規(guī)律，重點(diǎn)分析了支撐劑粒徑、鋪砂濃度、不同支撐劑粒徑組合、閉合壓力、支撐劑嵌入及孔喉結(jié)構(gòu)等因素對(duì)煤巖壓裂裂縫導(dǎo)流能力的影響，并對(duì)主控因素進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以期為同類型煤巖壓裂施工裂縫參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用砂為通遼石英砂，目數(shù)分別為 30～50 40～70.70～140 目，實(shí)物圖如圖1a所示。實(shí)驗(yàn)煤巖樣品為大寧區(qū)塊全直徑煤巖巖心（圖1b），對(duì)全直徑巖心進(jìn)行線切割獲得實(shí)驗(yàn)用煤巖巖板，巖板試件的端部切割成半圓形，如圖1c所示。同時(shí)鉆取柱塞樣品用于CT掃描實(shí)驗(yàn)測(cè)試（圖1d）。采用線切割方式既能對(duì)煤樣大小進(jìn)行裁切，又能最大程度上降低因劇烈震動(dòng)等因素對(duì)煤樣的二次破壞，特別是在切割過(guò)程中不使用水進(jìn)行冷卻，能避免水對(duì)煤樣浸a.實(shí)驗(yàn)用通遼石英砂;b.全直徑煤巖巖心；c.實(shí)驗(yàn)用煤巖巖板；d.柱塞樣品。

圖1石英砂材料和巖心樣品實(shí)物圖

Fig.1Physical image of quartz sand material and core sample for experiment

潤(rùn)造成的力學(xué)性質(zhì)破壞。實(shí)驗(yàn)注人介質(zhì)為 2% 的氯化鉀溶液，注入速度為 2mL/min ，實(shí)驗(yàn)溫度為60^°C ，評(píng)價(jià)時(shí)間為 50～60h 。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

本文利用自主研發(fā)的巖心在線CT掃描系統(tǒng)進(jìn)行了X-CT掃描實(shí)驗(yàn)（圖2）。X-CT掃描設(shè)備為中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院的Xradia-2OOMicro-CT，掃描電壓為 120keV ，電流為 130μA ，空間分辨率為 0.5～35.0μm 。結(jié)合自主研發(fā)的CT圖像分析軟件（CCTAS）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。此外，采用一種特制的巖心夾持器，其外殼由聚醚醚酮（PEEK）材料制成，使得X射線可穿透巖心并降低射線硬化效應(yīng)帶來(lái)的掃描誤差。

壓裂縫導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)裝置流程如圖3所示。其主要設(shè)備為FCMS-V導(dǎo)流能力測(cè)量?jī)x，組成部分為：符合美國(guó)石油學(xué)會(huì)（AmericanPetroleumInstitute，API標(biāo)準(zhǔn)的線性流導(dǎo)流室、液壓機(jī)及壓力補(bǔ)償系統(tǒng)、線性位移傳感器、試驗(yàn)液體驅(qū)替系統(tǒng)（包括驅(qū)替泵及脈沖壓力阻尼器等）、壓差計(jì)和壓力傳感器、回壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、高精度天平、加熱及溫控系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)等。

圖2在線CT掃描實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程圖

圖3裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)裝置流程圖

Fig.3 Flowchart of fracture conductivity experimental device

1.3 實(shí)驗(yàn)原理

支撐劑在儲(chǔ)層閉合壓力作用下通過(guò)或輸送儲(chǔ)層流體的能力定義為裂縫導(dǎo)流能力，一般采用閉合壓力下裂縫閉合寬度和裂縫滲透率的乘積表示。實(shí)驗(yàn)流體以一定流量在鋪砂層中流過(guò)時(shí)，將在鋪砂層上下游端產(chǎn)生壓差，通過(guò)測(cè)得上下游的壓力獲得鋪砂層兩端的壓差、流量及實(shí)驗(yàn)溫度下流體的黏度。結(jié)合鋪砂層的厚度、寬度和長(zhǎng)度，可獲得支撐劑的滲透率：

式中： k 為充填層的滲透率， μm²;μ 為實(shí)驗(yàn)溫度條件下流體黏度， *mPa?s;Q 為實(shí)驗(yàn)流量， mL/s;L 為測(cè)壓孔之間的長(zhǎng)度， cm;A 為流體流動(dòng)的截面積， cm² ：W_f 為支撐劑充填層厚度， cm;ω 為導(dǎo)流室寬度， cm ：Δ? 為實(shí)驗(yàn)壓差（鋪砂層兩端壓力差）， kPa 。

實(shí)驗(yàn)采用API標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)流室 （L=12.7cm，cω= 3.81cm? ，支撐劑滲透率可進(jìn)一步表達(dá)為

由式（1）和（2）可推導(dǎo)支撐劑充填層裂縫的導(dǎo)流能力：

1.4 實(shí)驗(yàn)方案及步驟

本文首先選取研究區(qū)3類代表性巖樣開(kāi)展CT掃描實(shí)驗(yàn)，通過(guò)CT掃描實(shí)驗(yàn)重建煤巖樣數(shù)字巖心，分析煤巖孔裂縫結(jié)構(gòu)特征。巖心的基本物性參數(shù)如表1所示。

實(shí)驗(yàn)步驟為： ① 對(duì)柱塞樣品掃描后，從柱塞樣品鉆取直徑 2mm 大小的巖樣放入樣品倉(cāng)，調(diào)節(jié)電壓與焦距，開(kāi)展CT精細(xì)掃描。同時(shí)，對(duì)平行巖樣開(kāi)展壓汞實(shí)驗(yàn)，并將獲得的孔喉尺度分布作為巖心數(shù)字建模的參考。 ② 利用巖心內(nèi)部物質(zhì)密度差異進(jìn)行初始數(shù)據(jù)體重構(gòu)，并使用ImageJ和AVIZO可視化軟件對(duì)灰度圖像進(jìn)行區(qū)域選擇、降噪、閾值分割和后處理。 ③ 分離孔隙和骨架，重建二值化三維數(shù)字巖心模型，并使用圖像標(biāo)記算法分析孔喉連通性。 ④ 基于最大球算法提取孔隙網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

其次，基于煤巖孔裂縫結(jié)構(gòu)可視化及定量化表征結(jié)果，參考標(biāo)準(zhǔn)《頁(yè)巖支撐劑充填層長(zhǎng)期導(dǎo)流能力測(cè)定推薦方法》（NB/T14023—2017）[30]、《壓裂支撐劑性能指標(biāo)及評(píng)價(jià)測(cè)試方法》（Q/SY17125—2019）[31]，設(shè)計(jì)煤巖壓裂裂縫導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)10組，分別探究支撐劑粒徑、鋪砂濃度、不同支撐劑粒徑組合方式、裂縫閉合應(yīng)力以及支撐劑嵌入對(duì)煤巖石英砂支撐裂縫導(dǎo)流能力的影響。其中，支撐劑粒徑共三類，分別為 30～50.40～70.70～140 目，鋪砂濃度范圍為 5～35kg/m² ，鋪置方式為均勻鋪置及混合鋪置兩種，混合鋪置為石英砂各粒徑比例分別為 1：1：1.1：4：5.1：2：7 ，閉合應(yīng)力范圍為20、28.36MPa 三個(gè)級(jí)別，具體實(shí)驗(yàn)方案及巖心物性參數(shù)如表2所示。

表1巖樣物性參數(shù)表

Table1 Physical parametertableof samples

實(shí)驗(yàn)步驟為： ① 實(shí)驗(yàn)巖板預(yù)處理（線切割），對(duì)樣品室進(jìn)行標(biāo)定，將煤巖巖板放人導(dǎo)流室，加載閉合應(yīng)力，確認(rèn)初始零點(diǎn)。 ② 導(dǎo)流室準(zhǔn)備與組裝，密封巖板與導(dǎo)流室的縫隙，按實(shí)驗(yàn)方案，將支撐劑在巖板表面鋪置均勻。 ③ 導(dǎo)流室抽真空并加熱，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)流體預(yù)加熱。 ④ 將各閉合壓力、測(cè)試流量、承壓時(shí)間等實(shí)驗(yàn)參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，自動(dòng)測(cè)試導(dǎo)流能力并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。 ⑤ 結(jié)束實(shí)驗(yàn)，觀察支撐劑破碎情況，導(dǎo)出并保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和表格。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 煤巖孔隙結(jié)構(gòu)表征

2.1.1 CT灰度圖像分析

通過(guò)X-CT獲得的煤巖樣品孔隙結(jié)構(gòu)的二維灰度圖像（圖4）。圖像的灰度值與體素所代表的礦物成分有關(guān)。低灰度值代表巖心孔隙和裂縫，高灰度值代表由石英和巖石碎屑組成的骨架顆粒，白色區(qū)域代表碳酸鹽膠結(jié)物。CT二維灰度圖像顯示樣品具明顯的非均質(zhì)性，巖性相對(duì)致密。樣品中較大碎屑顆粒中不含明顯孔隙，孔隙主要分布在碎屑顆粒周圍的黏土礦物基質(zhì)中。從掃描圖像中可見(jiàn)煤巖儲(chǔ)層中巖石骨架顆粒排列極不規(guī)則，磨圓度較差，3類樣品的孔隙結(jié)構(gòu)特征和儲(chǔ)集空間類型存在較大差異，隨著煤巖儲(chǔ)層物性的惡化，黑色孔隙的數(shù)量逐漸減少。

表2煤巖石裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)方案

Table 2 Experimental scheme of fracture conductivity of coal rock

具體而言，I類樣品Y1主要發(fā)育粒間溶孔和原生粒間孔（圖 ⁴a，b ，圖5），占總孔隙的 70% ，粒內(nèi)溶孔和顆粒溶孔分別占總孔隙的 15% 。黑色孔隙分布在整個(gè)巖石界面，表明其具有最好的儲(chǔ)層連通性和最高的滲透率。對(duì)于Ⅱ類樣品Y2，粒間溶孔主要以原生孔隙為主，多由煤巖礦物顆粒壓實(shí)堆積作用下形成，其孔隙空間內(nèi)可觀察到黏土礦物充填，主要分布于礦物顆粒邊緣或顆粒接觸區(qū)域。原生粒間孔占總孔隙的 32% ，而粒間溶孔和顆粒溶孔分別占總孔隙的 27% （圖4c、d，圖5），同時(shí)，粒內(nèi)溶孔和晶間孔分別占總孔隙的 7% 。其儲(chǔ)層連通性和滲透率較好。Ⅲ類樣品Y3主要發(fā)育粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔（圖4e、f，圖5），分別占總孔隙的 62% 和 21% ，顆粒溶孔占總孔隙的 9% 。值得注意的是，該類樣品還發(fā)育部分微裂縫，占總孔隙的 8% ，這些微裂縫一般是由儲(chǔ)層形成過(guò)程中的機(jī)械壓實(shí)和構(gòu)造應(yīng)力產(chǎn)生的。例如，巖樣中的脆性礦物在強(qiáng)應(yīng)力作用下可能斷裂形成壓裂縫。此外，可以觀察到Ⅱ類和Ⅲ類巖樣中大塊的碎屑顆粒約占橫截面積的1/2（圖4c、d、e、f，基質(zhì)較為致密，Ⅲ類巖樣中明亮的高密度礦物分布在整個(gè)巖石骨架中，這導(dǎo)致Ⅲ類巖樣致密基質(zhì)中微孔發(fā)育程度較低，一些孤立孔隙僅通過(guò)粒間縫連接，因此，該類儲(chǔ)層孔喉連通性最差，滲透率最低。

2.1.2 圖像處理

為了消除CT掃描中的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的噪聲，通常使用降噪濾波獲得更高質(zhì)量和精度的圖像，前人研究通常采用高斯濾波、中值濾波和均值濾波來(lái)進(jìn)行圖像去噪[17，32]。本文選用中值濾波算法對(duì)圖像開(kāi)展降噪處理，該算法不僅可以有效去除噪聲點(diǎn)，還可保護(hù)圖像的邊緣，獲得更好的圖像清晰度和還原度，為基質(zhì)與孔隙風(fēng)格奠定基礎(chǔ)。濾波降噪及亮度調(diào)整后的CT掃描圖像如圖6所示。

此外，基于Avizo可視化軟件的先進(jìn)算法，可對(duì)降噪濾波處理后的CT圖像進(jìn)行人機(jī)交互閾值分割，從而對(duì)孔隙和骨架進(jìn)行區(qū)分。由于巖樣主要由孔隙和高密度礦物組成，通過(guò)分割孔隙和基質(zhì)，可獲得與實(shí)際巖心一致的巖樣三維重建孔隙結(jié)構(gòu)。閾值通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的孔隙度和閾值切割后孔隙度對(duì)比確定。以樣品Y2為例，分割前的圖像如圖7a所示，首先通過(guò)使用孔隙度測(cè)量?jī)x測(cè)定巖樣孔隙度為8.97% ，其次通過(guò)不同大小的閾值對(duì)圖像進(jìn)行分割，并在人機(jī)交互系統(tǒng)中實(shí)時(shí)觀測(cè)不同閾值對(duì)應(yīng)的分割結(jié)果，通過(guò)多次反復(fù)調(diào)整閾值，確定合適閾值下分割的孔隙度和實(shí)測(cè)孔隙度較為一致，即可獲得分割后的二值化圖像（圖7b）。

2.1.3 三維數(shù)字巖心孔隙網(wǎng)絡(luò)模型重建

通過(guò)依次堆疊多層二維CT掃描灰度圖像，可獲得與真實(shí)煤巖巖樣較為一致的三維灰度圖像（圖8）。三維圖像中亮度較低的黑色區(qū)域?qū)?yīng)于孔隙空間，深灰色區(qū)域?qū)?yīng)于黏土礦物，白色區(qū)域?qū)?yīng)于由石英和巖石碎片組成的高密度骨架（圖8a—f。基于此重構(gòu)了煤巖孔隙結(jié)構(gòu)的三維數(shù)字巖心（圖 8g 、h、i），顯示了煤巖巖心骨架中孔隙結(jié)構(gòu)的分布特征，孔隙為藍(lán)色，基質(zhì)為透明。三維數(shù)字巖心成像表明，煤巖巖心的孔隙類型主要為連續(xù)片狀或孤立孔隙。前者連通性較好，主要由連通的孔隙和微裂縫組成，

圖4CT掃描二維灰度圖像

圖5研究區(qū)煤巖樣品不同孔隙類型占比

Fig.5Proportion of different pore types of coal rock samples inthestudyarea

而孤立的微孔主要由巖心中不連通的孤立空間組成，連通性較差，顆粒之間邊界清晰，主要起到油氣儲(chǔ)集的作用。

具體而言，I類樣品主要含有大量連續(xù)的片狀或條狀孔隙，孤立孔隙較少，孔裂縫呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，壓裂后有利于流體從基質(zhì)向裂縫產(chǎn)出（圖8i）?？梢酝茢噙@與巖心中的粒間溶孔、原生粒間孔和條狀微裂縫等孔隙的相互連通有關(guān)。這種孔隙結(jié)構(gòu)的形成原因主要有：1）煤巖中的可溶性區(qū)域遇到酸性流體時(shí)可發(fā)生選擇性溶蝕；2）儲(chǔ)層形成過(guò)程中碎屑礦物晶體內(nèi)部及顆粒間膠結(jié)物的溶蝕（如方解石沿著解理縫溶蝕而形成的方解石溶蝕縫）。

Ⅱ類樣品主要發(fā)育帶狀和孤立孔隙，可見(jiàn)大塊碎屑顆粒占據(jù)數(shù)字巖心圖像，非均質(zhì)性較強(qiáng)（圖 8k ），與上述二維灰度圖較為一致。這與原生粒間孔和粒間溶孔的發(fā)育有關(guān)。這種孔隙結(jié)構(gòu)的成因可歸因于為以下過(guò)程：1）煤巖顆粒間微孔形成過(guò)程中壓實(shí)作用不足而殘留的孔縫空間，孔隙尺寸較大，對(duì)滲流貢獻(xiàn)較大；2）煤巖易溶礦物顆粒內(nèi)部發(fā)生溶解時(shí)形成形狀各異的微孔隙，這些微孔通常由黏土礦物充填。

圖6CT掃描圖像降噪處理

Fig.6CT scan image noise reduction processing

Ⅲ類樣品主要以圓形和橢球形的孤立孔隙為主，連片狀孔隙較少（圖81），這主要與粒內(nèi)溶孔和晶間孔較為發(fā)育有關(guān)。這種孔隙成因主要為：1）煤巖沉積后期向細(xì)晶和微晶轉(zhuǎn)變過(guò)程中，晶體晶格逐漸變小并發(fā)生溶蝕，晶格呈格架狀接觸而形成晶間孔，多以不規(guī)則多邊形狀為主，其尺度從納米級(jí)至微米級(jí)，連通性較差；2）煤巖基質(zhì)礦物顆粒內(nèi)部及碳酸鹽礦物顆粒發(fā)生溶蝕作用而形成的粒內(nèi)溶孔，其存在有效改善了煤巖儲(chǔ)集空間，但整體連通性最差。值得注意的是，從數(shù)字巖心圖像可知，3類煤巖樣品的滲透率與孔隙非均質(zhì)性有關(guān)，即樣品滲透率越低，物性越差，非均質(zhì)性越強(qiáng)。

從本質(zhì)上講，連通孔隙與總孔隙的比例等于有效孔隙與總孔隙度的比例，本文采用圖像標(biāo)記算法來(lái)標(biāo)定孔喉的連通性。通過(guò)將相鄰的孔隙標(biāo)記為相同孔隙簇，若三維數(shù)字巖心的首張切片和末張切片存在相同標(biāo)記，則定義為連通孔隙，否則，該孔隙被視為孤立孔，不同顏色代表不同的孔隙簇（圖8j、k、1）。圖像連通性標(biāo)記結(jié)果表明，研究區(qū)煤巖連通孔隙主要呈現(xiàn)條帶狀或片狀分布。對(duì)比Ⅱ類樣品和Ⅲ類樣品連通孔隙分布發(fā)現(xiàn)，Ⅱ類樣品Y2連片狀微孔隙延展性較好，多以團(tuán)簇狀及片狀分布，連通性較好，實(shí)測(cè)孔隙度為 8.97% ，滲透率為 0.287× 10^-3μm² ，Ⅲ類樣品Y3的孔隙分布主要由孤立條狀孔隙簇貢獻(xiàn)，盡管其孔隙簇尺度相對(duì) I 類樣品較大，但多以不連通的死孔隙或無(wú)效孔隙為主，實(shí)測(cè)孔隙度為 6.11% ，滲透率僅為 0.029×10^-3μm² 。這表明孔隙連通性比孔隙尺度對(duì)滲流影響大，只有煤巖巖心內(nèi)部如粒間溶孔、溶蝕孔等大尺度孔隙發(fā)育且連通時(shí)，才可對(duì)儲(chǔ)層滲流起到較為積極的作用。

圖7人機(jī)交互閾值分割

Fig.7 Human-computerinteractionthresholdsegmentation

2.1.4三維孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)定量表征

為了分析不同類別煤巖儲(chǔ)層的孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)分

圖8數(shù)字巖心孔隙網(wǎng)絡(luò)模型重構(gòu)及孔喉連通性分析

Fig.8 Digital core pore network model reconstruction and pore throat connectivity analysis

布特征，基于上述所構(gòu)建的煤巖數(shù)字巖心孔裂縫圖像，采用“最大球\"算法提取巖心內(nèi)連通的孔喉網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)的孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)煤巖孔裂縫結(jié)構(gòu)定量表征。

圖9為3類煤巖樣品孔喉參數(shù)分析結(jié)果。由圖9a可知：三類煤巖樣品的孔隙半徑主要分布在 5.23～ 34.85μm ，隨著滲透率和孔隙度的增大，孔隙半徑分布曲線逐漸向右移動(dòng)，I、Ⅱ、Ⅲ類樣品的平均孔隙半徑分別為38.93、31.45和 25.67μm ，I類樣品在孔隙 52μm 處出現(xiàn)一個(gè)單峰，表明巖心內(nèi)發(fā)育微裂縫，孔喉具有跨尺度特征；同時(shí)，I類樣品的孔隙半徑均值和峰值均顯著大于Ⅱ類和Ⅲ類樣品，表明I類樣品的儲(chǔ)層物性更好，這與上述煤巖數(shù)字巖心表征結(jié)果較為一致。喉道作為決定儲(chǔ)層滲流能力的主要參數(shù)，對(duì)于儲(chǔ)層評(píng)價(jià)意義重大，I、Ⅱ、Ⅲ類樣品的喉道半徑主要為 1.31～12.27μm ，Ⅲ類儲(chǔ)層喉道半徑均值和峰值均小于I類和 I 類樣品（圖9b），表明該類儲(chǔ)層小尺度喉道較多且尺寸微細(xì)，滲透率較低，儲(chǔ)層質(zhì)量較差，這與孔喉連通性識(shí)別結(jié)果較為吻合。此外，I、Ⅱ、Ⅲ類樣品的配位數(shù)分別位于 3～ 9，2～6 和 1～4 ，表明隨著儲(chǔ)層物性變差，孔喉配位數(shù)呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)（圖 9c） ，較差的孔喉連通性導(dǎo)致儲(chǔ)層孔喉流體動(dòng)用的滲流阻力增大，巖心滲透率降低。

圖9不同類別煤巖樣品孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)分布Fig. 9 Distribution of pore throat structure parameters ofdifferent types of coal rock samples

2.2 煤巖裂縫導(dǎo)流能力影響因素

前已述及，研究區(qū)煤巖體微納米孔隙結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，天然微裂縫發(fā)育，具有跨尺度多重孔隙介質(zhì)耦合分布的特性，實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中多以大規(guī)模水力壓裂造縫提采的技術(shù)手段。然而，由于該區(qū)煤層埋藏較深，目前針對(duì)深層煤巖儲(chǔ)層復(fù)雜裂縫導(dǎo)流能力的影響因素研究和報(bào)道較少。本文基于研究區(qū)煤巖體的孔裂縫結(jié)構(gòu)可視化及定量化表征結(jié)果，通過(guò)壓裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)分析了支撐劑粒徑、鋪砂濃度、不同粒徑支撐劑組合、閉合壓力、支撐劑嵌入條件和孔喉發(fā)育等對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力的影響規(guī)律。

2.2.1 支撐劑粒徑的影響

支撐劑粒徑的大小影響其充填后裂縫中允許流體通過(guò)的孔隙大小，是影響壓裂縫導(dǎo)流能力的重要因素之一。 40～70 目和 70～140 目?jī)煞N粒徑石英砂支撐裂縫在 20kg/m² 鋪砂濃度、 28MPa 閉合應(yīng)力下的裂縫導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

圖10支撐劑粒徑對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響 Fig.10Effect ofproppantparticlesizeon fracture conductivity

由圖10可知，不同粒徑支撐劑下裂縫導(dǎo)流能力存在差異，加載初期， 40～70 目粒徑石英砂支撐裂縫的導(dǎo)流能力均出現(xiàn)顯著下降，而 70～140 目下降程度較小，這主要是由于相同閉合壓力下大粒徑支撐劑被破壞且壓裂程度較高，孔隙被支撐劑碎屑細(xì)小顆粒進(jìn)一步充填，導(dǎo)致壓裂裂縫堵塞進(jìn)而引起裂縫導(dǎo)流能力下降程度較大。加載后期，兩者導(dǎo)流能力保持在相對(duì)穩(wěn)定的水平。綜合來(lái)看， 40～70 目石英砂支撐裂縫的導(dǎo)流能力均明顯大于 70～140 目石英砂支撐裂縫，大粒徑支撐劑支撐裂縫導(dǎo)流能力更強(qiáng)。定義 50h 后的裂縫導(dǎo)流能力為長(zhǎng)期導(dǎo)流能力，由圖10還可知， 40～70 目石英砂支撐裂縫的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力為 18.1μm²?cm ，而 70～140 目石英砂支撐裂縫的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力為 6.5μm²?cm ，后者相對(duì)于前者導(dǎo)流能力降低 64.1% ，表明大粒徑支撐劑支撐裂縫的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力顯著強(qiáng)于小粒徑支撐劑支撐裂縫。分析認(rèn)為，支撐劑粒徑越大時(shí)支撐劑間空隙越大，大粒徑支撐下裂縫導(dǎo)流能力越大。值得注意的是，在實(shí)驗(yàn)后期， 70～140 目石英砂支撐裂縫的導(dǎo)流能力具有較好的穩(wěn)定性，這主要是因?yàn)樾×街蝿┰诹芽p中堆積緊密，堆積形態(tài)穩(wěn)定，而大粒徑支撐劑后期在應(yīng)力作用下容易破碎且嵌入程度增大，流動(dòng)通道易被小碎屑充填堵塞。同時(shí)，大粒徑支撐劑在裂縫中由于流體流動(dòng)的影響更容易發(fā)生滑脫、移位等不穩(wěn)定行為，造成導(dǎo)流能力下降。

2.2.2 鋪砂濃度的影響

采用粒徑 70～140 目支撐劑開(kāi)展鋪砂濃度對(duì)裂縫導(dǎo)流能力影響的實(shí)驗(yàn)。圖11為在5、20和 35kg/ m² 三種鋪砂濃度下，裂縫在 28MPa 閉合應(yīng)力下的導(dǎo)流能力測(cè)試結(jié)果。

由圖11可知，在相同閉合壓力下裂縫導(dǎo)流能力隨鋪砂濃度增加明顯增大。5、20和 35kg/m² 鋪砂濃度條件下的石英砂支撐裂縫長(zhǎng)期導(dǎo)流能力分別為1.28、6.48和 12.03μm²?cm ，鋪砂濃度每提高15kg/m² ，裂縫導(dǎo)流能力分別變?yōu)樵瓉?lái)的5.1倍和9.4倍。因此，加大鋪砂濃度可顯著提高裂縫的導(dǎo)流能力，分析認(rèn)為，高鋪砂濃度下裂縫中支撐劑抗閉合壓力能力提高，支撐劑間空隙數(shù)量增多，支撐裂縫的空隙度增大，縫寬亦越大，流體流動(dòng)的通道增加，從而提高了裂縫的導(dǎo)流能力。而低鋪砂濃度下若支撐劑發(fā)生嵌入煤層的現(xiàn)象，其對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響相對(duì)高鋪砂濃度更大。同時(shí)，隨著加載后期閉合應(yīng)力增大，鋪砂濃度較低時(shí)，煤巖巖石越軟則支撐劑嵌入越嚴(yán)重。因此，在實(shí)際煤層氣壓裂生產(chǎn)時(shí)，建議根據(jù)壓裂規(guī)模及巖石物理特征適當(dāng)使用高支撐劑鋪砂濃度，降低嵌入和閉合應(yīng)力對(duì)導(dǎo)流能力的傷害，提高煤巖壓裂裂縫導(dǎo)流能力，從而提升煤層氣抽采效率。

圖11鋪砂濃度對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響

2.2.3 不同粒徑支撐劑組合的影響

采用3種粒徑支撐劑組合方式，即 30～50 ！40～7070～140 目三種石英砂鋪置比例分別為1：1：1，1：4：5，1：2：7 ，在 20kg/m² 鋪砂濃度、28MPa 閉合應(yīng)力條件下測(cè)試裂縫導(dǎo)流能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖12所示。

圖12支撐劑組合對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響

Fig.12 Effect ofproppantcombination on fracture conductivity

由圖12可知，導(dǎo)流能力隨 30～50 目支撐劑占比增加具有明顯增大趨勢(shì)，隨 70～140 目支撐劑占比增加呈減小趨勢(shì)。 1：1：1 組合比例下裂縫導(dǎo)流能力明顯大于 1：4：5 和 1：2：7 組合方式，但實(shí)驗(yàn)后期 1：1：1 粒徑組合比例下裂縫導(dǎo)流能力下降趨勢(shì)也較大?？傮w來(lái)看，組合比例為 1：1：1 時(shí)的裂縫長(zhǎng)期導(dǎo)流能力最大，為 5時(shí)為 14.58μm²?cm ，組合比例為 1：2：7 時(shí)裂縫的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力為 13.25μm²?cm ，與 1：2：7 粒徑組合方式相比，前兩者分別增大了 50.3% 和10.0% 。上述支撐劑粒徑包含仍然可滿足該區(qū)塊深層煤層氣開(kāi)采要求 （gt;3μm²?cm） 。分析認(rèn)為，大粒徑支撐劑占越高時(shí)其導(dǎo)流能力也越大，這主要是由于大粒徑支撐劑孔隙喉道較大，流體通過(guò)能力較強(qiáng)，而配合一定比例的小粒徑支撐劑，提高裂縫導(dǎo)流能力效果更好。因此，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工而言，考慮到提高煤巖層壓裂和造縫攜砂的效果，需要配合不同粒徑組合才能發(fā)揮較好的壓裂效果，前期施工前期可采用低黏壓裂液攜帶大顆粒支撐劑壓裂填充縫網(wǎng)，可對(duì)煤巖復(fù)雜的多裂縫系統(tǒng)起到較好的支撐效果，延長(zhǎng)裂縫長(zhǎng)度；后期可尾追較高黏壓裂液攜帶小粒徑的支撐劑，從而可擴(kuò)大遠(yuǎn)井縫網(wǎng)規(guī)模，并對(duì)近井筒周邊地帶的導(dǎo)流能力起到較好的增強(qiáng)效果。

2.2.4 閉合應(yīng)力的影響

設(shè)計(jì)了15和 25kg/m² 兩組鋪砂濃度，采用支撐劑粒徑 30～50：40～70：70～140 目組合比例為1：2：7 ，在 20，28，36MPa 閉合應(yīng)力條件下開(kāi)展導(dǎo)流能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)，分析閉合應(yīng)力對(duì)高鋪砂濃度和低鋪砂濃度兩種條件下裂縫導(dǎo)流能力的影響。測(cè)試時(shí)間共 60h ，初始閉合應(yīng)力為 20MPa ，每過(guò) 20h 閉合應(yīng)力升高 后升至 36MPa ，測(cè)試該過(guò)程中裂縫導(dǎo)流能力的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖13所示。

由圖13可知，閉合應(yīng)力對(duì)低鋪砂濃度裂縫導(dǎo)流能力影響更為顯著。隨著閉合應(yīng)力增加，裂縫導(dǎo)流能力逐漸降低，閉合應(yīng)力由 28MPa 上升至 36MPa 時(shí)，15和 25kg/m² 的鋪砂強(qiáng)度下導(dǎo)流能力分別降低 27.9% 和 38.1% 。綜合來(lái)看，鋪砂濃度為 15kg/ m² 條件下，閉合應(yīng)力每增加 8MPa ，長(zhǎng)期導(dǎo)流能力平均降低 41.1% ；鋪砂濃度為 25kg/m² 條件下，閉合應(yīng)力每增加 8MPa ，導(dǎo)流能力平均降低 31.4% 。分析認(rèn)為，閉合應(yīng)力增加可導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流水平降低，這主要由以下2個(gè)原因?qū)е拢?）支撐劑顆粒在閉合應(yīng)力作用下被壓實(shí)，顆粒間排列更緊密，這不但使得支撐劑顆粒間的孔隙體積縮小，還使得支撐劑裂縫寬度變小，這導(dǎo)致了滲透率的降低；2）高閉合應(yīng)力下支撐劑顆粒粒徑受到擠壓變形，顆粒破損較為嚴(yán)重，粒徑分布極不均勻，圓球度變差且被充分壓實(shí)，這使得顆粒運(yùn)移阻力增大，裂縫導(dǎo)流能力下降[24]。需要指出的是，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工而言，對(duì)于煤巖低鋪砂濃度和高閉合應(yīng)力的情況，由于大粒徑支撐劑易破碎堵塞導(dǎo)流通道，通常優(yōu)選細(xì)砂以獲得更高的裂縫長(zhǎng)期導(dǎo)流能力；低閉合應(yīng)力下則選用中砂或粗砂獲得更好裂縫導(dǎo)流能力。同時(shí)，提高支撐劑鋪砂濃度有助于緩解閉合應(yīng)力對(duì)裂縫導(dǎo)流能力不利的影響。

圖13閉合應(yīng)力對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響

Fig.13 Effect of closure stress on fracture conductivity

2.2.5 支撐劑嵌入的影響

支撐劑在受到壓力情況下會(huì)發(fā)生嵌人裂縫表面的現(xiàn)象，從而影響支撐劑的支撐效果，因此，有必要研究支撐劑嵌入對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響規(guī)律。在支撐劑粒徑 30～50：40～70：70～140 目組合比例為1：2：7 、鋪砂濃度為 20kg/m² 、閉合應(yīng)力為28MPa 條件下，采用鋼板和煤巖巖板樣品來(lái)研究支撐劑嵌人的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖14所示。

由圖14可知，煤巖裂縫長(zhǎng)期導(dǎo)流能力為13.25μm²?cm ，而鋼板裂縫長(zhǎng)期導(dǎo)流能力為15.09μm²?cm 。由鋼板測(cè)得的導(dǎo)流能力相對(duì)煤巖較大，支撐劑嵌入使煤巖板裂縫導(dǎo)流能力降低12.2% ，表明支撐劑在煤巖中因嵌入而導(dǎo)致的傷害較大。分析認(rèn)為，支撐劑嵌入煤巖層時(shí)將導(dǎo)致裂縫中流體的流動(dòng)空間被壓縮，流體流動(dòng)阻力增加，從而導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流能力的下降。從本質(zhì)上講，煤巖質(zhì)地松軟，容易破碎，高閉合壓力下支撐劑顆粒易嵌入煤巖層裂縫壁面，這進(jìn)一步導(dǎo)致裂縫寬度減小，同時(shí)煤巖在壓縮和流體沖刷作用下產(chǎn)生的煤粉可在支撐劑顆粒和孔喉處吸附聚集，結(jié)合破碎的細(xì)小碎屑可使得流動(dòng)通道被堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致滲透率減小，導(dǎo)流能力降低。

圖14鋼板和煤板對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響

2.2.6 孔喉發(fā)育情況的影響

基于上述煤巖的可視化及定量化數(shù)字巖心孔裂縫網(wǎng)絡(luò)模型表征結(jié)果可知（圖8、圖9），I類和II類樣片帶狀的孔裂縫結(jié)構(gòu)主要呈現(xiàn)富集帶式分布，孔喉結(jié)構(gòu)發(fā)育程度和延展性更好，實(shí)測(cè)滲透率分別達(dá)0.584×10^-3μm² 和 0.287×10^-3μm² ，導(dǎo)流能力更高；而Ⅲ類樣品主要以分散式的孤立孔為主，喉道半徑主峰僅分布在 2.8μm 左右，較差的孔喉連通性導(dǎo)致了較低的滲透率和導(dǎo)流能力。分析認(rèn)為，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)構(gòu)造及成巖過(guò)程中，研究區(qū)煤巖儲(chǔ)層在不同沉積分異作用及碎屑搬運(yùn)機(jī)制下，形成了復(fù)雜多樣的孔隙結(jié)構(gòu)特征，這將對(duì)煤巖儲(chǔ)層的導(dǎo)流能力產(chǎn)生極大影響。從本質(zhì)上講，煤巖儲(chǔ)層內(nèi)孔裂縫結(jié)構(gòu)發(fā)育較好時(shí)，壓裂后有利于形成復(fù)雜縫網(wǎng)，基質(zhì)孔裂縫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有良好的連通性，這使得基質(zhì)裂縫的接觸面積和流體波及范圍更大，流體運(yùn)移的滲流阻力和距離更小，裂縫導(dǎo)流能力更高。隨著基質(zhì)樣品孔隙結(jié)構(gòu)的惡化，流體流動(dòng)空間的規(guī)模將逐漸縮小，流體滲流通道中的界面數(shù)增加使得流動(dòng)阻力變大，從而導(dǎo)致煤巖的導(dǎo)流能力大幅降低。實(shí)際礦場(chǎng)中，針對(duì)孔裂縫發(fā)育區(qū)域采用大規(guī)模體積壓裂等儲(chǔ)集層改造技術(shù)，可有效改善煤巖儲(chǔ)層的導(dǎo)流能力和開(kāi)發(fā)效果。

2.3 主控因素分析

上述不同實(shí)驗(yàn)方案下裂縫初始導(dǎo)流能力和長(zhǎng)期導(dǎo)流能力的實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如圖15所示。由圖15可知，方案5煤巖裂縫的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力最大，可達(dá)19.91μm²?cm ；方案1長(zhǎng)期導(dǎo)流能力最小，僅為1.28μm²?cm 。表明在煤巖層壓裂開(kāi)采中，不同鋪砂強(qiáng)度、支撐劑粒徑及不同粒徑組合支撐劑等均會(huì)對(duì)裂縫導(dǎo)流能力產(chǎn)生重要影響，為降低支撐劑對(duì)煤巖層壓裂裂縫導(dǎo)流能力的傷害，應(yīng)選擇合適的壓裂施工參數(shù)、支撐劑體系及合理的排采生產(chǎn)制度。此外，研究區(qū)煤巖層的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力對(duì)不同因素的敏感程度從大到小依次為：鋪砂濃度 gt; 支撐劑粒徑gt;閉合應(yīng)力 gt; 不同粒徑支撐劑組合方式 gt; 支撐劑嵌入（圖16）。鋪砂強(qiáng)度和支撐劑粒徑參數(shù)的改變及裂縫閉合應(yīng)力對(duì)于裂縫導(dǎo)流能力的影響較為敏感，在壓裂施工裂縫參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。綜上，在實(shí)際的煤巖儲(chǔ)層壓裂開(kāi)采過(guò)程中，為提高煤層氣壓裂效果和抽采效率，在滿足安全壓裂施工要求的前提下，建議按照上述因素優(yōu)先級(jí)對(duì)壓裂方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖15不同方案裂縫導(dǎo)流能力對(duì)比

Fig.15Comparison of fracture conductivity of different schemes

圖16煤巖裂縫導(dǎo)流能力對(duì)不同因素敏感性評(píng)價(jià) Fig.16 Sensitivity evaluation of coal rock fracture conductivitytodifferentfactors

3結(jié)論

1）研究區(qū)不同類別煤巖樣品的孔隙結(jié)構(gòu)特征差異顯著，孔喉在空間的展布形態(tài)主要以片帶狀或孤立孔分布，連通孔隙多以連片狀富集分布，主要與巖樣中相互連通的粒間溶孔和溶蝕縫有關(guān)；非連通孔隙多以連通性較差的孤立孔隙為主，主要與巖心內(nèi)部廣泛發(fā)育的粒內(nèi)溶孔和晶間孔有關(guān)，其尺度較小，主要起到儲(chǔ)集的作用。數(shù)字巖心可視化孔隙模型重構(gòu)結(jié)果表明該區(qū)孔喉非均質(zhì)性顯著，對(duì)于壓裂縫導(dǎo)流能力存在較大影響。

2）大粒徑支撐劑支撐下裂縫導(dǎo)流能力更強(qiáng)，但小粒徑支撐劑支撐下裂縫導(dǎo)流能力更穩(wěn)定。裂縫導(dǎo)流能力隨鋪砂濃度增加而顯著增大，而隨閉合應(yīng)力升高逐漸減小。支撐劑嵌人煤巖層時(shí)將導(dǎo)致裂縫中流體的流動(dòng)空間被壓縮堵塞，裂縫導(dǎo)流能力下降。在不同支撐劑粒徑組合比例下，大粒徑支撐劑占比越高時(shí)其導(dǎo)流能力越大，現(xiàn)場(chǎng)施工前期可采用低黏壓裂液攜帶大顆粒支撐劑壓裂填充縫網(wǎng)，后期可尾追較高黏壓裂液攜帶小粒徑的支撐劑，可對(duì)裂縫能力起到較好增強(qiáng)效果。

3）研究區(qū)煤巖的長(zhǎng)期導(dǎo)流能力對(duì)不同因素的敏感程度從大到小依次為：鋪砂濃度 gt; 支撐劑粒徑gt;閉合應(yīng)力 gt; 不同粒徑支撐劑組合比例 gt; 支撐劑嵌入。綜合來(lái)看，該區(qū)煤巖壓裂縫導(dǎo)流能力的主控因素為鋪砂濃度、支撐劑粒徑和裂縫閉合應(yīng)力。實(shí)際煤層氣儲(chǔ)層開(kāi)采中，應(yīng)優(yōu)選合適的壓裂施工體系，避免對(duì)壓裂縫造成嚴(yán)重?fù)p害。

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