沁水盆地南部高煤级煤孔隙分形特征与煤层气开发潜力

本文主要探讨了沁水盆地南部高煤级煤储层的孔隙分形特征，通过对20个采自当地煤矿井下新鲜工作面的煤样品进行详细的压汞实验和煤岩煤质分析，研究者采用分形几何理论，尤其是曼德勃罗特的分形概念，来理解和量化煤储层中孔隙的复杂性和不规则性。 首先，孔隙分形维数的计算方法是研究的核心，它反映了煤储层孔隙空间的自相似性和自反演性。在沁水盆地南部的高煤级煤中，发现孔隙分形无标度区处于50纳米至100微米范围，这一区间是孔隙结构的重要特征区域。孔隙分维数在2.94到3.21之间，这个数值的变化揭示了煤的微观结构和发育程度。 进一步的研究发现，孔隙分维数与煤的变质程度呈现负相关关系，即随着煤的变质程度提高，其孔隙分形复杂度可能下降。同时，孔隙度、大孔含量和体积中值孔径与分维数也有类似的趋势，这暗示着这些因素对煤储层的渗透性和储气能力有显著影响。相比之下，中孔含量、吸附孔含量以及退汞效率与分维数呈正相关，这些参数可能与煤的吸附和解吸性能密切相关。 固定碳含量、镜质组质量分数、挥发份产率和兰氏体积的关联性则更为复杂，它们在孔隙分维数达到3.05时显示出双U形或倒双U形变化，这表明这些煤质特性在不同阶段可能受到分维数影响，从而影响煤层气的开发潜能。 总结来说，通过分析高煤级煤的孔隙分形特征，研究者揭示了孔隙分维数作为一种重要的物理参数，可以用来评估煤储层的吸附能力和解吸性能，进而为煤层气的开采策略提供科学依据。此外，这项研究还揭示了煤储层物性与孔隙分维数的内在联系，对于优化能源开发实践和提升资源利用率具有重要意义。