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第 36 卷 第 2 期2024 年 3 月岩性油气藏LITHOLOGIC RESERVOIRSVol.36 No.2Mar.2024收稿日期：2022-11-12；修回日期：2022-12-26；网络发表日期：2024-01-09基金项目：陕西省重点研发计划基金“致密砂岩油藏微纳米孔喉内压裂液渗吸滞留的微观渗流机理研究”（编号：2021GY-140）、西安石油大学研究生创新与实践能力培养项目“鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤层储层特征”（编号：YCS23113027）与国家自然科学基金“水力压裂裂缝轨迹可控性理论基础-非均质地层裂缝控制理论基础研究”（编号：51934005）联合资助。第一作者：李启晖（1998），男，西安石油大学在读硕士，主要研究方向为油气田开发工程。地址：（710065）陕西省西安市电子二路东段18 号。Email：。通信作者：任大忠（1985），男，博士，副教授，主要从事能源地质与开发，油气田开发工程，试验检验检测技术等方向的研究和教学工作。Email：。文章编号：1673-8926（2024）02-0076-13DOI：10.12108/yxyqc.20240208引用：李启晖，任大忠，甯波，等.鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤层微观孔隙结构特征 J.岩性油气藏，2024，36（2）：76-88.Cite：LI Qihui，REN Dazhong，NING Bo，et al.Micro-pore structure characteristics of coal seams of Jurassic Yan an Formation inShenmu area，Ordos Basin J.Lithologic Reservoirs，2024，36（2）：76-88.鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤层微观孔隙结构特征李启晖1，任大忠1，甯波2，孙振3，李天1，万慈眩3，杨甫4，张世铭5（1.西安石油大学 石油工程学院/西部低渗-特低渗油藏开发与治理教育部工程研究中心，西安 710065；2.中国石油勘探开发研究院，北京100083；3.中国石油长庆油田公司第六采气厂，西安710018；4.自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室，西安710021；5.中国石油勘探开发研究院西北分院，兰州730020）摘要：煤层孔隙结构对煤层气的吸附与扩散具有显著影响。通过气体吸附、核磁共振、扫描电镜等实验，对鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤岩开展煤层孔隙结构多尺度、多参数的联合表征研究，厘清了煤层气解吸扩散渗流的规律。研究结果表明：神木地区延安组煤层平均孔隙度为6.89%，平均渗透率为4.82 mD，属典型的特低渗煤层，主要发育方解石、黏土矿物以及非晶质组分等，其中方解石平均质量分数为54.8%，黏土矿物平均质量分数为35.7%，非晶质平均质量分数为15.0%。研究区煤层主要储集空间为狭缝形和墨水瓶形等，包括气孔、屑间孔、胞腔孔、铸模孔和少量微裂缝，孔隙以250 nm的介孔为主，大孔次之，微孔最少，但微孔是孔比表面积及孔容的主要贡献者，表明煤层气主要吸附在微孔中。研究区煤层孔喉尺寸为纳米微米级，对渗透率的贡献主要来自于亚微米微米级的孔喉，其孔隙连通性好。煤样可动流体饱和度为38.72%65.06%，退汞效率为0.84%44.30%，均质系数为1.8610.95，且不同深度煤层孔喉半径对渗透率的贡献存在较大差异，表明该区煤层具有较强的非均质性。关键词：核磁共振；气体吸附；非均质性；微孔；孔隙结构；煤层；延安组；侏罗系；鄂尔多斯盆地中图分类号：TE122.2；P618.13文献标志码：AMicro-pore structure characteristics of coal seams of Jurassic Yan anFormation in Shenmu area，Ordos BasinLI Qihui1，REN Dazhong1，NING Bo2，SUN Zhen3，LI Tian1，WAN Cixuan3，YANG Fu4，ZHANG Shiming5（1.Engineering Research Center of Development and Management for Low to Ultra-Low Permeability Oil&Gas Reservoirs inWest China，Ministry of Education，College of Petroleum Engineering，Xi an Shiyou University，Xi an 710065，China；2.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&Development，Beijing 100083，China；3.No.6 Gas ProductionPlant，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi an 710018，China；4.Key Laboratory of Coal Resources Explorationand Comprehensive Utilization，Ministry of Natural Resources，Xi an 710021，China；5.PetroChina Research Instituteof Petroleum Exploration and Development-Northwest，Lanzhou 730020，China）Abstract：The pore structure of coal seams has a significant influence on the adsorption and diffusion of coalbed李启晖等：鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤层微观孔隙结构特征2024 年77methane.By means of gas adsorption，nuclear magnetic resonance and scanning electron microscopy，a multi-scale and multi-parameter joint characterization of coal seam pore structure of Jurassic Yan an Formation inShenmu area of Ordos Basin was carried out to clarify the law of desorption，diffusion and seepage of coalbedmethane.The results show that：（1）The coal seams of Yan an Formation in Shenmu area have average porosityand permeability of 6.89%and 4.82 mD respectively，which belong to typical ultra-low permeability coal seams，mainly developing calcite，clay minerals and amorphous components，of which the average mass fraction is54.8%，35.7%and 15.0%respectively.（2）The main reservoir spaces of coal seams in the study area are narrowslit shaped and ink bottle shaped，including stomata，interchip pores，cell pores，mold pores and a few micro-cracks.The pores are dominated by mesoporous pores with pore size of 2-50 nm，followed by macropores，withthe least amount of micropores.However，micropores are the main contributors to the specific surface area andpore volume of pores，indicating that coalbed methane is mainly adsorbed in micropores.（3）The pore throatsize of coal seams in the study area varies in nano-and micron-level，the contribution to permeability mainlycomes from submicron to micro pore throats，indicating that the pore connectivity in this range is good.The movable fluid saturation of coal samples is 38.72%-65.06%，the mercury removal efficiency is 0.84%-44.30%，thehomogenization coefficient is 1.86-10.95，and the contribution of pore throat radius to permeability at differentdepths were significantly different，indicating strong heterogeneity in this area.Key words：nuclear magnetic resonance；gas adsorption；heterogeneity；micropore；pore structure；coal seam；Yan an Formation；Jurassic；Ordos Basin0引言煤层气是由煤层生成并主要以吸附状态储集于煤层孔隙中的非常规天然气，其主要成分为甲烷。我国煤层气资源储量丰富，根据前瞻产业研究院数据，截至 2021 年底，我国煤层气总储量约为36.81012m3，占世界总储量的 14.21%，根据 2022 年中国矿产资源报告，我国煤层气总储量居世界第三。煤层是具有双重孔隙系统的多孔介质，煤的微观孔隙结构控制煤层甲烷的吸附、解吸、渗流和扩散的过程，并影响煤层甲烷的抽采效率1-4。常用压汞法、气体（N2和 CO2）吸附、核磁共振、扫描电镜、CT 扫描等方式方法来研究煤层微观孔隙结构，不同的方法在表征煤孔隙结构方面有其优势也有其局限性。近年来，众多学者在表征煤层孔隙结构特征方面进行了大量研究，邵显华等5、姚晋宝等6采用压汞法分别对赵庄矿 3 号煤层和成庄井田 3 号不同煤体结构的煤样孔隙进行了研究；邵龙义等7、孟召平等8基于 N2吸附实验，对褐煤和不同煤体结构、变质程度的煤层吸附孔孔隙结构进行了分析，并讨论了不同孔径下吸附孔的吸附性能；王子萌等9、谢松彬等10利用核磁共振实验，分别对页岩和原生结构煤的孔隙结构特征及非均质性进行了研究；杨昌永等11、邹俊鹏等12、胥畅等13运用扫描电镜照片，分别对煤和黑色页岩的微观孔隙形态、孔隙连通性、孔隙大小及孔隙充填状况等进行了系统研究。在联合表征微观孔隙结构方面，杨明等14、李祥春等15、刘怀谦等16、雷海艳等17均采用压汞、低温 N2及 CO2吸附、扫描电镜、CT 扫描等方式，对煤层微观孔隙结构进行定量表征并讨论了其特征参数。综合分析上述结果可知，扫描电镜及 CT 扫描可直观清晰反映煤层内部孔隙结构，但在半定量及定量统计孔隙发育特征参数方面具有一定的局限性；压汞、气体吸附及核磁共振等流体侵入法可定量研究煤层孔隙结构特征，实现孔隙大小、分布及连通性的深入认识。不同的方法在表征孔隙结构时的侧重点不同，需要结合多种方法全面直观认识煤层孔隙结构。为了进一步厘清鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤层孔隙结构特征，采用压汞、N2吸附和CO2吸附联合测试以及核磁共振和扫描电镜、X 射线衍射等方法，分析煤层孔隙类型、大小、分布、均质性等特征以及煤层矿物组成，在此基础上，剖析通过不同实验手段所得孔隙分布的内在联系，实现煤层孔隙结构多参数、多尺度的表征，以期为该地区煤层气的开发提供一定指导。1地质概况鄂尔多斯盆地是典型的多旋回叠合形成的克拉通盆地，内部构造特征相对简单，地层平缓18。晚三叠世的印支运动使盆地开始发育，基底平稳沉降，沉积了盆地中主要的生油岩和储集层；晚三叠世末期的晚印支运动导致盆地全面隆起，延长组顶部受到了不同程度的风化剥蚀，因此发育形成了高地和沟谷相互交织的波状丘陵地形，沟谷与丘陵纵横起伏、阶地叠置的古地貌景观；至侏罗纪，延长组78岩性油气藏第 36 卷第 2 期顶部侵蚀结束，盆地再一次沉降，开始沉积侏罗系暖温湖沼河流相煤系地层。神木地区位于鄂尔多斯盆地东北缘（图 1）。地层出露侏罗系延安组、直罗组、安定组及下白垩统洛河组19。延安组研究层段埋深为 130250 m，埋藏浅，研究区延安组三、四段属三角洲和湖泊沉积体系，地层、煤层单元具有厚度稳定、产状近水平的特征。根据 2009 年神木地区煤炭产业调查报告，其煤层主要为中高发热量的长焰煤以及中、低煤化度且无黏结性的烟煤。2物性及矿物成分特征依据神木地区平面及纵向物性特征，选取了M6，M8，M10，M15 等 4 块具有代表性的煤样。根据煤样基础物性（表 1），煤样的气测孔隙度为1.95%13.22%，平均孔隙度为 6.86%，气测渗透率为 1.5368.477 mD，平均渗透率为 4.819 mD。研究区孔隙度与渗透率呈现良好的线性关系（图 2），相关系数达到 0.976 7。对 4 块样品进行 X 射线衍射全岩分析，所得矿物组成（表 1）表明：方解石、石英、黄铁矿及非晶质是其主要矿物成分，4 块样品的石英平均质量分数为 2.9%；黄铁矿平均质量分数为4.2%，非晶质平均质量分数为 15%；黏土矿物质量分数为 18.5%65.1%，平均为 35.7%；M15 煤样不含方解石，其铁白云石质量分数为 4.5%，且黏土矿物含量相对较高。3微观孔隙特征3.1孔隙类型煤是一种多孔的物质，其微米级以下的孔隙十分发育，是煤层气得以吸附的主要空间。根据吸附等温线的滞后环类型，孔隙可以划分为圆柱形（A），狭缝形（B），锥形（C，D）以及墨水瓶形（E）等形状20-21（图 3）。吸附曲线存在回滞环（图 4），说明其阴山山脉贺兰山六盘山伊 蒙 隆 起东胜银川鄂托克旗苏里格鄂托克前旗乌审旗神木榆林晋西挠折带西缘逆冲带西安吕梁山脉伊陕斜坡天环坳陷环县庆阳吴起安塞延安宜川子洲定边靖边正宁渭北隆起铜川040 km统中侏罗统组延安组段四段三段GR/API032岩性深度/m标志层2-2煤3-1煤裴庄砂岩微 相分流间洼分流河道泥潭沼泽分流河道分流间洼分流河道泥炭沼泽分流河道分流间洼分流河道分流间洼分流河道亚 相三角洲平原相三角洲地名断层构造单元边界省边界研究区粗砂岩中砂岩细砂岩粉砂岩泥岩煤层140240340440540640740840940（a）（b）图 1鄂尔多斯盆地神木地区构造位置（a）及侏罗系延安组岩性地层综合柱状图（b）（据文献 19 修改）Fig.1Tectonic location（a）and stratigraphic column of JurassicYan an Formation（b）in Shenmu area，Ordos Basin表 1鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤样基础物性和矿物组成Table 1Basic physical properties and mineral composition of coal samples from Jurassic Yan an Formationin Shenmu area，Ordos Basin样品编号M6M8M10M15深度/m220230160240长度/cm3.114.133.102.97直径/cm2.52.52.52.5孔隙度/%13.229.311.952.95渗透率/mD8.486.051.543.22w（石英）/%1.13.80.66.2w（方解石）/%43.151.669.6w（黄铁矿）/%5.06.21.34.2w（非晶质）/%15151020w（铁白云石）/%4.5w（黏土矿物）/%35.823.418.565.1李启晖等：鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤层微观孔隙结构特征2024 年79孔隙类型均为一端开放的孔，回滞环类型具有 B 型和 E 型回滞环的双重特征，因此孔隙以狭缝形和墨水瓶形为主，其中 M6 和 M8 煤样回滞环较大，表明其孔隙度较高；M10 和 M15 煤样回滞环相对较小，说明孔隙度较低。依据煤样扫描电镜（图 5）分析结果，4 块煤样发育气孔，屑间孔，铸模孔等孔隙22。其中 M6 煤样在放大 2 000 倍后观察到有较多屑间孔、气孔和少量铸模孔（图 5a，5b）。气孔有圆形、椭圆形和不规则形等，分布范围广，部分呈成群产出，且大小不一，连通性一般；屑间孔是指煤中镜质体、丝质体等各种碎屑颗粒之间的孔隙，无固定形态，连通性较好；铸模孔是一种矿物质孔，形态极为复杂，未被碎屑或矿物充填且无规则分布，屑间孔的大量发育和铸模孔的存在是该煤样具有较好物性的原因。M8煤样在放大 6 000 倍的镜下显示有明显不规则状的微裂隙和屑间孔，微裂隙的存在与之后核磁共振饱水样 T2谱的反应一致（图 5c，5d）。M10 和 M15 煤样分别在放大 5 000 倍、2 000 倍的镜下可见部分胞腔孔，胞腔孔为成煤植物本身所具有的结构，属原生孔，孔隙孤立存在，形态多呈次圆形，部分因受到破坏而变形，孔隙之间基本不连通。M10 煤样还可见方解石矿物颗粒，故还发育部分屑间孔（图 5e，5f）；M15 煤样胞腔孔被方解石充填（图 5g，5h）。综上所述，M6 煤样含有非常多且大小不均的气孔及屑间孔，其物性最好，这在后续的核磁共振实验及其他实验结果中也有所反映。总体来看，扫描电镜分析结果与 N2吸附实验结果一致，4 块煤样多以一端开放型的孔隙为主，其中气孔及屑间孔是 N2吸附的主要场所，也是煤层气富集的主要部位。结合煤样 N2吸附曲线及镜下观察，该地区广泛发育一端开放的狭缝形及墨水瓶形的孔隙，表现为气孔、屑间孔、胞腔孔等，其中气孔及屑间孔是气体吸附的主要场所。不同煤样的孔隙发育程度、形态、连通性及充填情况均不相同。3.2孔隙大小及分布根据煤样的 N2吸附曲线（图 4），在低相对压力阶段（00.1），4 块煤样的吸附等温线均偏向于 Y轴，说明煤样与 N2具有较强的作用力；在中相对压力阶段（0.10.8），吸附曲线缓慢上升；在高相对压力阶段（0.81.0），吸附曲线急剧上升，整体呈现下凹形态；相对压力约为 1.0 时未出现吸附饱和现象，N2在煤样表面发生毛细凝聚现象，煤样中存在较大孔。当相对压力达到最大时，M8 煤样的吸附量最大，M10 煤样的吸附量最小；当相对压力为 0.5 时，脱附曲线出现急剧下降的拐点，根据 Kelvin 方程所孔隙度/%渗透率/mD数据点趋势线y=0.566 7 x+0.932 8R2=0.976 7987654321051015图 2鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤样孔渗关系Fig.2Relationship between permeability and porosity ofcoal samples from Jurassic Yan an Formation in Shenmuarea，Ordos Basin相对压力相对压力相对压力相对压力v（吸附量）v（吸附量）v（吸附量）v（吸附量）圆柱形（a）（b）（c）（d）狭缝形锥形墨水瓶形脱附曲线吸附曲线图 3滞后环的分类及其对应的孔隙形状（据文献 21 修改）Fig.3Hysteresis loops and their corresponding pore shapes80岩性油气藏第 36 卷第 2 期计算的拐点对应的孔径约为 3 nm，说明样品中孔径小于 3 nm 的孔均为一端开放型孔23。采用 ISO 15901 和 IUPAC 中 DFT 模型计算孔径分布、孔比表面积和总孔体积等参数24-25。由图 6和表 2 可知，4 块煤样的孔径分布具有较高的相似性，孔径为 310 nm 的孔其孔容和孔比表面积均远大于其他孔径范围的孔容和孔比表面积，孔径分布以介孔和大孔为主，其中介孔所占的比例达70%，微孔量少，孔容以介孔贡献最大，说明介孔孔隙是吸附 N2的主要场所。将图 6 孔径分布关系曲线进行积分后发现 M8 煤样的孔容与孔比表面积最大，M6 煤样次之，M10 煤样最小，而对比 4 块煤样的N2吸附量，得出吸附量的大小关系与介孔分布一致，说明介孔的分布是影响煤样N2吸附量的主要因素。应用BJH法计算样品孔径分布的结果显示，M6，M8，M10，M15 等 4 块煤样的孔比表面积分别为 22.453 m2/g，30.699m2/g，6.261m2/g，10.134m2/g，平均为17.387m2/g，平均吸附孔径为 5.35 nm，平均脱附孔径为 5.16 nm。由于煤样微观孔隙结构的复杂性，仅依靠 N2吸附研究孔径分布具有较大的不确定性。v（吸附量）/（cm3g-1）3025201510500.20.40.60.81.01.2M6 煤样吸附曲线M8 煤样吸附曲线M10 煤样吸附曲线M15 煤样吸附曲线M6 煤样脱附曲线M8 煤样脱附曲线M10 煤样脱附曲线M15 煤样脱附曲线相对压力图 4鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤样 N2吸附曲线Fig.4N2adsorption curves of coal samples from Jurassic Yan an Formation in Shenmu area，Ordos Basin20 m铸模孔屑间孔气孔（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）屑间孔20 m10 m10 m10 m10 m20 m20 m方解石胞腔孔胞腔孔铁白云石失水裂隙（a）气孔、屑间孔、铸模孔，M6 煤样，S-1 井，220 m，扫描电镜；（b）气孔、屑间孔、铸模孔，M6 煤样，S-1 井，220 m，AVIZO 处理；（c）屑间孔、失水裂隙，M8 煤样，S-1 井，230 m，扫描电镜；（d）屑间孔，失水裂隙，M8 煤样，S-1 井，230 m，AVIZO 处理；（e）胞腔孔，屑间孔，M10 煤样，S-2 井，160 m，扫描电镜；（f）胞腔孔，屑间孔，M10 煤样，S-2 井，160 m，AVIZO 处理；（g）胞腔孔，M15 煤样，S-3 井，240 m，扫描电镜；（h）胞腔孔，M15 煤样，S-3 井，240 m，AVIZO 处理。图 5鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤样孔隙特征Fig.5Pore characteristics of coal samples from Jurassic Yan an Formation in Shenmu area，Ordos Basin李启晖等：鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤层微观孔隙结构特征2024 年81由煤样 CO2吸附等温线（图 7）可以看出，M8 煤样的吸附量最大，M6 煤样次之，M10 和 M15 煤样的吸附量基本相等。当相对压力小于 0.005 时，M6，M10，M15 等 3 块煤样的吸附等温线形态虽稍有差别，但基本重合，且都呈略微上凸的形状，说明此时样品对 CO2的吸附能力基本一致。M6，M8，M10，M15 煤样的最大吸附量分别为 18.070 cm3/g，18.501 cm3/g，17.364 cm3/g，17.243 cm3/g，总孔比表面积分别为 133.352 m/g，137.54 m/g，129.632 m/g，128.141m/g，总孔容分别为0.02256cm/g，0.02334cm/g，0.021 47 cm/g，0.021 12 cm/g。由上述数据可看出最大吸附量、孔比表面积、孔容三者之间具有良好的相关性。根据 CO2吸附法得到的煤样孔容、孔比表面积与孔径分布的关系（图 8），4 块煤样的孔容、孔比表面积与孔径分布的关系均具有高度的相似性。其中，M6 和 M15 的关系曲线形态几乎一致，但是孔径为 0.500.55 nm 和 0.600.65 nm 时，可以较为清晰地看到 M6 煤样的孔容和孔比表面积均大于 M15；M10 煤样孔容和孔比表面积在孔径为0.45 nm 附近出现了峰值。因此，样品的总孔比表面积和总孔容主要集中在孔径为 0.500.55 nm 和0.800.85 nm，说明 CO2主要吸附在这 2 个孔径范围所对应的孔中。综上所述，孔容及孔比表面积随孔径的增加总体均呈现增大减小增大减小的趋势，因此 CO2吸附量与孔径、孔容具有密切联系。运用 AVIZO 对煤样的扫描电镜图像进行处理分析（图 5），并计算了 4 块煤样的孔径大小、孔径均孔容/（10-3cm3g-1）孔比表面积/（m2g-1）M6 煤样M8 煤样M10 煤样M15 煤样孔径/nm孔径/nm孔比表面积/(m2g-1)0.030.020.010100210150102100210150102微孔介孔大孔微孔介孔大孔（a）（b）2.52.01.51.00.503.02.52.01.51.00.50图 6鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤样 N2吸附法计算的孔容（a）、孔比表面积（b）与孔径的关系Fig.6Relationships of pore size with pore volume（a）and pore specific surface area（b）calculated by N2adsorption method for coal samples from Jurassic Yan an Formation in Shenmu area，Ordos Basin表 2鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤样 N2吸附实验数据Table 2N2adsorption experimental data of coal samples from Jurassic Yan an Formation in Shenmu area，Ordos Basin样品编号M6M8M10M15孔径比例/%微孔7.107.307.307.30介孔71.4070.7070.7070.70大孔21.4022.0022.0022.00v（吸附量）/（cm3g-1）19.04127.7916.08610.819总孔比表面积S/（m2g-1）22.453（100%）30.699（100%）6.261（100%）10.134（100%）阶段孔比表面积/（m2g-1）S03.350（15.0%）4.228（13.8%）0.873（13.90%）1.348（13.30%）S118.983（84.50%）26.317（85.7%）5.346（85.40%）8.705（85.90%）S20.120（0.50%）0.153（0.50%）0.042（0.70%）0.081（0.80%）总孔容V/（cm3g-1）0.028 74（100%）0.038 23（100%）0.008 37（100%）0.015 08（100%）阶段孔容/（cm3g-1）V00.001 55（5.40%）0.001 99（5.20%）0.000 41（4.90%）0.002 11（14.00%）V10.023 91（83.20%）0.032 14（84.10%）0.006 82（81.40%）0.012 34（81.80%）V20.003 27（11.40%）0.004 10（10.70%）0.001 14（13.70%）0.000 63（4.20%）注：S0为微孔的孔比表面积，S1为介孔的孔比表面积，S2为大孔的孔比表面积；V0为微孔的孔容，V1为介孔的孔容，V2为大孔的孔容；括号中数字为各类孔占孔比表面积或孔容的比例。相对压力M6煤样M8煤样M10煤样M15煤样0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.04020181614121086420v（吸附量）/（cm3g-1）图 7鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤样 CO2吸附等温线Fig.7CO2adsorption isotherm of coal samples fromJurassic Yan an Formation in Shenmu area，Ordos Basin82岩性油气藏第 36 卷第 2 期值、孔面积等相关参数26。结果显示：M6，M8，M10，M15 煤样的孔径分别为 1.1332.47 m，1.1349.55 m，1.1320.53 m，1.0063.00 m，平均值分别为 2.56 m，2.61 m，2.65 m，4.78 m，孔比表面积均值分别为 10.02 m2，13.45 m2，9.64 m2，7.80 m2。由上述数据可知，M15 煤样的孔径均值明显高于其他样品，但由于其孔隙被铁白云石充填，其渗透率并不高。通过扫描电镜分析的孔径下限为 1 m，孔隙多为一端开放型孔隙。样品中孔径均值皆大于 2 m，其中 M15 煤样的孔径均值最大，为更加精细全面地表征孔隙结构，需要借助其他实验方法。根据已有的研究成果，实现核磁共振 T2弛豫时间谱与孔径的转换，需要计算样品的表面弛豫率27-29。依据气体吸附实验中孔径的分类方法，计算绘制并得出煤样的核磁共振孔径分布特征图（图 9）。各煤样的 T2谱分布均具有典型的双峰及单峰式特征，不同峰值所对应的孔径代表不同的孔隙。4 块煤样的孔径分布情况基本一致，均含有微孔、介孔、大孔，除 M8 煤样外，其余煤样均为双峰形，且最高峰均出现在介孔（孔径为 250 nm），次峰出现在大孔范围内，说明煤样的介孔发育最好，与 N2吸附结果一致。3.3核磁共振与气体吸附表征孔径分布的对比将低温 N2吸附和低温 CO2吸附联测数据进行处理分析，得出煤样孔容、孔比表面积分别与孔径的变化关系（图 10）、全孔径孔隙结构参数（表 3），再将核磁共振所得的孔径分布结果与吸附实验所得结果进行对比（图 11）。对比结果显示，在孔径小于 2 nm 的微孔阶段，核磁共振计算的孔径百分比要小于 N2与 CO2吸附联测计算的孔径百分比；在孔径大于 50 nm 的大孔阶段，核磁共振计算的孔径百分比要大于 N2与 CO2吸附联测的孔径百分比30-31。N2与 CO2吸附实验联测下的孔径为 0.4200.0 nm，而核磁共振下的孔径为 0.1100.0 m。核磁共振检测的孔径下限小于 N2吸附实验，理应得出其在微孔阶段的比例较大，但是由于 4 块煤样的黏土矿物含量较高，核磁共振是在煤样饱水状态下进行的，饱水状态下煤样中的黏土矿物遇水以后膨胀堵塞了微孔，导致核磁共振所测得的 T2谱信号峰值偏低，因此通过核磁共振所算得的微孔比例小于 N2与CO2吸附联合测试。核磁共振检测的孔径上限要大于 N2和 CO2吸附联合测试，因此造成核磁共振在孔径大于 50 nm 的大孔阶段比例大。总体来看，核磁共振所得主要孔径分布与 N2和 CO2吸附联测的结果一致，都表明该地区孔隙以孔径为 250 nm 的介孔为主。3.4孔隙连通性及非均质性根据核磁共振所测得的 T2谱分布图（图 12），4 块M6 煤样M8 煤样M10 煤样M15 煤样孔径/nm孔隙度分量/%微孔介孔大孔1.00.80.60.40.2010-1100101102103104105106图 9鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤样在核磁共振下的孔径分布Fig.9Pore size distribution under NMR of coal samplesfromJurassicYan anFormationinShenmuarea，OrdosBasin孔容/（10-4cm3g-1）孔比表面积/（m2g-1）孔径/nmM6 煤样M8 煤样M10 煤样M15 煤样孔径/nm0.350.550.750.951.150.350.550.750.951.15（a）（b）25201510509876543210图 8鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤样 CO2吸附实验计算的孔容（a）、孔比表面积（b）分别与孔径的关系Fig.8Relationships of pore size with pore volume（a）and pore specific surface area（b）calculated by CO2adsorption experiments for coal samples from Jurassic Yan an Formation in Shenmu area，Ordos Basin李启晖等：鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤层微观孔隙结构特征2024 年83煤样的 T2谱均存在 2 个峰，其中弛豫时间 T2在小于0.1 ms 时对应微孔，T2在 0.12.5 ms 时对应介孔，T2在大于 2.5 ms 时对应大孔。M8 煤样的弛豫谱图为单峰式，峰值出现在 1 ms 处，总体在 0.110.0 ms，在 10 ms 处也存在较为明显的上升趋势，直至100 ms 后仍然微弱上升，且不与 X 轴相交，说明该煤样孔隙连通性较好，存在明显的裂缝。其他 3 块煤样的 T2谱图均为双峰式，峰的弛豫时间均在 0.110.0 ms 和 10100 ms，其中 M10 和 M15 煤样的峰谷比较明显，表明介孔与大孔的连通性相对较差。M6 煤样可以很明显地看到微孔、介孔、大孔两两之间的峰谷不明显，说明其孔隙连通性很好，渗透率大，且 T2谱图在弛豫时间大于 100 ms 时也有微弱的上升趋势，说明煤样也存在较为发育的裂缝。相比而言，由于 100 ms 后 M6 煤样孔隙度分量累计为0.004 4%，低于 M8 煤样的孔隙度分量累计 0.004 9%，M8煤样M10煤样M15煤样M6煤样孔比表面积/（m2g-1）孔容/（cm3g-1）孔比表面积/（m2g-1）孔比表面积/（m2g-1）孔容/（cm3g-1）孔容/（10-3cm3g-1）孔径/nm孔径/nm0.22.020.0200.00.22.020.0200.060050040030020010000.180.150.120.090.060.0304030201000.030.020.0100.060.050.040.030.020.0100.80.60.40.20（a）（b）图 10鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤样气体吸附下孔比表面积（a）、孔容（b）分别与孔径的变化关系Fig.10Relationships of pore size with pore specific surface area（a）and pore volume（b）under gasadsorption for coal samples from Jurassic Yan an Formation in Shenmu area，Ordos Basin表 3鄂尔多斯盆地神木地区侏罗系延安组煤样全孔径孔隙结构参数Table 3Full aperture pore structure parameters of coal samples from Jurassic Yan an Formation inShenmu area，Ordos Basin样品编号M6M8M10M15孔径比例/%微孔33.5932.6531.4534.13介孔59.3856