煤炭学报摘要

蔡记华1 谷穗2 乌效鸣1 刘浩1 陈宇1

(1.中国地质大学(武汉)工程学院 湖北武汉 430074 2.中国地质大学武汉江城学院 湖北武汉 430200)

摘要:松软煤层中的钻进护孔技术是目前煤矿瓦斯抽采利用中亟待解决的技术难题之一。论文首先在理论上分析了可降解钻井液的护孔作用机理和生物降解作用机理，并通过流变性测试、滤饼清除实验和煤岩气体渗透率测试等方法对其性能进行了综合研究。结果表明:可降解钻井液的降解性能人为可控，能适合煤矿井下作业环境;生物酶降解加盐酸酸化的双重解堵措施可有效地清除可降解钻井液对煤层气储层的伤害，并能恢复甚至提高煤岩气体渗透率(增幅在～之间)。研究成果可以解决松软煤层瓦斯抽采孔钻进工作中护孔与储层保护的矛盾问题，也可为煤层气垂直井、水平井和分支井的钻井工艺优化与产能提高提供重要的理论和技术基础。

关键词:松软煤层 瓦斯抽采 可降解钻井液 护孔 储层保护

基金项目: 国家自然科学基金项目 ( 40802031、41072111) 。

作者简介: 蔡记华，1978 年生，男，湖北浠水人，博士、副教授，从事钻井液与储层保护方面的教学和研究工作，电话: ，E mail: catchercai@126. com。

Experimental Research on Degradable Drilling Fluid for Drilling in Unconsolidated and Soft Coal Seam

CAI Jihua1，GU Sui2，WU Xiaoming1，LIU Hao1，CHEN Yu1

( 1. Engineering Faculty，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China; 2. Jiangcheng College，China University of Geosciences，Wuhan 430200，China)

Abstract: Technologies needed to stabilize the wellbore are among the most urgent problems that require be- ing resolved in the drainage and exploitation of coalmine methane ( CMM) from unconsolidated and soft coal seams. In the first，the paper theoretically analyzed the borehole maintaining and biodegradation mechanisms of degradable drilling fluid. Then systematical study on its performance were carried out by utilizing rheology tests， mud cake remove tests and coal rock gas permeability tests. Results show that the degradation properties of degrad- able drilling fluid were controllable and it was fit for the coalmine operation environment. Furthermore，complex unplugging technologies employing enzymatic degradation plus acidification by HCl was effective in removing the damage caused by mud cakes of degradable drilling fluid and resuming the gas permeability of coal rock or even en- hance it by a ratio between 15. 47% and 38. 92% . Technological achievements of this paper can help to resolve the contradiction between borehole maintaining and reservoir protection，and also offer powerful theoretical and techni- cal foundation for drilling technology optimization and production capacity enhancement in vertical，horizontal and multi lateral drilling for coalbed methane exploration.

Keywords: unconsolidated and soft coal sea; coalmine methane drainage and exploitation; degradable drill- ing fluid; borehole maintain; reservoir protection.

1 可降解钻井液的提出

根据抽采对象的不同，可将煤矿瓦斯抽采分为本煤层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采和采空区瓦斯抽采［1］。由于我国地质构造条件复杂，成煤时代多，煤矿区分布广，煤储层特征差异大。简单起见，可划分为正常煤体结构的硬煤层和构造发育的松软煤层两种典型类型。对于松软煤层，由于煤与瓦斯突出、煤层松软、机械强度低等原因，采用清水或空气等常规排粉钻进方式时易出现塌孔、卡钻或喷孔等问题，打钻成孔困难，瓦斯抽采效率低。松软煤层的煤层气开发是我国煤层气产业化面临的最严峻的挑战之一［2～4］，在此类煤层中钻进护孔技术是目前亟待解决的技术难题之一［5～6］。

为达到较好的护孔效果，通常在钻井液中添加纤维素、胍尔胶和生物聚合物等聚合物。纤维素和胍尔胶等起到增粘、降低摩阻和润滑作用以保持井壁稳定，而生物聚合物可以增强钻井液在水平井段内的岩屑悬浮能力。尽管这类钻井液对储层的伤害比传统泥浆要小，但还是会在井壁上形成了低渗透的滤饼。滤饼的不充分降解会极大地影响井壁的流动能力，结果是显著降低生产井的产量。因此，特别是在松散地层和高渗透性地层中，必须清除渗滤到地层中的钻井液以及沉积在井壁上的滤饼，以实现产量最大化。

近年来，针对松散地(储)层钻进中护孔和储层保护的矛盾，我们提出了一种环境友好的可降解钻井液的研究思路［7～11］:在钻进时能保持孔壁稳定，而在钻进工作结束后，钻井液能在生物酶和无机酸作用下实现降解、粘度下降，先前形成的滤饼破除、产层流体的流动性增强、恢复地下流体资源解吸扩散通道，达到提高地下流体资源产量效果的目的。

本文在上述研究基础上，在理论上分析了松散煤层钻进用可降解钻井液的护孔作用机理和生物降解作用机理，并通过流变性测试、滤饼清除实验和煤岩气体渗透率测试等方法对可降解钻井液的性能进行了综合研究。

2 可降解钻井液的作用机理

可降解钻井液的护孔作用机理

可降解钻井液主剂由粘土稳定剂(如KCl)、水溶型或酸溶型架桥粒子/加重剂(一般为细粒CaCO3或无机盐)、降滤失剂(主要是天然植物胶如淀粉或纤维素或胍尔胶)、流型调节剂(如生物聚合物XC)等组成，这些处理剂共同起到增粘和降低摩阻作用;当钻进结束后，加入能降解各种聚合物的生物酶破胶剂［12～15］和能溶解细粒CaCO3无机酸(通常是15%的HCl［12，14］)或有机酸［13，16］来清除聚合物滤饼(主要由聚合物和CaCO3组成)对储层渗透性的伤害。下面分别阐述各种处理剂的作用机理。

(1)粘土稳定剂可以用来抑制煤岩中粘土矿物遇水后膨胀;

(2)水溶型或酸溶型架桥粒子可以在煤岩表面的孔隙或裂隙孔喉处形成架桥，起到防止钻孔漏失的目的，同时CaCO3或无机盐也可以适当增加钻井液的密度，起到平衡地层压力的作用;

(3)天然植物胶大分子物质相互桥接，滤余后附在孔壁上形成隔膜。这些隔膜薄而坚韧，渗透性极低，可以阻碍自由水继续向煤层渗漏(图1)。同时，这类聚合物钻井液具有良好的包被抑制性，能有效地抑制钻屑分散。另外，这类具有强亲水基团的长链环式高分子化合物易溶于水，形成的水溶液具有较高粘度，可以增强钻孔孔壁表面松散煤粒之间的胶结力，起到加固松软煤层孔壁的效果;

图1 Na-CMC在粘土颗粒上的吸附方式

(4)生物聚合物XC是一种优良的流型调节剂，用它处理的钻井液在高剪切速率下的极限粘度很低，有利于提高机械钻速;而在环形空间的低剪切速率下又具有较高的粘度，并有利于形成平板形层流，可增强钻井液在近水平煤层钻孔中的携岩效果。

可降解钻井液的生物降解作用机理

所谓降解，是指在物理因素、化学因素或生物因素等的作用下聚合物分子量降低的过程。从实用的角度出发，聚合物降解可分为热降解、机械降解、光化学降解、辐射化学降解、生物降解及化学降解等不同的引发方式［17］。下面以胍尔胶为例，阐述生物酶降解聚合物的作用机理。

胍尔胶属于半乳甘露聚糖类，所用胍尔胶分子主链由β1，4糖甙键将D甘露糖单元连接而成，D半乳糖取代基通过α1，6糖甙键接在甘露糖主链上，沿甘露糖主链随机分布，半乳糖与甘露糖单元之比约为1∶。半乳甘露聚糖特异复合酶可有效地水解半乳甘露聚糖，它由两种O键水解酶组合而成，两种酶的降解机理如图2所示。

第一种O键水解酶是α半乳糖甙酶(蜜二糖酶)，专门作用于半乳糖取代基，可用来水解末端的非还原性αD半乳糖甙键。第二种O键水解酶过去常用来分解胍尔胶分子，在此专门作用于甘露糖主链，这种水解酶被称作β1，4甘露聚糖环内水解酶，可随机水解β1，4D甘露糖甙键［18］。

后续室内实验采用的酶制剂是几种生物酶的复配物。特种酶1号(SE1)以纤维素甙键特异酶和半乳甘露聚糖特异复合酶为主，特种酶2号(SE2)和特种酶4号(SE4)以半乳甘露聚糖特异复合酶为主。

图2 胍尔胶糖甙键特异酶的降解机理

3 可降解钻井液的室内试验

降粘效果评价

在理论分析基础上，进行了生物酶降解聚合物的室内实验，以钻井液流变参数为主要评价指标，用几种特种酶来降解单一聚合物或复配聚合物。将生物酶分别加入单一聚合物和复合聚合物中，研究生物酶对这些可降解钻井液的降粘效果，将表观粘度(AV)、塑性粘度(PV)和动切力(YP)随时间的变化关系绘制成曲线如图3～图5所示。

图3 胍尔胶钻井液的降粘曲线

单一聚合物钻井液

从图3可以看出，在特种酶SE1的作用下，在之内，质量浓度为的胍尔胶钻井液的表观粘度从·s降低到5mPa·s。塑性粘度和动切力也呈现出类似的变化规律。

图4 羧甲基纤维素钻井液的降粘曲线

图5 复配聚合物钻井液的降粘曲线

由图4可以看出，在特种酶SE1的作用下，在之内，质量浓度为的羧甲基纤维素钻井液的表观粘度从·s降低到6mPa·s。

由于特种生物酶SE1同时含有纤维素甙键特异酶和半乳甘露聚糖特异复合酶，它对胍尔胶和羧甲基纤维素均有较好的降解效果。

复配聚合物

从图5可以看出，在特种酶SE2的作用下，在46h之内，由质量浓度为羧甲基纤维素和胍尔胶组成的复合聚合物钻井液的表观粘度从·s降低到5mPa·s。随着时间的变化，塑性粘度和动切力也按类似的规律下降。

由图3～图5可以看出，在生物酶作用下，聚合物能实现有效的降解，聚合物大分子逐渐断链变成小分子，钻井液粘度降低，在煤储层中的流动性增强，从而恢复煤层气解吸释放的通道。

滤饼清除实验

实验目的是通过观察可降解钻井液滤饼在生物酶破胶剂(和无机酸)的作用下滤饼表面的变化情况、考察滤饼的解堵效果(结果分别如图6～图7所示)。可降解钻井液的配方如下:

配方1:400ml水+(调节pH)，先后采用的SE4溶液和5%HCl浸泡滤饼。

配方2:400ml水+膨润土，采用溶液浸泡滤饼。

配方1的滤饼清除实验结果如图6所示，可以看出:单独使用生物酶SE4只能清除该套体系中的CMC(图6b)，而对CaCO3等影响不大。当用5%HCl浸泡2h后，滤饼变得非常薄，说明CaCO3已与HCl充分反应［11］。

图6 滤饼的外观变化图

按照配方2所配制钻井液的滤饼清除实验结果如图7所示。由于这种配方中只有CMC这种聚合物，在用JBR溶液浸泡5h后，可降解钻井液的滤饼已基本降解完全。

图7 JBR作用下可降解钻井液(配方4)滤饼清除情况

煤岩气体渗透率测试

煤矿井下瓦斯抽放的最终目的就是恢复煤层的渗透率，获得较高的瓦斯抽放量。因此，渗透性的恢复对于可降解钻井液而言是一个更加直接的衡量指标。采用JHGP智能气体渗透率和JHLS智能岩心流动实验仪对可降解钻井液进行渗透性恢复实验，实验步骤详见参考文献［11］。

煤岩气体渗透率测试结果(表1)表明:晋3煤样经过“污染—生物酶降解—酸化”三个阶段，其渗透率表现出“下降—上升—上升”的趋势，而且经过生物酶降解和酸化(也包括之前的加热处理)之后，煤岩的气体渗透率甚至超过了污染前的气体渗透率(如图8所示，推测盐酸亦与煤岩中的方解石和白云石发生反应，增大了煤岩孔隙裂隙)，这也证实了“生物酶降解—酸化处理”的综合解堵工艺是有效的，有利于提高煤层气藏的采收率。

表1 煤岩气体渗透率

注:①下游压力(出口压力)为(即1个大气压);②△K=(K4－K1)*100/K1。

图8 不同处理阶段煤岩平均气体渗透率变化情况

4 结论

论文在理论上分析了可降解钻井液的护孔作用机理和生物降解作用机理，并通过流变性评价、滤饼清除实验和煤岩气体渗透率测试等实验手段对可降解钻井液进行了综合研究，主要得出以下结论:

(1)可降解钻井液的降解性能人为可控，能适合煤矿井下作业环境;

(2)生物酶降解加盐酸酸化的双重解堵措施可有效地清除可降解钻井液对煤层气储层的伤害，并能恢复甚至提高煤岩气体渗透率(增幅在～之间);

(3)研究成果可以解决松软煤层瓦斯抽采孔钻进工作中护孔与储层保护的矛盾问题，也可为煤层气垂直井、水平井和分支井的钻井工艺优化与产能提高提供重要的理论和技术基础。

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何灵芳刘大锰姚艳斌李鹏张百忍

(中国地质大学北京能源学院北京100083)

摘要:从地质—地球物理角度看，煤层孔隙或裂缝发育带的存在势必引起地震波速度或(和)密度的变化，因此波阻抗数据体能很大程度上反映煤层气储层孔渗特征。文章利用约束稀疏脉冲反演对樊庄－郑庄区块3#煤层进行了孔渗特征的研究。研究区3#煤层孔隙度相对较小，分布范围1%～7%，主要受煤变质程度控制;郑庄区块的渗透率均值为，而樊庄区块渗透率均值则为，相对郑庄区块要高一些。研究区渗透率非均质性较强，受孔隙发育影响较大，同时也受埋深等其他因素的影响。

关键词:樊庄郑庄波阻抗反演煤储层孔隙度渗透率

基金项目: 国家科技重大专项课题 ( 2010ZX05034 －001) ，国家重大基础研究计划课题 ( 2009CB219604) ，国家自然科学基金项目 ( 40972107) ，中石油创新基金资助 ( 2010D －5006 －0101) 。

第一作者: 何灵芳，硕士研究生，石油与天然气工程专业，主要从事煤层气勘探与开发研究。

Email: bqgcan@ 126. com; Tel: 010 － 82320892

Application of Wave Impedance Inversion on Porosity and Permeability Characteristics in Fanzhuang-Zhengzhuang Block

( HE Lingfang Liu Dameng YAO Yanbin LI Peng ZHANG Bairen)

( School of Energy Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，china)

Abstract: According to geological-geophysical theories，the existence of pore-fracture belt in coal seam can cause the changes in speed or ( and) density of seismic wave. Thus，the wave impedance data cube largely re- flects the characteristics of coal reservoir porosity and permeability. In the paper，the constrained sparse spike in- version ( CSSI) was used to study porosity and permeability characteristics of No. 3 coal seam in Fanzhuang- Zhengzhuang block. The No. 3 coal porosity in the study area is small ( ranging from 1% to 7% ) and mainly con- trolled by the coal metamorphism grade. The averaging permeability value of coals is 0. 12 mD in Zhengzhuang block and is relatively higher in Fanzhuang ( 0. 49 mD) . The coal permeability in the study area is intensely het- erogeneous，and is mainly influenced by the pore development and burial depth etc.

Keywords: Fanzhuang-Zhengzhaung; wave impedance inversion; coal reservoir; porosity; permeability

1 前言

煤储层既是生气层又是储气层，因而煤的储气性能在煤层气评价中起着至关重要的作用(胡宝林等，2003)。孔隙、裂隙性质直接受控于自身的物质组成和结构特征，是煤层气的储存和渗流空间，煤储层孔渗发育好坏直接影响煤层气开采效果，因此煤层气储层孔隙度、渗透率的研究有着重大意义。

沁水盆地是我国典型的高煤阶含煤盆地，在沁水盆地南部发现了沁水高煤阶煤层气田，虽然煤层气资源丰富，但储层非均质性强，储层物性差异大。赵贤正等(2011)研究发现沁水南部高煤级煤储层含气性、渗透率在水平空间展布及垂向尺度分布上均具有明显的差异。Yao等(2008;2009)将煤基质孔隙可分为吸附孔和渗流孔，认为吸附孔的非均质性对煤吸附甲烷具有显著影响，而渗流孔的非均质性能显著影响煤的渗透性。前人都是通过压汞实验和低温氮吸附等实验对煤样进行分析，从而研究煤储层的孔渗特征(唐书恒等，2008;赵兴龙等，2010)，但是由于煤储层的强非均质性，实验的研究结果对于全区的孔渗特征预测有一定的局限性。因此，笔者运用地震资料进行波阻抗反演对樊庄郑庄区块的孔渗性进行预测。

近年来，地震技术在储层研究中应用较多，但是由于带限地震子波的干涉效应以及地震剖面无法提供地层的岩性特征和物性特征，地震资料解释面临困难，为了克服上述困难，需要利用地震资料反演技术。崔若飞等(2008)指出波阻抗反演技术是岩性地震勘探的重要手段之一，它能把具有高纵向分辨率的已知测井资料与连续观测的地震资料联系起来，实行优势互补，大大提高地震资料的纵、横向分辨率和对地下地质情况的勘探研究程度。张永升(2000)认为以波阻抗为基础进行的油藏参数估计(如孔隙度、渗透率等)比用地震振幅方法得到的更可靠、更准确。因此，基于波阻抗反演的煤储层孔渗特征研究是可行的。

2 波阻抗反演技术

波阻抗反演原理

裂隙的发育也会对煤层的体积密度和速度造成影响，含气裂隙使得体积密度和层速度降低，而充填裂隙使得体积密度和层速度增加。煤层波阻抗的变化程度(即波阻抗梯度)可以反映煤储层的裂隙发育程度，从而反映出煤储层的渗透性。因此，沿煤层提取的煤层波阻抗梯度数据可以反映煤层含气裂隙发育情况及渗透性。

稀疏脉冲反演建立在一个趋势约束的脉冲反演算法上，其基本出发点是地下的强反射系数界面不是连续分布的而是稀疏分布的。约束稀疏脉冲反演的主要目的是利用约束井资料及地震反射系数建立声波阻抗数据体(王权锋等，2008)。稀疏脉冲反演认为地震反射系数是由一系列大的反射系数叠加在高斯分布的小反射系数的背景上构成的，大的反射系数相当于不整合界面或主要的岩性界面。它的目的是寻找一个使目标函数最小的脉冲数目，然后得到波阻抗数据。

波阻抗反演步骤

初始波阻抗模型

初始波阻抗模型是测井约束反演的基础，为了减少其最终结果的多解性，提高研究成果的可靠性，建立尽可能接近实际地质条件的波阻抗模型是关键。测井资料在纵向上详细揭示了岩层的波阻抗细节，地震记录则连续记录了波阻抗的横向变化，二者的结合，为精确地建立空间波阻抗模型提供了必要的条件。建立波阻抗模型的过程实际上是将横向上连续变化的地震界面信息与高分辨率测井信息相结合的过程。地震层位是建模的基础，可以根据测井曲线标定的结果，在地震剖面上自动或手动拾取目的层位。首先通过井旁地震道与合成记录的相关性对测井曲线进行纵向的拉伸和压缩，当相关系数达到一定的标准时，就可以获得井的初始波阻抗。然后在地震层位和地质模式的约束下，选取适当的插值方法，对井的初始波阻抗进行内插和外推，建立初始波阻抗模型。

绝对波阻抗反演

经过前期大量的准备工作，处理获得合理的时深关系曲线，运用校正过的测井数据及精细的解释层位，建立地质框架模型，通过调整模型与相对波阻抗高低频分量，使模型数据体与相对波阻抗数据体进行叠加，得到最终的绝对阻抗体。

反演处理的过程是不断修正完善的过程，当反演出一次结果后，处理、解释人员就紧密结合在一起，根据掌握的地质、测井、生产等资料对反演效果进行仔细的对比分析，反复循环处理，直到获得符合本区地质储层变化规律的波阻抗剖面为止。

3 波阻抗反演技术应用实例

区域地质概况

本项目研究区域位于沁水盆地的南部(简称为沁南)，主要分布在屯留—安泽一线以南地区，西起寺头断层，东、南以煤层露头为界，包括樊庄和郑庄两个区域。构造上，研究区位于沁水盆地复向斜南部的翘起端。区内主要断裂为寺头断层，自南向北，走向由近NE向转为近SN向，倾向NWNWW，倾角70°，断距最大350m左右，性质为正断层，受区域构造应力的作用，该断层具有张扭性特征，断裂两侧伴有羽状张性小断裂。全区断层数量较少，规模小。只有寺头断裂横穿整个区域，其余均为小型的正断裂。与郑庄相比，樊庄小断层较发育(图1)。研究区内沁水盆地沉积地层有长城系下部、寒武系、奥陶系中统、石炭系中上统、二叠系、三叠系和新近系地层，含煤层系主要位于上石炭统的太原组和下二叠统的山西组，共含煤6～11层，其中太原组主要发育8#、9#和15#煤层，山西组主要为2#和3#煤层，本次研究的目标层位为3#煤层。

波阻抗反演结果

孔隙度

孔隙度是煤储层物性的重要参数，研究区探井显示3#煤储层孔隙度最低为3%，最高为，一般在5%以下。在波阻抗反演模型的基础上，将反演波阻抗数据体与探井上的孔隙度数据做交汇图进行相关性分析，可以得到波阻抗与孔隙度的对应关系(表1)。

通过以上方法得到的孔隙度与波阻抗的对应关系，结合其他没有探井资料的测线上的波阻抗数据，可以得到每个测线的孔隙度，最后通过插值法得到整个区域的孔隙度的平面图(图2)。

渗透率

试井显示沁南地区3#煤层的渗透率，大多分布在～之间，其次在～和～之间，表明沁水盆地南部煤层具有相对较好的渗透性。

图1 樊庄郑庄区域地质图

表1 波阻抗和孔隙度转换关系数据表

本次研究同样根据波阻抗数据，制作交汇图显示其与渗透率的相互关系，并得到波阻抗与渗透率的转换关系(表2)。最终通过插值法运用到全区，预测全区的渗透率分布情况。

表2 波阻抗和渗透率转换关系数据表

图2 3#煤层波阻抗预测孔隙度平面图

4 孔渗发育主控因素分析

孔隙度

依据波阻抗反演预测结果与实测结果相结合，做出沁南郑庄樊庄区块煤层孔隙度图(图4)。图中可以看出研究区沁南孔隙度相对较小，分布范围1%～7%。刘大锰等(刘大锰等，2010)统计发现，华北晚古生代煤的孔隙发育主要与煤的变质程度有关。随着煤的镜质组平均随机反射率(Ro，r)的增高，煤的氦测孔隙度呈高—低—高的变化规律。分析全区的预测结果发现，孔隙度大于的区域约占全区面积的20%，孔隙度低于的区域约占全区面积的35%。

渗透率

郑庄3#煤层渗透率普遍较低(图3)，煤层渗透率平均约为，樊庄区块的煤层渗透率稍高，平均为，即使在同一地区，煤层渗透率差别也比较大，郑庄区块，最大渗透率为，最小为;樊庄区块最大为，最小为。

裂隙是煤层气运移的通道，是煤层渗透性的主要影响因素。据Palmer等(1998)的研究，煤储层渗透率是孔隙度的三次幂的函数，孔隙度的大小对煤储层的渗透性意义重大。对比图2和图3可以看出，孔隙度发育良好的区域对应的渗透率也比较大，因此，研究区渗透率受孔隙度影响很大。

煤体结构与煤层的渗透性密切相关，一般认为，原生结构煤和碎裂煤是煤层气开发比较理想的煤体结构类型;而碎粒煤和糜棱煤由于煤体破碎，裂隙形态破坏，煤层渗透性差，而被视为非渗透性煤层。寺头断层周边地区由于断层使得煤层破裂，渗透率较其他地区更低(图3)。

图3 3#煤层波阻抗预测渗透率平面图

图4 郑庄樊庄区块煤层孔隙度

煤层埋藏深度对渗透率的制约机理是应力问题。随着煤层埋藏深度的增大，煤层所承受的地应力增大，地应力增大会导致煤层裂隙闭合，使得煤层渗透率降低。因此煤层渗透率具有随埋藏深度增大而逐渐减小的趋势。郑庄樊庄区块煤层埋深由东向西逐渐增加，郑庄区块3#煤层可达1200m以上(图5)。但从郑庄樊庄区块3#煤层的实际情况来看，郑庄的渗透率要普遍好于樊庄，可能的原因是郑庄区块后期的断裂活动。断层等构造的发育使得煤层的物性发生了较大改变。

图5 郑庄樊庄区块煤层埋深图

煤储层不仅受上覆岩层的压力作用，而且还受水平地应力的作用。垂向地应力对储层压力的影响主要是由煤层上覆岩层厚度的增加引起的。而在水平方向上，煤储层处在区域性的构造应力场中，受水平构造应力的作用，因此，水平主压应力越大，储层压力也就越高。同时，煤层渗透率是一种应力敏感性储层参数，注入/压降试井测试以及研究表明，煤层渗透率与地应力呈负相关关系。由于煤层是一种典型的双重介质、双孔隙度的储层，裂隙孔隙度是决定煤层渗透性的关键因素，地应力增大带来的直接后果就是煤层裂隙宽度变小甚至闭合，从而降低煤层的渗透性;另一方面，煤层本身塑性较强，地应力增大使煤体被压缩，导致基质压缩，基质渗透率降低。煤层地应力自研究区四周向内部增大，其变化趋势与煤层埋深等值线一致。在研究区东南部煤层埋藏较浅的地区，地应力也普遍较低，多在10MPa以下，在西部及北部，煤层埋藏深，地应力高，多超过10MPa。郑庄区块煤层地应力要大于樊庄区块(图6)，这也合理的解释了郑庄渗透率高于樊庄的原因。

5 结论

沁南郑庄樊庄区块3#煤层孔隙度相对较小，分布范围1%～7%。煤的孔隙度发育主要与变质程度有关，一般肥煤和焦煤的孔隙度最低，瘦煤以上有所增高。构造发育会影响煤的孔隙度发育。

沁南郑庄樊庄区块3#煤层渗透率较低，并且受到多种因素的影响。郑庄区块渗透率平均值为，而樊庄区块渗透率均值则为。渗透率具有较高非均质性，即使在同一地区，渗透率差异也很大。影响渗透率的主控因素以孔隙度发育程度最为显著，其他因素如埋深，地应力以及媒体结构对渗透率也有一定的影响。

波阻抗反演在研究区内的应用取得的较好的成果，说明在勘探程度比较低的地区，约束稀疏脉冲反演技术能较好的将测井、地震资料相结合，较准确的预测煤储层的孔渗特征。

图6 3#煤层地应力等值线图

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