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1、致 谢时光飞逝，三年的读研生涯即将接近尾声。再回首，往事依旧。我在xxxx大学所经历的每一分每一秒似乎都历历在目，清晰可见，但天下没有不散的筵席，此刻我唯有感激，感谢你们一路伴我成长。首先，我要对我的导师XXX老师说一声谢谢，从研究方向的选择、论文的选题到论文撰写、审校和定稿都是在XXX教授的悉心指导下完成，倾注了XXX老师的大量心血和精力。XXX老师学识渊博、治学严谨，是我在生活和学习的楷模。他在百忙之中对我论文的写作给予了耐心细致的指导，逐字逐句的进行修改；对我严格要求，经常督促我不断进取，并为我提供了宽松的学习环境和良好的学术平台。在此，向X老师致以最诚挚的敬意。其次，感谢XXX教授、X
2、XX副教授和XXX副教授在论文选题、实验和写作中提出了的宝贵意见和建议。感谢师兄XX、师兄XX、师兄XX、师兄XXX和师姐XX对实验和写作的指导，感谢师弟XX、师弟XX和师弟XX冒着酷暑陪我在实验室度过了一天又一天的炎炎夏日，帮我完成了实验。师兄弟在一起求学的日子里的相互鼓励和帮助，让我的生活充满微笑与感动！再次，我要感谢我的室友XXX，我们一起朝夕相处的三年时光，将谱写进我致青春中最美丽的篇章；我要感谢我的同窗好友们，谢谢你们在学习上对我的帮助和生活中的点滴关心，希望在以后的道路上，我们能够互相帮助，共同前行。最后，我要感谢我的家人，没有你们，就没有今天我所取得的成绩。感谢爸妈为我倾注的半生
3、心血，是你们的操劳换来今天我所拥有的一切；感谢我的亲人们，你们对我的照顾与包容让我体会到血浓于水的亲情。摘要煤系中除了煤层气之外，还有丰富的页岩气和致密砂岩气，三气合采在中国已经成为一种具有潜在发展前途的技术，如何将这些不同类型的储层一体化改造，是制约这一技术推广应用的关键，所以研究煤系气储层力学地层学特征及其可改造性评价具有重要意义。为此，本文采用现场调研、取样、实验室测试和理论分析的研究方法，对煤系气储层可改造性进行了系统分析，得出以下结论：（1）通过钻井资料、岩芯观测的岩石结构、构造、岩性等结合测井资料解释识别沉积相，确定副层序、副层序组构建体系域，从而建立层序地层格架，并将研究区煤系气
4、储层按照体系域划分为海侵体系域煤系气储层、高位体系域煤系气储层和低位体系域煤系气储层三大类，通过对比同一岩性在不同的沉积环境具有的特征分析研究区煤系气储层特征。（2）力学地层学特征主要分为岩体力学和流体力学两个方面。岩体力学地层学方面：利用测井资料对宿南地区下石盒子组的煤岩及其顶底板和泥页岩储层的力学参数进行计算，结果表明致密砂岩具有比泥页岩更强的可改造性；抗压强度计算结果表明，细砂岩具有最高的抗压强度，其次为粉砂岩、砂质泥岩、泥岩；破裂压力计算结果表明，改造层段内不同储层的破裂压力相近。流体力学地层学方面：测井结果显示，所有储层的孔隙度都偏低；整体上煤层渗透率低于页岩储层渗透率；层段内各岩层
5、的含水饱和度为8%72%，其中粉砂质泥岩的含水饱和度最高，其次为粉砂岩、细砂岩和泥岩，煤的含水饱和度最低，在该含水饱和度条件下，不会对改造造成太大影响；煤层含气量都不低于10 cm3/g，且含气饱和度都在80%以上，具有较好的开发前景，通过对各岩层含气量进行预测，结果显示含气量较高，具有良好的可开发价值。（3）通过考虑储层的井控煤系气资源量、单一储层的可改造性、渗透率和排量对水力压裂的影响以及渗透率和破裂压力对水力压裂的影响四个方面评价煤系气的可改造性。结合煤层实测含气量与岩层预测含气量，对研究区主采煤层进行含气量估算，单井控制面积0.1 km2范围内，总的煤系气资源量为37.71106 m3
6、，该资源量足以满足商业开发的要求。砂岩层的可改造性最强，其次为泥岩，而煤层的可改造性最差；该井6号煤层和7号煤层多为原生结构煤，具有良好的可改造性，而8号煤层为糜棱煤，不具可改造性；大排量可以克服不同渗透率储层之间的层间矛盾，使压裂液在不同储层中分布更均匀，从而实现整体的水力压裂；水力压裂泵组的泵压大于煤岩体破裂压力和压裂阻力之和，以目前的经济技术条件完全能够实施。关键词：煤系气储层；力学地层学；可改造性；宿南地区Abstract There are abundant shale gas and tight sandstone gas in coal measure strata, besid
7、es coalbed methane, three gas co-exploration has become a potential and promising technology in china. How to integrate and stimulate these different types of formations is the key obstacle that restrict the promotion and application of this technology, so the mechanical stratigraphy of coal gas res
8、ervoir characteristics and can be modified evaluation is of great significance.Therefore, this paper adopts the research methods of field investigation, sampling, laboratory test and theoretical analysis to systematically analyze the reconstructibility of coal-measure gas reservoir, and draws the fo
9、llowing conclusions: (1) By drilling data, core observation, rock structure, structure, lithology combination logging data interpretation, such as recognition of sedimentary facies, determine the vice sequence, sequence group build system domain, thus established the sequence stratigraphic framework
10、, and the coal gas reservoir in the study area according to the system domain is divided into transgressive systems tracts of coal gas reservoir, highstand system tract of coal gas reservoir and lowstand system tract three types of coal gas reservoir, by comparing the same lithology in different sed
11、imentary environments with the characteristics of the analysis of coal gas reservoir characteristics in the study area.(2) Mechanical stratigraphy is mainly divided into two aspects: solid mechanics and fluid mechanics.In terms of solid mechanical stratigraphy, mechanical parameters of coal rocks, r
12、oof and floor and shale reservoirs in the study area were calculated by using logging data.The results show that fine sandstone has the highest compressive strength, followed by siltstone, sandy mudstone and mudstone.The results of fracture pressure calculation show that the fracture pressure of dif
13、ferent reservoirs in the reformed interval is similar.Hydrodynamics stratigraphy: logging results show that the permeability of coal seam is lower than that of shale reservoir.The water saturation of each rock layer in the interval is 8%-72%, among which silty mudstone has the highest water saturati
14、on, followed by siltstone, fine sandstone and mudstone, and coal has the lowest water saturation. Under such water saturation conditions, the transformation will not be greatly affected.The theoretical gas content of coal is not less than 10cm3/g, and the gas saturation is more than 80%, which has a
15、 good development prospect. Through the prediction of the gas content of each rock, the results show that the gas content is high, with a good value of opening.3) the reconstructibility of rock and coal is analyzed from four aspects of reservoir fracturing, water sensitivity, Mosaic resistance and c
16、oal-rock structure.According to the analysis of the brittleness condition of the reservoir, sandstone has the highest reformability, followed by mudstone, and coal has the worst reformability.The use of 1.0%KCI+0.05%AN low-damage fracturing fluid can effectively inhibit reservoir water-sensitive inj
17、ury.Sandstone in the south of hunan has the strongest proppant Mosaic resistance, followed by sandy mudstone and mudstone, while coal has the weakest proppant Mosaic resistance. Therefore, priority should be given to the reconstruction of rock reservoirs with strong Mosaic resistance.By testing the
18、permeability of coal and medium sandstone under different coaxial loads, the results show that the reformability of sandstone is better than that of coal.Keywords: coal measures gas reservoir; Mechanical stratigraphy; Reformability; Sunan region目 录1 绪论11.1 研究目的与意义11.2 国内外研究现状21.2.1 煤系气储层层序地层学研究现状21.
19、2.2 煤系气储层力学地层学研究现状41.2.3 煤系气储层可改造性评价51.2.4 存在问题81.3 主要研究内容81.4 创新性及技术路线81.4.1 创新性81.4.2 技术路线82 层序地层学特征112.1 储层地质特征112.1.1 地质背景112.1.2 储层矿物组成122.2 层序界面的识别132.2.1 层序界面的识别142.2.2 初始海泛面的识别标志142.2.3 最大海泛面的识别标志142.3 层序地层划分及层序地层格架142.4 不同体系域煤系气储层特征162.5 本章小结243力学地层学特征253.1岩体力学地层学特征253.2流体力学地层学特征293.3 本章小结3
20、44 煤系气一体化开发可改造性评价354.1井控煤系气资源量354.2 单一储层的可改造性374.2.1 泥页岩和致密砂岩储层的可改造性374.2.2 煤储层的可改造性394.3渗透率差异对煤系气储层改造的影响414.4破裂压力差异对煤系气储层改造的影响434.5 本章小结465 结论与展望495.1 主要结论495.2 展望49参考文献511 绪论1.1 研究目的与意义随着我国经济结构调整、环保力度加大，清洁能源的需求量将进一步提升，煤层气等非常规天然气的勘探开发也将迎来重要机遇。我国计划到2020年时将煤层气地面产量提升到100亿立方米，这对于煤层气行业的发展而言面临着挑战和机遇 1。只有
21、将煤层气开发由单一的煤储层改造向煤系气三类储层联合改造转化，实现煤系三气共采，才能加速我国煤层气产业化开发的进程。煤系三气共采不仅克服了软煤不可改造和硬煤抗压强度低、支撑剂容易镶嵌的缺点，同时还获得了煤系气中的泥页岩气和致密砂岩气，作为煤层气的补充2-3，达到了事半功倍的效果。煤系三气联合改造是目前中国煤层气行业的必然发展趋势，有望加速中国煤层气产业化开发的进程。煤系气是由整个煤系中的生烃母质在地质演化过程中生成的、并保存在煤系各类岩层中的、以甲烷为主的所有天然气。根据其赋存岩性可分为煤层气、泥页岩气和致密砂（灰）岩气等47。煤系气储层是指含煤岩系中发育的煤层、泥页岩层和致密砂岩层8。煤系气由
22、于其巨大的资源潜力吸引了世界各国的高度关注9。我国煤系气资源量巨大，其中煤层气地质资源量为 36.81012m3，可采资源量为 10.91012m39，海陆过渡相和陆相页岩气资源量为 16.81012m310，致密砂岩气的地质资源量约为（17.425.1）1012m311，随着地质学理论的成熟和勘探开发活动的深入，人们逐渐认识到煤系泥页岩和致密砂岩中赋存有一定量的非常规天然气，部分地区已经超过煤层气的资源量12-15。所以在开采煤层气的同时，不能忽视致密砂岩气和页岩气。在常规天然气储量不断递减的今天，非常规天然气的勘探开发无疑对缓解能源紧张的局面具有重要的现实意义10-11。煤层气、页岩气和致
23、密砂岩气这三种气中，煤层气资源最为丰富，研究程度最高，部分国家和地区已经实现了商业化开发，已经基本形成了自身的理论和技术体系。但是，煤系页岩气和致密砂岩气的研究才刚刚起步，煤系三气储层一体化开发可改造性还有待进一步探讨16。煤系气储层包含不同类型的储层，这些储层由于岩石力学性质的差异较大，导致煤系气储层可改造性难度增加。为此，本文通过层序地层学研究了煤系气储层空间叠置关系，通过对比同一岩性形成于不同的沉积环境具有不同的特征分析煤系气储层特征，查明研究区岩石力学特征，为该区后续的煤系气储层改造奠定基础。论文的研究具有以下两重意义：（1）查明不同成因类型煤系气储层特征，明确有利储层分布区，为该地区
24、进一步开发煤系气提供理论依据；（2）通过研究煤系气储层固体力学和流体力学特征评价煤系气储层的一体化改造，为我国由煤层气向煤系气开发提供了实践经验。1.2 国内外研究现状1.2.1 煤系气储层层序地层学研究现状Sloss早在1948年北美地质学会年会的沉积相和地质历史研讨会上就使用了层序的概念，当时称为地层层序，随着Sloss在1963年发表的“北美克拉通内的层序”一文，这一概念得到了进一步强化，但是始终没有形成一套完整的理论。上世纪70年代中期到80年代中期，地震地层学在此期间得到了快速的发展，层序地层学得以在地震地层学理论基础上，于1977年由美国Rice大学P.R.Vail教授及休斯顿Ex
25、xon公司的同行们提出，经C.K.威尔格斯等编著的Sea Level Changes：An Integrated Approach完善而形成的一门新学科，被誉为当代地球科学领域里的一场革命17。上世纪90年代以来，层序地层学理论研究及其应用进入了全面发展的新时期，产生了许多新学科分支和形成了不同的理论学派。在理论上，目前层序地层学派中大致有4种层序划分理论，其一是以Vail为代表，以地层不整合或与该不整合对比的整合界面为层序的边界。该理论主要利用地震资料来解释地震地层，通过地震反射确定界面的形态和分布，再根据在层序内与层序不整合界面的关系来解释沉积体系与沉积体系域，着重强调层序发育的主控因素是
26、全球海平面变化。其二是以Galloway为代表，以最大洪泛面及其对应的沉积间断面为层序的边界，主要利用钻井的资料分析沉积体系，然后在确定的三维相格架内分析寻找层序界面，着重强调层序是在相对基准面或构造稳定时期沿盆地边缘沉积的一套沉积物组合。其三是以Johnson为代表，以地层不整合或海进冲刷不整合为界面的海进一海退旋回。其四是Cross理论，该理论引用并发展了Wheele提出的基准层概念，认为地层基准面是受海平面变化、构造沉降、沉积负荷补偿、沉积物补给，以及沉积地形等综合因素的约制，因此，地层基准面旋回是控制地层层序形成并进行层序划分的一把钥匙。根据这一原理，在实际工作中，则进一步强调体积划分
27、原理，相分异原理和旋回等时对比原则的应用18-20。尽管这些学派用于层序对比的界面有所差别，但是，相同之处在于都强调了全球海平面的升降、构造沉降等因素引起的可容纳空间的变化同沉积物的供应之间的关系对层序的控制作用21。上世纪80年代，层序地层学得到了我国地质工作者的重视，层序地层学概念、理论基础先后得到了系统地介绍22-24，随后这一理论在石油、煤田、盆地分析方面进行了许多开拓性的工作25,26。层序地层学是“研究一系列以侵蚀不整合面或无沉积作用面及与之可对比的整合面为界的、具有旋回性的、成因上有联系的，并可置于年代地层格架内的沉积岩层关系的一门地层学分支学科”27-31。其研究的主要任务是以
28、沉积盆地的地质特征为出发点，以层序地层、沉积体系特征为研究主线，综合运用岩心、测井、地震和古生物资料，对盆地进行层序单元划分、对比与分析划分沉积体系类型、研究分布规律对储集岩分布与沉积相的关系进行分析，查明砂岩体在三度空间的展布规律提高生油中心与储集体的预测精度。总之，层序地层学的核心是确立不整合界面及其相应的整合面，建立年代地层对比格架，进而预测年代地层框架内的地层岩性与岩相展布特征32-36。上世纪90年代以来，越来越多的煤田地质学家在层序地层学思想影响下将层序地层学与旋回地层学相结合，从而建立层序地层格架、旋回序列及其所反映的海平面变化规律等37-40。这些成果为含煤地层年代地层学、旋回
29、性及盆地演化等研究提供了可靠依据，聚煤作用理论也得到了进一步的发展。近年来由于层序地层学的不断发展，其在煤系地层展布、沉积环境研究、聚煤规律、地层与煤层的对比中起到了重大的推进作用。大面积稳定的厚煤层作为含煤地层中的个等时面，可以用于含煤地层或煤层的区域对比41-44。煤层厚度、煤质、显微煤岩组成等受成煤植物类型、埋藏深度、沉积供应速率和基准面变化速率等因素的控制，可作为煤层对比标志。一般认为，最大海泛期利于形成大区域性分布的厚煤层45-46，或者说在最大海侵点处或其附近常常出现大面积分布的厚煤层 45-49，许多煤田地质学家认同该观点。同时也有学者指出，煤层底板的根土岩是基底暴露期间形成的古
30、土壤，代表一定的沉积间断48,50-52。目前，层序地层学的理论和方法在煤层气勘探中应用，主要集中在探讨层序内部煤层气的生、储和保存条件的配置关系，以及不同体系域中煤层物性之间存在的差异53-55。整体而言，煤层气的生、储和保存条件都较好的是海侵体系域储层54，并且常常发育封盖能力最强的直接区域封盖55。在煤层气赋存的研究中则主要集中在探讨层序单元内煤层气的生、储和保存条件的配置关系，及各体系域中煤层物性间之差异，其中对煤层气的生、储和保存条件最为有利的储层岩性存在于海侵体系域中，煤储层则多发育直接区域封盖，高位体系域次之，低位体系域最为不利，层序界面具导气性能对煤层气保存不利53-55。同时
31、，利用层序地层学理论和方法预测高渗煤储层的空间展布规律对于煤层气勘探和开发也是非常重要的。进入21世纪以来，层序地层学由于其先进的思想和有效的预测，被公认为一种新理论、新技术，该方法也成为油气勘探领域的主要手段56。1.2.2 煤系气储层力学地层学研究现状“力学地层学”一词被用来描述“力学单元”，它反映了由岩性、岩石学、岩石物理和力学变化引起的变形类型和强度的变化57-62。这些力学性质直接影响到各层的变形样式以及整个地层组合。力学地层学也可以在变形过程中随着环境因素（如温度、压力和流体）的变化而变化63。因此将力学地层学定义为是在层序地层格架上不同尺度上岩体力学性质的垂向非均质性。力学地层单
32、元是指相邻的一系列岩石力学性质相似的一个或多个地层单元，一般只有那些岩石成分、结构等类似的岩层才可以作为一个力学地层单元。在相对弱变形的层状沉积岩中，力学地层单元是控制裂缝发育的重要因素64-65。野外力学地层单元的划分：如果存在相当数量裂缝且绝大多数均终止于一个特殊的界面上，那么这个界面就可以被认为是力学界面66。一个层段内一般具有多个不同的力学地层单元，不同的力学地层单元力学性质的差异性可能由多种因素造成，可能是沉积阶段不同的沉积环境引起的岩性差异造成的（矿物脆性指数用来评价页岩储层的可改造性）；生物扰动作用也对沉积物具有一定改造作用，会影响到岩层的力学性质；沉积物埋藏后成岩作用又会对沉积
33、物进行改造；后期构造压力作用也会对岩层的力学性质的差异性（力学脆性指数，成因与构造双重作用造成的。从沉积学、地层学角度研究层的成因，从构造地质学角度研究层的变形，最终得出层的力学特性）。岩石性质的不均一性可以在不同尺度上被观察到，岩石的不均一性和各向异性从根本上控制着裂缝的延伸、几何特征、连通性和传导性67。地层脆性是页岩气商业开发的一个必要因素，可用杨氏模量与泊松比的关系来表示。在水力压裂的地层中，脆性不仅可以作为压裂潜力的一个指标，还可以作为裂缝导流能力受嵌入影响的一个指标。裂缝导流能力在所有地层中都是至关重要的，在富含液体的页岩体系中尤其如此，因为在该体系中，裂缝必须深入储层，同时在很长
34、一段时间内提供足够的导流能力。这说明了力学地层对不同储层类型水力裂缝发育的影响。这也说明在设计水力压裂工艺时应该考虑这些因素，从而优化产量和采收率。理解岩石的力学特性以及不同岩层如何破裂在非常规压裂中尤为重要，因为水力压裂对于获取煤系气至关重要。岩石力学性质的垂直非均质性对压裂的影响已得到很好的证明。以前的研究已经表明，力学变化岩层对时间和空间裂缝排列的影响68，以及裂缝扩展的几何形状和连通性。此外，还发现了复杂的岩石组构已被证明会直接影响裂缝的复杂性，如诱导裂缝停止和改变裂缝的扩展方向。过去的许多研究表明，在相对未变形的层状沉积岩中，裂缝的间距和高度在很大程度上是由地层学控制的，而不是断裂或
35、褶皱作用59,64,65。在这种情况下，垂直于层理的裂缝通常在地层单元内开始，并在明显的地层层位终止58。因此，裂缝间距在很大程度上取决于地层单元的材料性质和层厚69。另一方面，近年来只有少数论文61,62,70综合岩石学和岩石物理的方法，重点研究了不同沉积环境中岩石的组成、沉积和成岩特征对变形机制的影响，确定不同的构造结构、类型和排列。还有学者强调成岩作用如何随时间改变给定岩石的力学地层学性质71-72。换句话说，随着时间的推移，构造结构会发生变化，成岩作用随时间的转换可以决定主要破坏模式。总的来说，力学地层学是以地层学的方法研究不同力学地层单元在剖面上的变化规律，可以帮助我们预测地层是否可
36、以进行水力压裂，可以完成钻井的优化设计，钻孔的定位和井眼的稳定性67。1.2.3 煤系气储层可改造性评价煤系气是由整个煤系中的生烃母质在地质演化过程中生成的，并保存在煤系各类岩层中，以甲烷为主的所有天然气。根据其赋存岩性可分为煤层气、泥页岩气和致密砂（灰）岩气等8。这三种气中，对于煤层气的研究最早、开发程度也最高，并在一些国家和地区已经实现了大规模商业化开发；泥页岩储层和致密砂岩储层虽都是煤系气的良好烃源岩和储层，但对其的开发的研究刚刚起步，浅部地层（1500 m）中这两类气体的能否商业化，目前还没有定论；煤系三气储层的联合改造技术可行性还有待进一步探讨。世界上的页岩气资源丰富，却未得到广泛的
37、勘探与开发,其中的主要原因之一就是页岩的基质渗透率很低(一般小于1 nd)，勘探开发难度较大，只有少数天然裂缝特别发育且具有较好保存条件的钻井可直接投入生产，而90%以上的钻井均需要经过酸化、压裂等储层改造后才能获得比较理想的产量73。关于储层自身的可改造性，已经有许多学者进行了研究。他们通过实验室测试、数值模拟以及理论分析的方法研究了影响储层可改造性的各项参数，其结果表明储层的可改造性受到多种因素影响，包括岩石脆性、断裂韧度、杨氏模量、泊松比、矿物成分、天然裂缝分布、内聚力、内摩擦角等74-76。岩石脆性是评价储层可改造性最常用的参数，脆性高的岩石通常具有较高的杨氏模量、抗压强度，较低的内摩
38、擦角与泊松比77-79。岩石脆性可由脆性指数进行评价，脆性指数越高岩石可改造性越高80-82。然而，有学者对仅依靠脆性指数评价储层可改造性的方法提出质疑。他们认为，水力压裂所提供的形成裂缝的能量是一定的，需要高能量才能压开的储层并不具有较好的可改造性83。因而，引入了应变能释放率的概念84。应变能释放率是指新的裂缝产生过程中岩石表面单位面积上的能量耗散量，当该应变能释放率达到某一临界值Gc时，裂缝将继续延伸。故储层的临界应变能释放率越低越容易压裂，可改造性也就越好。优选可改造性最佳的储层，能够使得改造体积（SRV）最大化，并节约勘探、钻井、大规模水力压裂的成本85。众多学者对煤储层可改造性影响
39、因素进行了研究，取得了不少研究成果，其中有学者研究证实天然隙的存在对储层改造具有一定的影响86；储层改造除受地应力影响外，还受局部构造应力及先存裂隙的控制87；水力压裂是提高煤层气开采效益的主要技术手段之一，但是影响水力压裂效果的因素较多，如地应力场、煤储层本身特性、煤层顶底板特性以及压裂施工工艺等88。页岩储层可压裂性的影响因素:可压裂性是岩石地质、储层特征的综合反映，主要与地应力、岩石脆性、脆性矿物含量、黏土矿物含量、页岩强度、天然裂缝及成岩作用等因素有关89。可压裂性的影响因素包括储层厚度与埋深、页岩脆性系数、成岩作用、弹性力学参数、应力特征和天然裂缝等多个方面90。天然裂隙越发育、成岩
40、演化越深入、脆性矿物含量越高、杨氏模量越高、泊松比越低的页岩脆性较强,通常易于压裂改造91。有学者研究了矿物成分和微孔结构对泥岩储层应力敏感性的影响，指出岩石的变形主要受到岩石的组分、胶结物类型和含量、微裂缝系统、孔隙结构参数、骨架颗粒形态、接触方式、粒度分布、黏土矿物微结构等参数的影响92。页岩储层可压裂性的评价方法:国外学者通过页岩脆性指数表征可压裂性，脆性指数可以表示压裂的难易程度，反映储层压裂后所形成裂缝的复杂程度93。有学者对可压裂性做过相关分析，试图通过页岩的杨氏模量，泊松比和内摩擦角来量化表征可压裂性94；国内学者提出了基于页岩脆性、天然裂缝、石英含量、成岩作用4种影响参数建立的
41、数学模型对可压裂性量化评价95；建立以弹性模量、泊松比、抗拉强度3项岩石力学参数为自变量的可压裂性评价方法96；提出了对全直径岩心压裂后评价裂缝形态的新方法，认为压裂裂缝分布的分形维数可用于定量评价压后裂缝网络复杂度97；选择脆性系数、脆性矿物含量、黏性矿物含量、黏聚力四种参数，利用模糊综合决策法对可压裂性进行综合排序，对页岩可压裂性量化评价102；从岩石力学参数、地应力特征、脆性特征和裂缝识别四个方面评价储层可压裂性98；从致密砂岩脆性指数和断裂韧性2个方面对可压裂性进行评价，指出较高的脆性指数和较强的水力压裂造缝能力是筛选优良可压裂层段的标准99；考虑页岩断裂韧性,提出综合物质组成和杨氏模
42、量的评价方法100；提出综合脆性系数、岩石力学和工程参数三因素的模型，取得了很好的效果101。对于致密页岩储层来说，储层可改性主要是指页岩储层可压裂性，页岩可压裂性是指页岩在人工压力作用下产生次生裂隙、形成网状裂缝的能力102，可压裂性大小决定了页岩气的初始产量及最终采收率，选择可压裂性高的岩层区域进行设井开采将会大大提升页岩气的采收率103。煤层气井经过储层改造可以获得理想的产能，针对储层改造，要考虑储层的地质特点等因素，在环境破坏和经济投资最小的基础上作出适宜的储层改造方案，因此改造储层之前，有必要对煤储层可改造性进行评价。众多学者对煤储层可改造性影响因素进行了研究，其中有研究证实天然隙的
43、存在对储层改造具有一定的影响86，此外储层改造除受地应力影响外，还受局部构造应力及先存裂隙的控制87，从煤体结构及其围岩特征研究煤储层可改造性，认识到原生结构煤和碎裂煤比较适合改造，构造煤不适合改造104。 1.2.4 存在问题（1）近年来，人们逐渐把注意力集中在煤系气储层方面，关于煤系气储层特征及其与层序地层学格架之间的关系研究甚少。（2）煤层气的研究已经基本形成了自身的理论和技术体系。但是，煤系页岩气和致密砂岩气的研究才刚刚起步，煤系三气储层一体化开发可改造性还有待进一步探讨。1.3 主要研究内容（1）通过钻井资料、岩芯观测的岩石结构、构造、岩性等结合测井资料解释识别沉积相，确定副层序、副
44、层序组构建体系域，从而建立层序地层格架，并通过对比同一岩性在不同的沉积环境下具有的特征分析煤系气储层特征。（2）对煤系气储层岩石力学参数进行研究，利用测井资料对岩石力学参数（杨氏模量、泊松比、抗压强度等）进行解释，绘制岩石力学参数剖面图，且通过实验室测试储层的岩石力学性质并结合储层压力，计算储层的最小水平地应力和破裂压力，建立单井地应力剖面。（3）分析煤系气储层可改造性的影响因素，综合井控煤系气资源量、单一储层的可改造性、渗透率和破裂压力等评价煤系气储层的可改造性。1.4 创新性及技术路线1.4.1 创新性本课题研究的创新之处在于：（1）分析了同一种岩性在不同沉积环境下具有的特征，以及致密砂岩
45、在不同沉积环境下具有的电性特征。（2）综合层序地层学和力学地层学对宿南地区煤系气储层可改造性进行评价。1.4.2 技术路线本研究技术路线图见图1-1。图1-1 技术路线图Fig.1-1 The technology roadmap2 层序地层学特征2.1 储层地质特征2.1.1 地质背景宿南地区位于安徽省淮北煤田宿县矿区的南部，发育有一轴向近南北向的开阔短轴向斜，核部由老至新发育有石炭纪、二叠纪以及三叠纪地层，向斜南部仰起端型态保存相对完整，因受北西向逆掩断层的影响，向斜北部仰起端则保存的不完整（图2-1）。自加里东运动以来，宿南地区先后经历了印支期、燕山期、喜山期等多期地质构造。晚石炭世以来
46、，宿南地区以区域升降活动为主，连续沉积了晚石炭至早三叠地层。晚三叠世以来，华南板块与中朝板块发生碰撞、拼接，在产生的由南向北的挤压应力下，地层抬升，沉积中断，形成东西向的断裂；印支运动后期，华南板块与中朝板块构造作用减弱，区域构造由东西分异向南北分异转化，形成宿南向斜。侏罗纪开始，太平洋板块与欧亚板块东部发生碰撞产生剧烈的地质运动，宿南地区地层快速抬升，同时北西向西寺坡逆掩断层在宿南地区东部形成；燕山运动中后期，在拉伸构造的影响下，向斜内形成北北东向的正断层，岩浆活动也较为强烈，发生中性岩浆岩的侵入。喜马拉雅运动主要表现为对原有构造的拉展改造作用，构造应力场发生转换，使得向斜南部埋深加大，北部
47、埋深相对较浅。 图2-1 研究区位置图与71煤底板等高线图Fig.2-1 The location of Sunan syncline and 71 coal floor contour map安徽宿南地区下石盒子组地层为晚古生代总体海退背景下形成的一套以三角洲平原沉积为主的含煤岩系，在研究区内广泛分布，埋深在4472000m，厚度为3861727m，整体表现为北部厚南部薄，核部厚两翼薄的趋势。主要由浅灰色中细砂岩、灰黑色粉砂岩、泥岩、鲕状铝土质泥岩和煤层组成。下伏地层为下二叠统山西组、上覆为中二叠统上石盒子组，三者之间连续沉积。下石盒子组内以6煤组上部砂岩为界分为上下两部分：上部以灰、深灰色泥岩与灰、灰白色细粒砂岩、粉砂岩呈互层出现，偏下部以砂岩为主，含菱铁质鲕粒泥岩及菱铁矿，其底为一层灰白色厚层中粒长石石英砂岩或砂岩（为上下两部分界限），含4、5两组煤（煤层发育不稳定）。下部以灰、深灰、灰黑色泥岩、砂质泥岩为主，夹灰、灰白色细砂岩，泥岩中含菱铁鲕粒，含6、7、8、9四组煤，为宿南向斜发育最广泛的煤组，是本文重点研究层段。2.1.2 储层矿物组成（1）TOC总有机质含量(TOC)定义为岩石中有机丰富度或有机物含量，并记录为百分比105-106。有机质是成烃的物质基础，同时也是煤系气吸附赋存的主要载体，对煤系气的吸附能力产生重要的影响，因此，有机质丰度成为