基于X-ray CT与FIB-SEM的无烟煤孔裂隙发育特征

胡秋嘉，刘世奇，毛崇昊，贾慧敏，闫 玲，王 鹤，高德燚

（1.中国石油天然气股份有限公司 山西煤层气勘探开发分公司，山西 长治 046000；2.中国矿业大学 低碳能源研究院，江苏 徐州 221008；3.中国矿业大学 江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室，江苏 徐州 221008；4.中国矿业大学 资源与地球科学学院，江苏 徐州 221116；5.中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏 徐州 221116）

煤层孔裂隙是煤层气和煤层水的主要储集场所和产出通道，其成因类型、形态特征、结构特征、孔径分布特征和分形维数等，控制了煤层中气体含量、流体运移产出特征，对煤层气开发有效性具有关键意义[1-2]。然而，煤层孔裂隙成因类型复杂、孔径尺度范围广，传统实验方法，如压汞法、低温液氮/CO2吸附实验、扫描电镜观测等，难以直观、有效地获取其结构及拓扑特征，造成对煤中孔裂隙的认识不足[3-4]。计算机断层扫描（X-ray CT）成像和聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）等技术在大孔（>50 nm）和中孔尺度（2～50 nm）孔裂隙结构的直观表征和定量描述方面具有一定优势[5-6]。学者基于X-ray CT扫描成像技术初步探讨了煤与矿物显微组分中孔裂隙发育程度、空间展布特征等，并实现了煤的三维数字化描述[7-8]。学者应用FIB-SEM三维切割扫描实现了纳米尺度孔隙的直接观测，初步构建了煤和页岩的纳米级孔隙结构[9-11]。因此，以沁水盆地南部无烟煤为研究对象，基于X-ray CT扫描和FIB-SEM三维切割扫描实验，应用煤储层结构三维数字化建模方法，构建无烟煤孔裂隙网络结构模型并提取关键特征参数，探讨无烟煤孔裂隙发育特征与连通关系，为煤层气产出过程和煤储层流体流动机理的研究提供基础。