辽河油田东部凹陷煤层物性评价研究
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深度 增加 孔 隙度 表 现 出较复 杂 的变 化 规律 ， 总体 上
是随深度增加 ， 孔隙度变小 ， 而渗透率随深度增加明 显 减 少 ， 而可 以推 断 煤层 孔 隙度 的变 化 主要 是受 从
图 ２ 煤 岩 裂 缝 示 意 图
煤变 质程 度 控 制 的 ， 受机 械 压实 作用 影 响 相对 较 而
式 中 ：：粘 性 力 ， 因 ； 一 性 力 作 用 的截 面 Ｆ一 达 Ａ粘 积Ａ ｈ， ＝ Ｌ 厘米 ｖ 裂缝 中流体 的流速 ， ；一 厘米／ 。 秒 如果 我们 假设 煤岩 中流 体 以匀速 流 动 ， 么它 那 所 受 的驱 动 力 （ 与粘 性 力 （：相 加 必 然 等 于零 ， Ｆ） Ｆ） 即 Ｆ＋ Ｏ Ｆ： 。将 Ｆ和 Ｆ的计算 式代 人可得 ： ：
缝 中几乎被泥浆滤液充满 ， 因此认为其裂缝电阻率 应等效于泥浆滤液的电阻率 ， 而基质孔隙 ， 由于其 中 般不 含可 动水 ， 因此认 为其 不受 泥浆侵 人 的影 响 ，
一
Ｏ ３ ＂０ ， ． ８ １一则裂缝渗透率计算公式为 ３
Ｋ ０３ ８ ８ ３ ｒ ＝ ． ＊． ＊ ３ ３ （ ０ １）
煤层 的裂缝 是 由层 面 裂缝 与 层 间裂 缝 组成 ， 而
： ＋ ＋ ＋
Ｒｂ Ｒｙ
（） １
式 中 ：一 Ｒ 煤层电阻率测量值 ； 、 风一分 Ｒ、 、 Ｒ 别代表碳、 基质孔隙、 灰、 裂缝孔隙的电阻率值。
若 采用 双侧 向测井资料， 可以得到以下两， 子： ｆ
缝孔隙度及裂缝渗透率的计算公式 ， 编写了煤层气 测井 解释程 序 ， 把计 算结果 与测试 结果 进行 对 比 ， 并 吻合 很好 ， 为煤层 评价 提供可 靠 的参 数 。
１ 辽河油 田东部 凹陷煤层气储 层 的物 ２ 煤 层 孑 隙度 Ｌ
性 及 测 井 特征
煤 层具低 孔 、 渗特 征 ， 煤 层表 面极 大 ， 既 低 但 它 是煤 层气 的源 岩 ， 又是 其储 层 。作为 一 种非 常 规储 集层 ， 它有着 与常 规天然 储层 明显不 同的特征 ， 最重 要 的 区别 在 于 煤储 层 是一 种 双孔 隙 岩石 ， 即煤 层 中 在煤 系 地层 中 ， 层 的裂 缝 发 育情 况 与其 它 岩 煤 性 的情 况不 同 ， 煤层 的裂缝 发育情 况可 分为 两种 ， 一 是与 井 眼垂 直 的水平 裂缝 ， 称之 为层 面裂缝 ； 另一 种 是与层 面裂缝正 交或 斜交 的层 间裂缝 。采 用双侧 向
㈦
流体 在 裂缝 中流 动 的 同时 ， 还受 到 裂缝 壁 对 流
２ １ 年第 １ ０２ 期
何晓辉 ， ： 等 辽河油 田东部 凹陷煤层物性 评价研究
３ ５
较大 的变化 ， 具体 表 现 在 随 Ｒ 的增 加 ， ｏ 即随变 质 程 度增加 煤层孔 隙度 减少 。
（） ２ 埋藏深度对煤层物性 的影响。随煤层埋藏
隙三 部 分组 成 ， 中孔 隙 又 可分 为基 质 孔 隙和裂 缝 其
其中ｃ、 分别为深 、 ｃ 浅侧向电导率 ， ｃ 分别 ｃ 、 为 地层水 和 泥浆滤 液 的电导率 。
当地 层 水 电阻率 与 泥 浆 滤 液 电阻 率 相 比较 大
时 ，６ 式 又可 写为 ： （）
孔 隙（ 如图 １ 所示 ） 。图中Ｖ 、 分别为碳、 的相对 Ｖ 灰 体积 ； Ｖ分别 为基 质 和裂 缝 的孔隙度 。 Ｖ、
， （Ｒ一／ ） Ｉ ＝ １ ， ｌ Ｊ， ／ ．
时 ，６式 又可写 为 ： （）
ｒ＝
（） ７
当地层水 电阻率与泥浆滤液 电阻率相 比较小
［ （ 一／， 尺１ １ ） Ｒ ］
（） ８
所 以要 求 裂 缝 孔 隙 度 ｒ可 以 利 用 （） ） ） ， ６（ （ 求 ７８
Ｒ Ｒｃ
缝渗透率。煤层渗透率的计算我们主要采用两种方 法： 一种 是利 用 Ｆｉ ｅ Ｓｂｉ 位学 者 的研究 方法 ａ ｒ和 ｉｂｔ ｖ 两 （ 这里 简称 Ｆ Ｓ — 计算 方 法 ）另 一种 是 利用 达 西 定律 ；
推导得出的渗透率公式。 ３１ — 计 算 方法 ． Ｆ Ｓ
通过 分析研 究 大量 的辽河东 部 凹陷煤 储层测 井
厚度较大的特点 ， 据统计除了个别井 的气测全烃值
较 低外 ， 测 全烃 基 本 都大 于 ２ 而且 大部 分 煤层 气 ％，
的甲烷值较高 ， 甚至煤层 甲烷值高达 １０ ０ ％。本文总
结 了辽 河 油 田东部 凹陷 煤层 气储 层 的测 井 特征 ， 利 用煤 层双 孔 隙体 积模 型及达 西定律 推导 出了煤层裂
关键词 ： 孔隙度 ； 渗透率； 物性特征 ； 测井解释
Ｏ 引 言
辽 河坳 陷 东部 凹 陷西 起 中央 凸起 ， 至 营 口一 东
含有 由基 质孔 隙和 裂隙组 成 的双孔 隙系统 。裂 隙是 指煤 中 自然形 成 的裂 缝 。基质孔 隙是 煤 的基质块 体 单元 中未 被 固态 物 质充 填 的空 间 ， 由孔 隙和 通道 组
Ｋ （ ） ８３ ＂ ０￥ Ｃ （ ）８３ ＂ ０ ＝ Ｒ Ｆ ．３ １ ｈｈ＝ Ｒ Ｆ ． １ ３
式 中 Ｒ、 为 比例 因子 ， 以根 据 各地 区统 计数 Ｆ 可 据 求得 或 由地 区经 验 得 到 ， 可 用 实验 测得 。在 辽 也 河 油 田 东 部 凹 陷 地 区 ， 实 验 数 据 分 析 取 Ｒ Ｆ 由 ＝
３２ 基于 达西定律 的渗 透率计 算方 法 ．
一
又根据 阿尔奇 公式 ， 面两式又 可变换 为如下 形式 ： 上
般 认 为气 一 在煤 层 裂缝 中的流 动 为层 状 流 水
去ＲＲ等 ＝＋＋ ＋ ＲＲ ｃｏ ｂ 去ＲＲ等 ≥ Ｒ ｃｏｍ ｂ ｓ ＋＋ ＲＲ ＝ ｆ ＋
去 Ｒ ＋＋＋ ＲＲＲ ＝ ｏ ，
去 足 ＋＋ ＋ ＲＲ ｂＩ
ＡＣ 一 ／ 一 ／ ； ｃ ｃ 泥浆 电导率 ， ＝Ｃ Ｃ＝ＩＲ。ＩＲ … ２
层间裂缝计算方法 Ｆｉ ｅ ｉ ｉ ａ ｒ 和Ｓｂ ｔ ｖ ｂ 两位学者 已经作 了很 深入 的研究 ， 在此 采用这 两位学 者 的方 法 进行 计算 ， 即平 行 井 眼 的垂 直 裂 缝 ＡＣ（＂ ， 中 ／４ Ｃ ）其 估算裂缝空 间由ｈ＝ ｄ 计算 ， ￣ｈ 裂缝 渗透率 由
体 的粘性力 ， 流体受到的粘性力可以由下式表示 ：
小， 但对渗透率却有一定的影响， 这也解释了东部 凹 陷不 同地 区煤 层物 性存在 明显差 异 的原 因。
（） 微组 份 对煤 层 物性 的影 响 。在煤 的三 大 ３显 显微组份 中， 惰质 组 的孔 隙最 为 发育 ， 径 也 比较 孔
水 平 裂 缝 （ 图 ２ 示 ） 裂 缝 中 的 流 体 在 压 力 差 如 所 ， （ Ｐ） 动下 流动 。对 于裂缝 中截 面积等 于 ｂｈ Ｐ一 ：驱 的 地方 ， 压力 差 （广Ｐ） Ｐ ：作用 在该截 面上 的驱 动力为
Ｆ＝ Ｐ一 ： （ Ｐ） ｈ ｂ
（ 一【 箸
摘
要 ： 结 了辽河 油 田 东部 凹陷 的测 井特征 ， 总 分析 了其储 层 的物 性特征 及 物 性控 制 因素 ， 结合 前
人 的 工作 ， 出 了计算孔 隙度 和渗 透 率的方 法 ， 算 结果与 实验 结果 对 比比较符 合 。利 用 Ｆ Ｓ 法 给 计 －方
并结合 地 区性质 得 到 的经验 公 式及 利 用达 西定律 推 导得 出的理论 公 式 ， 写 了煤层 气测 井解释 程 编
曲线可知 ， 辽河油田东部 凹陷煤层气储层具有低体 积密度、 高声波时差 、 高补偿 中子值、 自 低 然伽马值 、
高 电阻率值 等特 征 。但 由于煤质 以及 灰份 含量 的不 同， 电阻率 、 自然 伽 马等 数值 都 会发 生 变化 ， 由于 灰 份含 量增 加 ， 自然伽 马数值 增大 ， 电阻率 数值 减小 。
大， 其次为镜质组 ， 以微孔和小孔为主 ， 而壳质组的 孔 隙最 不 发 育 。 因此 ， 层 中不 同显微 组 份含 量 的 煤
差 异直 接控制 了煤层 物性 。 （） 度 对煤 层 物 性 的影 响 。 由东部 凹陷不 ４厚 同厚 度煤 层 与孔 隙 度关 系分 析 ， 层厚 度 与孔 隙度 煤 并 无 直接 的关 系 ， 明煤层 厚 度对 孔 隙度 没有 控 制 说 作用。 ．
测井 资料和煤层双孔隙体积模型ｃ 算煤层裂缝 ｚ 计
作者简 介 ： 何晓辉（ ９７ ）女 ， １８ 一 ， 长江 大学应用数学专业在校研 究生 ， 现主要从事统计分析及 测井解释 方面的研 究工作。
３ ４
国 外 测 井 技 术
２ １年 ２ ０２ 月
孔隙度。
由煤的体积模型 ， 煤层可近似看作由碳、 灰和孔
成。裂隙孑 隙的发育对煤层气的运移和产出起决定 Ｌ 作用 ， 即对 渗透 率有 重要 影响 ， 而基质 孔 隙为煤层 气
主要 储 集 空 间 ， 响煤层 气 的赋存 。因此 二 者对 煤 影
层气 的赋存 、 运移和产出起不同作用［ 。因此煤层 １ ］ 与常规储层相 比具有孔隙度低、 渗透率差的特点 ， 系 统 研究 和 正确 认识 煤 中的孔 隙 ， 煤层 气 的勘 探 开 对 发至 关重 要 。
得。
３ 煤层 渗 透 率
由于基质孔 隙主要储集煤层气 ， 同理则作为煤
图 １ 煤பைடு நூலகம் 的双 孔 隙体 积 模 型
层气 的流 动通道 ， 因此 ， 我们 所研究 的渗 透率 是指裂
对 于 电阻率测 井 ， 以把 所钡 的 电阻率 看成 是 可 ４
由碳、 基质孔隙和裂缝孔隙四部分电阻率并联 的 灰、 结果 ， 可写为 ：
序， 并对一些井进行 了处理， 得到了煤层处理剖面图， 从剖 面图上可看出， 煤层的孔隙度和渗透率都 很 低 ， 处理 的孔 隙度 结果 与测 试 结果 对 比基 本 吻合 ； 欧 １ 井煤层 井段 进 行 了单 相 注入 压 降测 其 在 ５
是随深度增加 ， 孔隙度变小 ， 而渗透率随深度增加明 显 减 少 ， 而可 以推 断 煤层 孔 隙度 的变 化 主要 是受 从
图 ２ 煤 岩 裂 缝 示 意 图
煤变 质程 度 控 制 的 ， 受机 械 压实 作用 影 响 相对 较 而
式 中 ：：粘 性 力 ， 因 ； 一 性 力 作 用 的截 面 Ｆ一 达 Ａ粘 积Ａ ｈ， ＝ Ｌ 厘米 ｖ 裂缝 中流体 的流速 ， ；一 厘米／ 。 秒 如果 我们 假设 煤岩 中流 体 以匀速 流 动 ， 么它 那 所 受 的驱 动 力 （ 与粘 性 力 （：相 加 必 然 等 于零 ， Ｆ） Ｆ） 即 Ｆ＋ Ｏ Ｆ： 。将 Ｆ和 Ｆ的计算 式代 人可得 ： ：
缝 中几乎被泥浆滤液充满 ， 因此认为其裂缝电阻率 应等效于泥浆滤液的电阻率 ， 而基质孔隙 ， 由于其 中 般不 含可 动水 ， 因此认 为其 不受 泥浆侵 人 的影 响 ，
一
Ｏ ３ ＂０ ， ． ８ １一则裂缝渗透率计算公式为 ３
Ｋ ０３ ８ ８ ３ ｒ ＝ ． ＊． ＊ ３ ３ （ ０ １）
煤层 的裂缝 是 由层 面 裂缝 与 层 间裂 缝 组成 ， 而
： ＋ ＋ ＋
Ｒｂ Ｒｙ
（） １
式 中 ：一 Ｒ 煤层电阻率测量值 ； 、 风一分 Ｒ、 、 Ｒ 别代表碳、 基质孔隙、 灰、 裂缝孔隙的电阻率值。
若 采用 双侧 向测井资料， 可以得到以下两， 子： ｆ
缝孔隙度及裂缝渗透率的计算公式 ， 编写了煤层气 测井 解释程 序 ， 把计 算结果 与测试 结果 进行 对 比 ， 并 吻合 很好 ， 为煤层 评价 提供可 靠 的参 数 。
１ 辽河油 田东部 凹陷煤层气储 层 的物 ２ 煤 层 孑 隙度 Ｌ
性 及 测 井 特征
煤 层具低 孔 、 渗特 征 ， 煤 层表 面极 大 ， 既 低 但 它 是煤 层气 的源 岩 ， 又是 其储 层 。作为 一 种非 常 规储 集层 ， 它有着 与常 规天然 储层 明显不 同的特征 ， 最重 要 的 区别 在 于 煤储 层 是一 种 双孔 隙 岩石 ， 即煤 层 中 在煤 系 地层 中 ， 层 的裂 缝 发 育情 况 与其 它 岩 煤 性 的情 况不 同 ， 煤层 的裂缝 发育情 况可 分为 两种 ， 一 是与 井 眼垂 直 的水平 裂缝 ， 称之 为层 面裂缝 ； 另一 种 是与层 面裂缝正 交或 斜交 的层 间裂缝 。采 用双侧 向
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流体 在 裂缝 中流 动 的 同时 ， 还受 到 裂缝 壁 对 流
２ １ 年第 １ ０２ 期
何晓辉 ， ： 等 辽河油 田东部 凹陷煤层物性 评价研究
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较大 的变化 ， 具体 表 现 在 随 Ｒ 的增 加 ， ｏ 即随变 质 程 度增加 煤层孔 隙度 减少 。
（） ２ 埋藏深度对煤层物性 的影响。随煤层埋藏
隙三 部 分组 成 ， 中孔 隙 又 可分 为基 质 孔 隙和裂 缝 其
其中ｃ、 分别为深 、 ｃ 浅侧向电导率 ， ｃ 分别 ｃ 、 为 地层水 和 泥浆滤 液 的电导率 。
当地 层 水 电阻率 与 泥 浆 滤 液 电阻 率 相 比较 大
时 ，６ 式 又可 写为 ： （）
孔 隙（ 如图 １ 所示 ） 。图中Ｖ 、 分别为碳、 的相对 Ｖ 灰 体积 ； Ｖ分别 为基 质 和裂 缝 的孔隙度 。 Ｖ、
， （Ｒ一／ ） Ｉ ＝ １ ， ｌ Ｊ， ／ ．
时 ，６式 又可写 为 ： （）
ｒ＝
（） ７
当地层水 电阻率与泥浆滤液 电阻率相 比较小
［ （ 一／， 尺１ １ ） Ｒ ］
（） ８
所 以要 求 裂 缝 孔 隙 度 ｒ可 以 利 用 （） ） ） ， ６（ （ 求 ７８
Ｒ Ｒｃ
缝渗透率。煤层渗透率的计算我们主要采用两种方 法： 一种 是利 用 Ｆｉ ｅ Ｓｂｉ 位学 者 的研究 方法 ａ ｒ和 ｉｂｔ ｖ 两 （ 这里 简称 Ｆ Ｓ — 计算 方 法 ）另 一种 是 利用 达 西 定律 ；
推导得出的渗透率公式。 ３１ — 计 算 方法 ． Ｆ Ｓ
通过 分析研 究 大量 的辽河东 部 凹陷煤 储层测 井
厚度较大的特点 ， 据统计除了个别井 的气测全烃值
较 低外 ， 测 全烃 基 本 都大 于 ２ 而且 大部 分 煤层 气 ％，
的甲烷值较高 ， 甚至煤层 甲烷值高达 １０ ０ ％。本文总
结 了辽 河 油 田东部 凹陷 煤层 气储 层 的测 井 特征 ， 利 用煤 层双 孔 隙体 积模 型及达 西定律 推导 出了煤层裂
关键词 ： 孔隙度 ； 渗透率； 物性特征 ； 测井解释
Ｏ 引 言
辽 河坳 陷 东部 凹 陷西 起 中央 凸起 ， 至 营 口一 东
含有 由基 质孔 隙和 裂隙组 成 的双孔 隙系统 。裂 隙是 指煤 中 自然形 成 的裂 缝 。基质孔 隙是 煤 的基质块 体 单元 中未 被 固态 物 质充 填 的空 间 ， 由孔 隙和 通道 组
Ｋ （ ） ８３ ＂ ０￥ Ｃ （ ）８３ ＂ ０ ＝ Ｒ Ｆ ．３ １ ｈｈ＝ Ｒ Ｆ ． １ ３
式 中 Ｒ、 为 比例 因子 ， 以根 据 各地 区统 计数 Ｆ 可 据 求得 或 由地 区经 验 得 到 ， 可 用 实验 测得 。在 辽 也 河 油 田 东 部 凹 陷 地 区 ， 实 验 数 据 分 析 取 Ｒ Ｆ 由 ＝
３２ 基于 达西定律 的渗 透率计 算方 法 ．
一
又根据 阿尔奇 公式 ， 面两式又 可变换 为如下 形式 ： 上
般 认 为气 一 在煤 层 裂缝 中的流 动 为层 状 流 水
去ＲＲ等 ＝＋＋ ＋ ＲＲ ｃｏ ｂ 去ＲＲ等 ≥ Ｒ ｃｏｍ ｂ ｓ ＋＋ ＲＲ ＝ ｆ ＋
去 Ｒ ＋＋＋ ＲＲＲ ＝ ｏ ，
去 足 ＋＋ ＋ ＲＲ ｂＩ
ＡＣ 一 ／ 一 ／ ； ｃ ｃ 泥浆 电导率 ， ＝Ｃ Ｃ＝ＩＲ。ＩＲ … ２
层间裂缝计算方法 Ｆｉ ｅ ｉ ｉ ａ ｒ 和Ｓｂ ｔ ｖ ｂ 两位学者 已经作 了很 深入 的研究 ， 在此 采用这 两位学 者 的方 法 进行 计算 ， 即平 行 井 眼 的垂 直 裂 缝 ＡＣ（＂ ， 中 ／４ Ｃ ）其 估算裂缝空 间由ｈ＝ ｄ 计算 ， ￣ｈ 裂缝 渗透率 由
体 的粘性力 ， 流体受到的粘性力可以由下式表示 ：
小， 但对渗透率却有一定的影响， 这也解释了东部 凹 陷不 同地 区煤 层物 性存在 明显差 异 的原 因。
（） 微组 份 对煤 层 物性 的影 响 。在煤 的三 大 ３显 显微组份 中， 惰质 组 的孔 隙最 为 发育 ， 径 也 比较 孔
水 平 裂 缝 （ 图 ２ 示 ） 裂 缝 中 的 流 体 在 压 力 差 如 所 ， （ Ｐ） 动下 流动 。对 于裂缝 中截 面积等 于 ｂｈ Ｐ一 ：驱 的 地方 ， 压力 差 （广Ｐ） Ｐ ：作用 在该截 面上 的驱 动力为
Ｆ＝ Ｐ一 ： （ Ｐ） ｈ ｂ
（ 一【 箸
摘
要 ： 结 了辽河 油 田 东部 凹陷 的测 井特征 ， 总 分析 了其储 层 的物 性特征 及 物 性控 制 因素 ， 结合 前
人 的 工作 ， 出 了计算孔 隙度 和渗 透 率的方 法 ， 算 结果与 实验 结果 对 比比较符 合 。利 用 Ｆ Ｓ 法 给 计 －方
并结合 地 区性质 得 到 的经验 公 式及 利 用达 西定律 推 导得 出的理论 公 式 ， 写 了煤层 气测 井解释 程 编
曲线可知 ， 辽河油田东部 凹陷煤层气储层具有低体 积密度、 高声波时差 、 高补偿 中子值、 自 低 然伽马值 、
高 电阻率值 等特 征 。但 由于煤质 以及 灰份 含量 的不 同， 电阻率 、 自然 伽 马等 数值 都 会发 生 变化 ， 由于 灰 份含 量增 加 ， 自然伽 马数值 增大 ， 电阻率 数值 减小 。
大， 其次为镜质组 ， 以微孔和小孔为主 ， 而壳质组的 孔 隙最 不 发 育 。 因此 ， 层 中不 同显微 组 份含 量 的 煤
差 异直 接控制 了煤层 物性 。 （） 度 对煤 层 物 性 的影 响 。 由东部 凹陷不 ４厚 同厚 度煤 层 与孔 隙 度关 系分 析 ， 层厚 度 与孔 隙度 煤 并 无 直接 的关 系 ， 明煤层 厚 度对 孔 隙度 没有 控 制 说 作用。 ．
测井 资料和煤层双孔隙体积模型ｃ 算煤层裂缝 ｚ 计
作者简 介 ： 何晓辉（ ９７ ）女 ， １８ 一 ， 长江 大学应用数学专业在校研 究生 ， 现主要从事统计分析及 测井解释 方面的研 究工作。
３ ４
国 外 测 井 技 术
２ １年 ２ ０２ 月
孔隙度。
由煤的体积模型 ， 煤层可近似看作由碳、 灰和孔
成。裂隙孑 隙的发育对煤层气的运移和产出起决定 Ｌ 作用 ， 即对 渗透 率有 重要 影响 ， 而基质 孔 隙为煤层 气
主要 储 集 空 间 ， 响煤层 气 的赋存 。因此 二 者对 煤 影
层气 的赋存 、 运移和产出起不同作用［ 。因此煤层 １ ］ 与常规储层相 比具有孔隙度低、 渗透率差的特点 ， 系 统 研究 和 正确 认识 煤 中的孔 隙 ， 煤层 气 的勘 探 开 对 发至 关重 要 。
得。
３ 煤层 渗 透 率
由于基质孔 隙主要储集煤层气 ， 同理则作为煤
图 １ 煤பைடு நூலகம் 的双 孔 隙体 积 模 型
层气 的流 动通道 ， 因此 ， 我们 所研究 的渗 透率 是指裂
对 于 电阻率测 井 ， 以把 所钡 的 电阻率 看成 是 可 ４
由碳、 基质孔隙和裂缝孔隙四部分电阻率并联 的 灰、 结果 ， 可写为 ：
序， 并对一些井进行 了处理， 得到了煤层处理剖面图， 从剖 面图上可看出， 煤层的孔隙度和渗透率都 很 低 ， 处理 的孔 隙度 结果 与测 试 结果 对 比基 本 吻合 ； 欧 １ 井煤层 井段 进 行 了单 相 注入 压 降测 其 在 ５
