基于X-CT技术不同煤岩类型煤储层非均质性表征

为了深入探究煤岩类型与煤储层孔裂隙的耦合关系,表征韩城矿区煤储层孔隙纵向非均质性,选取了韩城矿区4种煤岩类型的煤样,采用X射线层析扫描技术,模拟和重构了韩城矿区煤储层内部孔裂隙、煤岩基质和矿物的形态与空间分布格架,建立了三维立体重构模型,实现了对不同煤岩类型孔裂隙分布的三维可视化精细表征。试验结果表明:不同的煤岩类型,孔裂隙的发育程度不同,但CT变化值较为一致,基本呈双峰分布,相较于半亮煤、半暗煤和暗淡煤,光亮煤孔裂隙发育程度最高,孔隙分布非均质性最强,孔裂隙连通性最好,并且从光亮煤到暗淡煤,呈现出孔裂隙的发育程度和连通性逐渐变差,矿物充填程度和小孔含量逐渐升高的趋势。     

基于显微CT的不同煤体结构煤三维孔隙精细表征

为了定量研究不同煤体结构煤的孔隙连通性和渗透能力的差异性,以渭北煤田韩城矿区为研究区,通过显微CT三维空间分析技术,采用多孔介质三维逾渗理论,开展了不同结构煤的孔隙三维建模分析,实现了对不同煤体结构煤中孔隙分布三维可视化的精细表征。结果表明:构造变形对煤的孔隙结构有深刻的影响;不同变形机制对煤的孔隙度、孔隙团数和最大孔隙团规模有着不同的影响,导致逾渗概率发生明显的变化;三维逾渗概率表明煤孔隙连通性和渗透率随变形程度增加呈现先升后降的变化趋势。碎裂煤孔隙团连通性最好,渗透性最强;糜棱煤孔隙团连通性最差,渗透性最弱。研究认为脆性破坏可促进外生孔和微裂隙的发育程度,加强孔裂隙间的连通性,提升煤岩渗透性;在脆韧性-韧性变形作用下,孔隙、微裂隙、矿物以及煤岩分布的非均质性明显增强,造成孔隙连通性变差,渗透率降低。     

韩城矿区构造煤瓦斯吸附性能试验研究

利用自主研制的煤样瓦斯吸附解吸装置,在恒温、相同初始压力条件下,对比研究了韩城矿区的块状原生结构煤和构造煤的瓦斯吸附规律,分析了其影响因素。试验结果显示:在平衡状态下,糜棱煤、碎裂煤和鳞片煤的单位质量瓦斯吸附量分别为原生结构煤的2.11、2.26、2.52倍。所有煤样的瓦斯吸附速率随时间的变化规律均呈单调递减的曲线形式,在吸附的初始阶段,构造煤的瓦斯吸附速率更快,尤其是在0~2 min时间段内这种差异最明显。构造煤在更短时间内达到吸附平衡,吸附效率更高。良好的致密性和原生裂隙不发育的特点决定了原生结构煤较强的瓦斯"封存"能力。良好的孔隙和后生裂隙的发育决定了构造煤在吸附性能方面要优于原生结构煤,而不同级别的孔隙发育比例和裂隙结构连通的差异性则是构造煤吸附性能差别的主因素。     

扫描电镜下寺河井田3号煤微孔裂隙特征研究

煤中孔裂隙控制着煤层气的储存场所和产出通道,其特征控制吸附、扩散、渗流等行为。文章采用扫描电镜对寺河井田3号煤层的微孔裂隙进行了观测和分析。结果表明:煤中存在气孔和角砾孔两种微孔隙类型,孔隙形态复杂多样,孔隙被充填现象严重,孔隙的连通性差;煤中以剪性微裂隙发育为主,多发育于原生结构煤中,张性裂隙少见且主要发育于碎裂煤中。裂隙面常见被粒状、片状等碎屑物及方解石脉所充填,在一定程度上影响了煤层的渗透性能。     

煤体结构与甲烷吸附/解吸规律相关性实验研究及启示

甲烷(CH_4)在煤体中的流动包含"渗流—扩散—吸附/解吸"3个环节,相比粉状煤,采用块状煤体进行CH_4吸附/解吸实验能够更有效地表征煤层中气体的流动状态。为此,依托渭北煤田韩城矿区煤样,利用自行设计的块煤吸附/解吸实验装置,研究了低压下块状同体积原生结构煤、碎裂煤和糜棱煤的CH_4等温吸附/解吸特性;采用显微CT和扫描电镜分析了3种煤样的孔裂隙结构和显微构造,探讨了煤体结构对CH_4吸附/解吸的影响。结果表明:不同煤体结构煤的CH_4吸附/解吸特性有显著差异。结构致密的原生结构煤,孔隙度较低,导致CH_4吸附/解吸平衡时间长,吸附量低,解吸率低;相比原生结构煤,脆性变形碎裂煤张裂隙发育且相互贯通,孔隙度变大,连通性好,导致CH_4吸附/解吸平衡时间变短,吸附量升高,解吸率增大;韧性变形糜棱煤孔隙数量虽增多,但裂隙被揉皱闭合,形成孤立分布的孔隙结构,渗透性变差,导致CH_4吸附/解吸平衡时间最短,解吸速率最快,说明大多数CH_4仅吸附在块煤内构造变形作用下形成的粒间孔隙中。可知,碎裂煤储层是煤层气开发的有利区域;而致密原生结构煤和糜棱煤储层可尝试通过多尺度压裂、注热等技术手段实施储层改造以增加煤体裂隙通道,达到气井增产增效的目的。     

山阳井田粉煤与原生结构煤孔隙特征对比研究

采集山阳井田5#原生结构煤与粉煤样品,分别进行扫描电镜、压汞实验、低温液氮吸附实验,对2种煤的孔隙特征进行对比研究。研究表明:中孔孔容比增长最快、小孔次之,微孔孔容比减小;微孔比表面积比增加,小孔和中孔比表面积比减小,有利于煤层气的吸附与储存;构造作用破坏了小孔与中孔的半开放性,使其孔结构变为开放性孔,同时也使一部分孔封闭成为"死孔隙",增加了孔隙结构的复杂性,但粉煤显微构造发育,附加微裂隙多,气体通道连通性强,同时变质气孔发育,导致渗流孔隙显著恢复,一定程度上提高煤储层的透气性,改善煤层孔隙的连通性。     

祁南矿区8煤储层孔裂隙性试验分析研究

借助压汞试验分析,研究了祁南矿区煤田煤储层孔、裂隙系统发育情况,发现该区煤储层孔、裂隙系统具有:①微裂隙非常发育,多以宽度小于5μm,且长度小于300μm的裂隙为主体;②孔隙度较小,且孔隙类型中吸附孔(0～100 nm)远比渗流孔(大于100 nm)发育;③吸附孔多为连通性较差的一端封闭的平行板毛细孔.这种两极、双峰分布的孔隙裂隙系统结构有利于煤层气的聚集,但对煤层气的开采不利.     

基于扫描电镜的寺河矿3号煤微孔裂隙精细定量表征

煤的微孔裂隙是控制煤层气赋存和运移最为关键的因素,为了实现对寺河矿3号煤的微孔裂隙精细定量表征,利用EVO MA15钨灯丝扫描电子显微镜对其进行了大量观测和分析。研究发现:寺河矿3号煤中可见气孔、摩擦孔、溶蚀孔、铸模孔4种不同成因类型微孔隙发育且孔隙的连通性较差,不同成因类型微孔隙的发育程度、形态、大小、充填情况及其连通性等有所不同;煤中张、剪裂隙较发育,裂隙多呈张开状态且部分被充填;剪裂隙仅发育于原生结构煤中,而碎裂煤中张、剪裂隙均有发育,它们的展布形态、裂隙面宽度、裂隙充填情况等各异。     

鄂尔多斯盆地低煤阶煤储层孔隙特征及地质意义

对采自鄂尔多斯盆地侏罗系煤层气勘探开发地区的煤样,采用压汞、低温液氮试验、显微镜观测等手段,研究了煤储层孔隙类型、孔隙连通性、孔隙形态及煤心煤样的裂隙密度、裂隙连通性、裂隙发育特征。研究表明：鄂尔多斯盆地南部煤储层的似孔喉比比较小（一般小于15）,退汞效率比较高（大于50%）,采收率较高,排驱压力一般大于0.7 MPa,最大进汞饱和度小于65%,煤的孔隙度小于12%,煤储层渗透率小于0.01×10-3μm2,产能较高,对煤层气开发比较有利。煤层气井的煤心煤样观测显示,盆地内煤层多为原生结构煤,盆地南部焦坪、大佛寺一带煤中裂隙较发育,连通性中等,对煤层气开发相对有利。     

两淮煤田煤储层孔-裂隙系统与煤层气产出性能研究

借助于光学显微镜显微裂隙分析、压汞孔隙分析及低温氮吸附试验等手段，研究了两淮煤田煤储层孔、裂隙系统发育情况.研究发现该区煤储层孔、裂隙系统具有如下特征：① 显微裂隙非常发育，且多以宽度小于5 μm且长度小于300 μm的裂隙为主体；② 孔隙度较小，且孔隙类型中吸附孔（0～100 nm）远比渗流孔（大于100 nm）发育；③ 吸附孔多为连通性较差的一端封闭的平行板毛细孔.这种两极、双峰分布的孔裂隙系统结构，有利于煤层气的聚集，但对煤层气的开采不十分有利.     

基于低温液氮实验的不同煤体结构煤的孔隙特征及其对瓦斯突出影响

采集淮南煤田3个不同矿区13-1煤层、焦作矿区中马村煤矿二1煤层不同分层的不同煤体结构煤样进行低温液氮吸附试验,分析研究了不同煤体结构构造煤的孔隙特征。由此将构造煤的低温液氮回线划分为H1、H2、H3三类,构造煤的孔隙划分为4类：两端开口的孔,一端开口的孔,墨水瓶形孔和狭缝形孔。碎裂煤中主要为一端开口的圆筒形孔和两端开口的圆筒形孔;碎粒煤和糜棱煤则主要包含狭缝形平板孔、墨水瓶形孔和一端开口的圆筒形孔。研究表明：构造煤对气体的吸附一般发生在孔径3.3 nm左右的孔隙;随煤体破坏强度增大,比表面积和孔体积的分形维数均在增大。综合孔隙特征研究结果,对糜棱煤、碎粒煤煤层分布发育地区容易引发瓦斯突出的机制进行了探讨。     

煤的粒径对肥煤和气煤孔隙结构的影响

煤的粒径大小对煤的孔隙结构会产生一定的影响,从而导致煤的瓦斯吸附性能有所变化。基于气煤和肥煤的低温氮吸附实验的基础上,通过分析粒径大小对孔体积、孔比表面积与孔径分布的影响,根据孔体积与孔径分布关系图,找出一定的规律,然后再进一步考察煤的粒径大小对孔隙结构的影响规律,考察结果表明:煤的粒径影响的下限是在0.074～0.2 mm之间的粒径,而影响上限可能是大于3 mm的粒径,并认为粒径较大时会影响孔隙结构真实值的反映。     

煤泥水压滤滤饼孔隙结构特征研究

滤饼的孔隙结构是影响煤泥水过滤效果的关键因素,但煤泥滤饼孔隙结构测量中存在滤饼结构易损坏和煤颗粒与孔隙难区分的难题。为了深入研究煤泥水压滤滤饼孔隙结构特征,建立了煤泥滤饼固化装置与方法,利用偏光显微镜研究了入料中-0.074 mm粒级含量、过滤压力对煤泥滤饼孔隙结构的影响。结果表明:随着入料中-0.074 mm粒级含量增加,滤饼孔径、孔面积和孔隙率降低速率变缓,孔隙孔径分布范围变窄,孔隙构成中的小孔径孔隙所占比例增加,孔隙截面边界分形维数变大,滤饼孔隙截面边界更曲折,孔隙结构更复杂;煤泥水过滤压力增加主要压缩滤饼中的大孔径孔隙,过滤压力越大,滤饼孔隙压缩越严重,滤饼孔隙率越低,孔隙截面边界分形维数越大,滤饼孔隙边界越曲折,孔隙结构越复杂。     

构造煤微孔特征及成因探讨

基于不同变形类型和程度气煤、焦煤和无烟煤级构造煤样品的微孔（孔径<2 nm）测试结果,分析煤中微孔随煤级和变形的变化规律,探讨微孔成因。结果表明：煤中微孔孔径呈3峰分布,分别为峰1（0.457 7~0.548 0 nm）、峰2（0.548 0~0.686 3 nm）和峰3（0.785 5~0.899 0 nm）;弱和中等变形作用总体对各峰孔容和峰位影响不大,对应变形煤随煤级增高,气煤到焦煤除峰3孔容小幅增加外各峰对应孔容和峰位无明显变化,焦煤到无烟煤各峰对应孔容均显著增大,峰位则差异变化;较强和强变形作用导致峰1和峰2峰位向小孔径方向偏移,孔容除无烟煤峰2外显著提高,对峰3的影响表现在气煤和焦煤孔容小幅增加,无烟煤孔容显著减小,各煤级峰位始终固定不变;推断煤中微孔成因类型应为2种,分别对应于峰1+峰2和峰3的芳香层间孔和芳环有序堆叠形成的柱状孔。     

基于低温氮吸附法的酸化煤样孔隙分形特征研究

为研究并改善富含矿物质煤体孔隙结构特征,基于X射线衍射和低温氮吸附实验测试了贫瘦煤酸化前后碳酸盐矿物质含量及孔隙结构参数,并根据孔隙分形理论利用FHH模型求得了酸化前后不同孔段的分形维数。结果表明:酸化可以有效溶解煤体孔隙中的矿物质并溶蚀煤基质,减少煤体孔隙中微孔所占比例,增加中孔和大孔的比例,增强了孔隙结构之间的连通性,同时减少了煤的比表面积,有利于吸附态瓦斯向游离态进行转化;煤样低压段分形维数大于中高压段的分形维数,煤体孔隙中微孔结构较中孔大孔结构更加复杂,煤样经酸化后孔隙分形维数变小,煤样孔隙结构趋于简单化。     

基于压汞法的成庄井田3号煤孔隙特征研究

煤孔隙特征是煤储层物性特征的关键参数之一,控制着煤层气赋存、运移和煤层气开发效果。采用压汞法对成庄井田3号煤孔隙进行了深入和系统研究,结果表明:成庄井田3号煤孔隙形态基本一致,以一端封闭的不透气性孔隙为主;煤中过渡孔和微孔最为发育且所占比例较高,煤总孔隙面积和比表面积较大;煤中有效孔隙不甚发育,煤的孔隙度较低;孔隙大小对孔容控制显著,孔隙越大煤的孔容越大,反之亦然。     

基于吸附层厚度理论的软硬煤吸附机理解析

针对同一变质程度软/硬煤的比表面积和总孔容积相差数倍,但其对甲烷吸附量却相当这一现象,根据热力学原理及煤对甲烷吸附机理,建立了煤的孔径对甲烷吸附层厚度的方程,数值分析了吸附压力和孔径对吸附层厚度（吸附层数）的影响,同时采用软/硬煤的孔径分布拟合函数,数值计算了软/硬煤的瓦斯等温吸附曲线,并与实测结果进行了对比分析。研究结果表明：基于吸附层厚度理论,在同一吸附平衡压力下,甲烷吸附层厚度随着孔径增大呈负指数变化,即煤体对甲烷的吸附是不同分子层的集合。采用煤体中孔径与其孔体积的分段函数和煤对甲烷的吸附层厚度理论,计算得到的瓦斯吸附等温线无论是变化趋势还是定量上均与实测结果一致,误差小于6.5%。因而,吸附层厚度理论很好地揭示了软/硬煤对甲烷吸附特征。由此,只要测得煤的孔径分布特征,即可采用吸附层厚度理论对其吸附量进行计算,为预测煤层瓦斯含量提供新方法。     

基于低场核磁共振技术的酸化煤样孔隙特征研究

为研究酸化作用后煤体的孔隙结构特征,采用低场核磁共振技术和X射线衍射实验方法,测试了高阶煤自然煤样和酸化煤样的孔隙结构和矿物含量,并根据分形理论对比研究了2种煤样孔隙的分形维数,探讨了酸化作用原理.研究结果表明:自然煤样和酸化煤样中微孔和过渡孔都占较大的比例;煤样酸化后,其孔隙率增大,最小孔径和最大孔径都变大;酸化作用...     

中梁山南矿构造煤吸附孔分形特征

采集华蓥山煤田中梁山南矿9个有代表性的煤层样品进行低温氮吸附实验,分析构造煤吸附孔分形特征及分形维数与气体吸附能力的关系。低温氮吸附、解吸曲线表明不同变形序列构造煤在相对压力0.5~1.0范围内吸附特征各异。在此基础上,运用分形FHH方法得到构造煤分形维数D。研究表明：分形维数D可以表征构造煤吸附孔孔径结构和孔表面的变化关系;分形维数越高,微孔含量越多,孔表面越不规则,孔隙结构非均质性愈强;分形维数大小可反映煤的吸附能力,分形维数增高,吸附能力增强。因此,由构造变形增强引起的高分形维数和复杂的孔隙结构显示出更高的吸附能力。     

不同阶煤超临界CO2驱替开采CH4试验研究

由于地质成因与孔裂隙结构的差异,不同阶煤的渗透性与驱替开采CH 4效果不同。为研究超临界CO 2在不同变质程度煤体中驱替开采CH 4的效果,利用尺寸为100 mm×100 mm×200 mm的原煤试件,在恒定的温压(50℃,25 MPa)条件下,以10 MPa超临界CO 2驱替压力对4种不同变质程度的煤(弱黏煤、气煤、1/3焦煤和无烟煤)展开试验研究,结果表明:①不同煤阶煤体的孔隙形态与发育程度有较大差异,弱黏煤孔隙类型以墨水瓶型为主,无烟煤孔隙为狭缝型,而气煤与1/3焦煤则为楔形或平行板孔;对比孔隙比表面积,无烟煤与弱黏煤相对较高,分别为259.6510,154.0669 m 2/g,而气煤与1/3焦煤较低,分别为71.2359,41.4201 m 2/g;②煤渗透率受成矿地质环境和构造活动等导致的煤体结构、变质程度、裂隙发育程度、煤岩组成等多种因素的影响,在相同的有效应力下,4种测试煤样渗透率随变质程度升高而逐渐降低,驱替过程中CO 2注入量也随变质程度升高而降低,在25 MPa围压、10 MPa注入压力条件下,弱黏煤、气煤、1/3焦煤和无烟煤的渗透率分别为4.58×10-18,2.75×10-18,0.91×10-18和0.05×10-18 m 2,驱替实验结束时,CO 2注入量分别为18.13,6.45,5.01和0.78 mol;③4种煤试件的CH 4产出率和CO 2储存量均表现为气煤>1/3焦煤>弱黏煤>无烟煤,孔隙以楔形或平行板孔为主、比表面积较低、渗透率中等的气煤与1/3焦煤驱替置换效果相对较好,反映了超临界CO 2驱替开采CH 4效果是不同变质程度煤孔隙形态、发育程度以及渗透率的综合表现。