不同变质程度煤吸附能力影响因素研究

为研究不同变质程度煤吸附能力的主控因素,通过显微组分分析、压汞试验、液氮试验以及等温吸附试验,分析了不同煤阶煤吸附能力差异。结果表明,研究区中煤的镜质组反射率R_o=0.44%~3.20%,兰氏体积为9.11~30.24 m~3/t,且随煤阶的增高逐渐增大;孔隙度、BET比表面积、微孔体积随煤阶的增高呈现高-低-高的变化规律,在R_o=1.9%左右时达到最小值,其影响着煤储层的吸附空间,但并不能主导煤储层吸附能力的变化;孔隙形态方面,墨水瓶孔对储层吸附能力控制较强;显微组分方面,镜质组含量在中低煤变质阶段对煤储层吸附能力起一定控制作用,在高变质阶段,惰质组中丝质体对储层吸附能力的控制更强。     

煤的工业分析参数对多煤阶煤岩吸附性能的影响研究

为探究煤的工业分析参数对多煤阶煤岩吸附性能影响,选取252组不同煤阶煤岩样品,开展工业分析和等温吸附实验。结果表明:高煤阶煤岩兰氏常数对工业分析参数敏感程度大于中煤阶,低煤阶敏感性最低。高煤阶煤岩兰氏常数随着挥发分产率增加而减小,随着水分增加而增加,兰氏体积随着固定碳增加而增加;中煤阶煤岩兰氏体积随着水分增加而减小,随着固定碳增加而增加,兰氏压力随着水分和挥发分产率增加而增加。该研究结果可以为多区域预测煤层气含量、评价煤储层等提供重要数据支持。     

沁水盆地高煤阶煤吸附时间主要影响因素分析

为了达到更好的评价煤储层开发潜力的目的,对直接关系到煤储层流体可动性的煤层吸附时间进行了研究,通过对沁水盆地寿阳和柿庄区块3、15号煤层的煤岩进行测试,分析了高煤阶煤吸附时间的特征,讨论了镜质体最大反射率(Rmax)、煤质和气体组分等因素对吸附时间的影响。研究表明:煤阶,即Rmax是影响煤层吸附时间的主要因素,镜质组/惰质组比值、气体组分φ(CO_2)/φ(CH_4)和φ(CH_4)/φ(N_2)为次要因素,单一的显微组分(镜质组、惰质组)和灰分对吸附时间的影响不大。对高煤阶煤岩而言,当Rmax2.9%时,吸附时间随Rmax的增大而增大;当Rmax2.9%时,吸附时间随Rmax的增大而减小,主要是由于随煤岩演化程度增高,煤岩平衡水含量与比表面积综合作用引起煤岩孔隙度、微孔隙结构及比表面积下降,导致煤岩吸附能力下降。此外,受各显微组分吸附能力差异、各类气体吸附特点差异及煤层中气体浓度差等因素的影响,镜质组/惰质组、φ(CO_2)/φ(CH_4)和φ(CH_4)/φ(N_2)均与吸附时间表现为负向包络关系。     

沁水盆地中高煤阶煤储层覆压孔渗试验研究

为了研究中、高煤阶煤储层在覆压条件下孔隙度、渗透率及应力敏感性的差异变化特征,从山西沁水盆地采集4块中煤阶样品和4块高煤阶样品,开展了覆压孔渗试验对比研究,探讨了中煤阶煤和高煤阶煤的应力敏感性的差异,研究了应力敏感性随煤阶改变的变化规律。研究结果表明:煤的孔隙度随镜质组最大反射率R_(o,max)的增大呈现先增大后减小的趋势,而渗透率则与镜质组最大反射率之间无明显关系;中、高煤阶煤覆压下的孔隙度和渗透率均随有效应力增加呈现指数式减小;高煤阶煤平均孔隙压缩系数、应力敏感性系数分别是中煤阶煤的1.61倍和1.26倍,高煤阶煤的孔隙度和渗透率损害率分别是中煤阶煤的1.42倍和1.1倍,中、高煤阶煤的无因次渗透率曲率随有效应力的增加而降低,当有效应力为12 MPa时,高煤阶煤的平均渗透率曲率是中煤阶煤的1.33倍。随R_(o,max)的增大,煤的应力敏感性呈现增强的趋势,即高煤阶煤的应力敏感性高于中煤阶煤。因此,在不同煤阶煤储层排采过程中,针对不同煤阶煤储层所采用的生产压差应当有所差异。与中煤阶煤储层相比,高煤阶煤储层随有效应力增加孔隙度、渗透率损害率高,渗透率曲率降低幅度大,因此针对高煤阶煤储层排采过程中所采用的生产压差应低于中煤阶煤储层,才能获得较高的煤层气产出量。     

准东煤田煤岩特征与煤质及其工艺性能的关系研究

采取了准东煤田部分生产井田煤样,研究了准东煤田煤岩特征与煤质及其工艺性能的关系,认为准东煤显微组分以惰质组为主,惰质组(去矿物基)含量为80%左右,惰质组分以半丝质体和丝质体为主,镜质组分为以基质镜质体为主。煤中的壳质体含量较低,主要以孢粉体、角质体和木栓质体为主,而矿物以黏土矿物为主。准东煤镜质组含量与煤的挥发分产率成正比,与哈氏可磨性指数成反比。准东煤高惰质组含量是准东煤高发热量的有利条件,其焦油产率较低与准东煤中的高惰质组含量有关。准东煤惰质组含量高并以丝质体、半丝质体为主的特点导致准东煤孔隙结构发育,其孔隙结构发育是准东煤高全水分含量、高反应活性的主要成因因素。     

惰质组与镜质组对煤吸附CO性能的影响

针对许多中、低变质程度的煤层出现CO长期超标，但未出现自然发火的现象，对24种不同变质程度的煤样进行了CO等温(30 ℃)吸附实验以及煤岩显微组分分析.研究表明：煤的镜质组含量、惰质组含量对CO吸附量影响较大，且对于中、低变质程度的煤，惰质组对煤吸附CO的影响大于镜质组对CO吸附的影响.利用Mathematic软件对实验数据进行分析处理，得出在不同压力下，惰质组含量与吸附量之间的数学模型.     

新疆和什托洛盖盆地西山窑组低阶煤孔隙结构特征

基于低温氮吸附试验,从吸附-脱附曲线形态、孔径分布和FHH分形特征等方面分析了新疆和什托洛盖盆地西山窑组低阶煤孔隙结构特征,并从镜质体反射率、煤岩显微组分、工业分析组分方面探讨了煤孔隙结构与煤质之间的关系。结果表明:孔隙类型以微孔和小孔为主,孔隙形态多以"墨水瓶"状孔和开放型孔为主,存在少量一端封闭型孔;孔隙分形维数越大,孔隙比表面积和孔容越大,平均孔径越小,孔隙系统越趋于复杂;孔容和BET比表面积随惰质组含量增加而增大,随镜质组含量增加而减小,二者与矿物质含量关系整体呈不对称的"V"字形,在矿物质含量为1%处转折。此外,镜质组反射率、水分和灰分的增加,降低了孔容和BET比表面积。     

不同煤阶煤孔隙分布特征及其对煤层气开发的影响

为了查明高、低煤阶煤储层孔隙分布差异性对煤层气富集与渗透运移的影响,根据高、低煤阶煤岩样品的压汞、平衡水等温吸附试验结果,分析了高、低煤阶煤孔隙发育特征,对比了高、低煤阶煤孔隙体积分形差异.结果表明:高煤阶煤孔隙度低、渗流孔含量小、“墨水瓶”型的半封闭孔发育导致孔隙连通性降低、渗流能力差;微孔含量高、水分含量低、吸附能力强,有利于煤层气富集.低煤阶煤孔隙度大,大、中、过渡孔比孔容均较大,孔隙连通性好,渗流能力强;比表面积小、水分含量高,致使吸附能力低下.高煤阶储层煤层气开发应提高渗透性而低煤阶煤层气开发则应首选优势富气区.     

黔西滇东地区不同煤阶煤储层物性特征分析

为了分析煤阶对黔西滇东地区煤储层孔隙性和渗透性的控制作用,对不同煤阶煤样的孔-裂隙结构、吸附能力和孔渗特征进行了探讨。结果表明:镜质组反射率小于2.5%时,随着煤阶升高,煤岩压实程度不断增强,煤中吸附孔含量逐渐增多,BET比表面积和BJH总孔体积逐渐增大,致使煤岩吸附能力逐渐增强,而渗流孔含量相对减少,渗流孔隙结构变差,渗透率随煤阶升高而减小;镜质组反射率大于2.5%时,随着煤阶升高,煤中吸附孔含量减少,BET比表面积和BJH总孔体积呈下降趋势,吸附能力减弱,而煤岩后期演化过程中产生了再生孔隙,致使煤岩渗流孔含量增加、渗流孔隙结构变好,总孔隙度升高,渗流能力增强。     

中高煤阶煤岩弹性模量及其影响因素试验研究

煤层气勘探开发中煤岩弹性模量是重要的力学参数之一,针对取自沁南和鄂尔多斯盆地东南部的25个中高阶煤岩心,开展了变围压条件下煤岩应力-应变关系测试。根据应变曲线直线段计算出不同围压下的煤岩弹性模量,并对影响弹性模量因素进行了分析。结果表明:煤岩弹性模量具有较强的非均质性,受孔-裂隙、煤岩煤质、围压以及流体介质等因素的综合影响。煤岩孔-裂隙等固有缺陷越发育,弹性模量越低;煤岩镜质组、微镜煤和固定碳含量的增加使弹性模量降低,煤岩惰质组、微惰煤和灰分的增加则相反;煤岩孔-裂隙受围压作用而压密闭合,致使弹性模量增加;水介质的吸附作用和体积力反作用,削弱了煤岩抵抗变形的能力,导致弹性模量降低。综合考虑以上因素,可准确预测地层条件下的煤岩弹性模量分布。     

低阶烟煤中显微组分含量与CO扩散量的关系

从煤显微组分方面对不同煤化程度的22种煤样进行了CO的扩散试验及煤显微组分的鉴定。通过分析试验可知,中低变质程度的烟煤中镜质组含量相对惰质组含量较高;对数据进行关联分析发现CO扩散量与煤中镜质组含量成正比关系,与惰质组含量成二次曲线关系。从惰质组与镜质组之比对CO扩散量的影响分析可得出,惰质组对CO的扩散的影响大于镜质组对CO的影响,并用QM(Quantum Mechanics)软件对试验数据进行了分析处理,为进一步研究CO在煤层中的扩散机理提供了理论基础。     

Carbon monoxide adsorptive capability of low rank coal’s maceral

The centrifugal separation with gravity experiment was made for getting every pure macerals like inertinite and vitrinite, and the isothermal adsorption tests of pure maceral are carried out at 30, 40, 50, 55, 60, 65 °C, respectively, after analyzing the proximate, element and maceral of coal samples, which was aimed to study the CO adsorptive capability of every maceral of low rank coal at difference temperature and pressure. The results show that the adsorption isotherm of CO can be described by Langmuir equation because it belongs to the Type I adsorption isotherm at low temperature(T⩽50 °C), and the temperature effect on coal adsorption is greater than of pressure in lower temperature and pressure area; what’s more, the relationship is linear between the coal adsorption quantity of CO and the pressure at high temperature(T>50 °C), it can be described by Henry equation(Q=KP), which increases with pressure. Both temperature and pressure has great influence on CO adsorptive capability of low rank coals, especially the temperature’s effect is so very complex that the mechanism need to study further. At the same time, the volatile matter, inertinite, oxygen-function groups and negative functional groups are high popularly in low rank coal samples, especially, the content of hydroxide(-OH) has great influence on CO adsorption in that the inertinite has stronger effect than vitrinite on adsorptive capability of low rank coal samples, the result is same to the research on CH₄ adsorption. Supported by the National Natural Science Foundation of China (50474080); Educational Department Foundation for Returnee     

低阶烟煤煤岩组分解离特性及其分选

为研究低阶烟煤煤岩显微组分的分选,以高惰质组含量的神东长焰煤为研究对象,利用偏光显微镜Leica DM4500P,分析了不同破碎程度下煤岩显微组分的分布形态和解离规律,确定了煤岩组分的最佳解离粒度,并对比了不同破碎程度下煤岩显微组分的重力分选结果。煤岩显微组分的解离特性表明,随着破碎粒度的降低,镜质组含量先基本不变,后逐渐降低,而惰质组含量先基本不变,后逐渐增加;当破碎粒度为0.125 mm时,镜质组单体解离度为91.77%,惰质组单体解离度为86.77%,连生体含量为8.05%;不同破碎程度下的煤岩显微组分重力分选结果表明,将煤样破碎至-0.125 mm,当分选密度为1.33 kg/L时,可获得镜质组含量为89.05%、镜质组回收率为58.72%的富镜质组富集物。     

沁南3#煤与15#煤显微煤岩组分对微裂隙的控制研究

利用光学显微镜、扫描电镜对沁水盆地南部10个煤矿的3#煤与15#煤样品进行观察与研究,探讨了微裂隙的特征及其与煤岩组分的关系。研究发现微裂隙在3#煤与15#煤中普遍存在,15#煤裂隙较3#煤发育,但15#煤中的裂隙被矿物充填较严重。微裂隙在镜质组内最为发育,内生裂隙和外生裂隙均有发育,均质镜质体中的裂隙最为密集,其次是基质镜质体,其他显微组分中裂隙发育较少甚至不发育;惰质组中的裂隙主要发育于丝质体中,主要为外生裂隙中的张性裂隙,内生裂隙在高煤阶煤的惰质组中不发育。煤岩组分对煤中微裂隙的控制主要体现在成煤作用过程中,包括不同组分在泥炭化作用中吸收的水再释放、组分结构与生气量的综合作用及力学性质3个方面。     

大柳塔煤及显微组分在不同气氛下的热解行为

煤热解与甲烷二氧化碳重整耦合(CP-CRM)过程是提高焦油产率的重要方法之一。煤的显微组分组成是影响煤热解反应过程的因素之一,N2气氛下的显微组分热解过程已有较为深入的研究,但显微组分在CP-CRM过程中的热解行为规律尚待研究。通过固定床实验探讨不同反应温度和气氛对显微组分热解产物分布规律的影响,对比研究了甲烷二氧化碳重整(CRM)与N2气氛下大柳塔原煤及显微组分热解特性的差异。通过模拟蒸馏、核磁共振和GC-MS等表征方法对焦油进行分析,认识显微组分结构对热解焦油组成的影响。结果表明,在N2气氛下,镜质组和惰质组展现出不同的反应特性,镜质组热解焦油产率明显高于惰质组,主要归结于显微组分结构的差异导致的反应性不同。CRM气氛能显著提高热解焦油的产率,尤其对惰质组的作用效果最明显,使惰质组的焦油产率相比N2气氛提高16%,主要归结于CRM过程产生的自由基参与煤热解反应。焦油组成分析表明,在N2气氛下得到的热解焦油中,镜质组具有较高比例的脂肪类物质,惰质组具有较高比例的芳香类物质;CRM气氛下焦油中单环芳香烃的比例提高,轻质组分中蒽油的相对含量提高最为显著,同时CRM气氛下惰质组产生的焦油中三环、四环芳香烃的比例明显下降。     

煤层对CO2、CH4和N2吸附/解吸规律研究

针对目前我国煤层气开发中存在的产气率低、煤层气开采理论规律研究欠缺等问题,根据试验对比分析了不同温度15、20、25、30℃时,CO2、CH4和N2在煤岩中的吸附／解吸规律。试验结果表明,当温度升高时,气体分子的平均自由程越大,气体吸附量变小;对同一种煤介,当压力相同时,临界温度高的气体,具有较强的吸附能力,煤层对CO2、CH4和N2吸附能力依次下降;压力升高时,煤层对气体的吸附量变大;降压解吸过程存在解吸滞后现象,温度降低显著,这与吸附、解吸表达式和吸热反应有关。     

准东低阶煤孔隙特征及对气体传质方式的影响

进行探讨。结果显示：褐煤以中大孔为主,微小孔发育有限,主要储集空间孔径在0.1~2.0 μm;长焰煤以微小孔为主,孔容主要来自微小孔,其单位孔容远小于褐煤。在多级孔隙配置的煤储层中划分出达西流、滑脱流、过渡流和分子扩散4种传质方式。褐煤孔隙连通性好,以达西流、滑脱渗流为主;长焰煤微小孔发育,各级孔隙连通性差,以达西流、过渡流及分子扩散为主。相比较而言,纳米级孔隙中吸附甲烷分子层厚及滑脱效应对长焰煤单孔渗流能力的影响更显著,其将会在气藏开发过程中对增产稳产提供有益的支持。     

我国褐煤资源及其物性特征

为给研究褐煤对水和甲烷的吸附性及水和甲烷在褐煤中的流动性提供依据,对采自我国主要褐煤产地的13个样进行了煤岩组分、工业分析及褐煤物性特征测试。结果表明：褐煤中的全水分、空气干燥基水分、挥发分含量随变质程度的增加而减少;当镜质组最大反射率Ro,max〈0.35%,褐煤孔隙度随变质程度的增加而减少,当Ro,max〉0.35%随变质程度的增加而增大;各煤样孔容、比表面积差别很大,但大孔、中孔、过渡孔、微孔孔容分布较均匀,比表面积集中分布在过渡孔和微孔中;褐煤对甲烷的饱和吸附量平均为6.27 m3/t。研究成果对褐煤中次烟煤的划分、褐煤的提质利用及褐煤中煤层气资源的开发具有指导作用。     

沁水盆地煤可磨性及其对煤层气排采的影响

为研究高阶煤地区煤可磨性特征,解决煤层气井煤粉伤害问题,采用哈氏可磨性指数测定仪对来自山西沁水盆地的11个矿的煤样品进行可磨性指数（K_HGI）测定,并通过工业分析、煤岩组分测试发现同为高阶煤但可磨性差异较大。分析发现挥发分有利于煤可磨性,水分、灰分、固定碳均会使可磨性变差,其中水分的影响最大;煤变质程度越高煤可磨性越差,惰质组可磨性较镜质组好,原因在于惰质组在研磨过程中充当硬质“介质”的作用。以煤可磨性为切入点,阐述了煤层气井煤粉产出机理。煤层气井钻井遇煤段,产生钻屑的量及粒度与煤的可磨性正相关;水力压裂产生的煤粉量也与可磨性相关;排采过程中,由于排采流体的冲刷磨蚀,导致煤粉产出,可磨性是煤粉产出量的控制因素之一。可通过工业分析和煤岩组分分析,判定煤层井是否易于产出煤粉,为防控煤粉、制定合理排采工作制度及煤层气井开发可行性分析提供依据。