基于压汞技术的构造煤孔隙结构多重分形表征

依托渭北煤田韩城矿区煤样,基于压汞技术采用多重分形理论分析构造煤孔径分布的非均质性,计算其多重分形谱f(a),并分析了多重分形参数随变形程度增强的变化规律。结果表明:煤样压汞孔径分布具多重分形特征,但不同类型构造煤孔径分布的多重分形程度存在明显差别。随构造变形增强,f(a)谱由右钩状(碎裂煤)转化为左钩状(碎粒煤、糜棱煤),奇异性指数α0、f(a)谱宽度αq--αq+及左锋宽度α0-αq+升高,说明强烈的脆性变形和韧性变形易使孔隙结构趋于复杂,孔隙团聚特征增强,孔体积高值分布非均质性加大,渗透性变差。α0和α0-αq+可作为区分构造煤孔隙结构差异演化的主要指标。多重分形参数变化可归因于由构造变形增强所引起的孔体积峰值的转变、碎粒孔的产生及显微构造的不均匀分布。     

基于压汞、氮气及二氧化碳吸附的页岩孔隙结构研究

本文采用高压压汞法、低温液氮吸附法和CO2吸附法对不同尺度的页岩孔隙进行测定,进而对孔隙分布进行系统分析.结果表明,川南地区龙马溪组页岩孔隙孔径分布范围广泛,从几个纳米到几百个微米,纳米级孔隙占主导,主要以微孔和介孔为主.页岩的孔径分布类型分为两种:微孔优势型和微孔-宏孔优势型.     

基于压汞法的构造煤基质压缩特性及其对孔隙结构的影响

为研究不同变形程度构造煤的基质压缩特征,采用压汞法和气体(N2和CO2)吸附相结合的方法,计算了渭北煤田韩城矿区不同类型构造煤的基质压缩系数,探讨了基质压缩对构造煤孔隙结构的影响。结果表明,煤的基质压缩系数不一定随构造变形程度的增加而增大,是煤级、微孔含量和构造变形等因素的综合反映;基质压缩主要影响了压力大于20 MPa的压汞孔体积;由于压汞法和N2吸附方法的测试原理不同,基质压缩校正后压汞孔体积(6~100 nm)高于N2吸附孔体积;基质压缩对压汞孔体积的影响随构造变形程度的增强而变弱。     

煤孔隙结构构造变形的压汞法和小角X射线散射表征

依托渭北煤田韩城矿区煤样,采用压汞法和小角X射线散射技术(SAXS),结合孔隙分形表征,从分形特征的角度探讨了构造变形对煤孔隙结构的影响程度。结果表明,煤的孔隙分形维数定量表征了构造煤孔隙结构的差异性变化及其非均质性。强构造变形煤具有较高的渗流孔分形维数(DHg),孔隙结构及表面非均质性较高,而渗透率较低,说明强烈构造变形所导致的复杂孔隙结构是构造煤储层低渗透的原因之一。吸附孔孔隙表面分形维数(DSAXS)随着构造变形的增强而增大,表明变形作用造成煤孔隙表面结构在微观上变得复杂。研究认为,分形维数可以指示煤中孔隙结构的构造变形程度。     

基于低温氮吸附法和压汞法的煤样孔隙研究

为了研究无烟煤的孔隙结构特征,采用压汞法和低温氮吸附法对寺河矿煤样进行孔隙特征研究,结果表明该煤样的低温氮吸附等温线接近Ⅰ型,煤中的微孔尤其是小于2 nm的孔构成煤层瓦斯的吸附空间;压汞曲线没有滞后环,多分布圆柱形孔和Ⅴ形孔,大孔、可见孔和裂隙比较发育,构成煤的渗透容积,有利于瓦斯流动,从而有利于瓦斯抽采。低温氮吸附法测试煤的比表面积比较优越,而压汞法测试煤的孔体积分布比较准确,因此将2种方法结合使用,可以更全面地分析无烟煤的孔隙结构。     

煤、页岩和砂岩孔隙结构差异性及对甲烷吸附的影响研究

查明煤、页岩和砂岩孔隙结构差异性,对煤层气、页岩气和致密砂岩气的开发具有重要意义。采集煤、页岩和砂岩样品,利用压汞法、低温氮气吸附法、低温二氧化碳吸附法测试样品的孔隙结构,根据各测试方法的特点,提出了利用低温二氧化碳吸附法、低温氮气吸附法、和压汞法分别测试表征微孔(<2 nm)、介孔(2～50 nm)和大孔(>50 nm)的全孔径段表征方法,并进行了不同样品的甲烷等温吸附试验,分析孔隙结构对甲烷吸附的影响。试验结果表明：(1)所测样品中,煤中主要发育狭缝形孔隙,页岩和砂岩中主要发育墨水瓶形孔。(2)煤、页岩和砂岩孔隙结构具有较大的差异性,煤微孔发育程度远远大于页岩和砂岩。煤中微孔为煤提供了大部分的孔容和比表面积,其中微孔孔容占总孔容的60%以上,微孔比表面积占总比表面积的95%以上;页岩和砂岩的孔容主要有介孔提供,介孔孔容占到总孔容的65%以上,比表面积由微孔提供,微孔比表面积占到总比表面积的61%以上。(3)不同样品对甲烷吸附能力顺序依次为煤>页岩>砂岩,对甲烷的吸附主要受控于孔比表面积,微孔为煤对甲烷的吸附提供了更多的空间和吸附点位,所以煤对甲烷吸附能力远远...     

构造煤的瓦斯放散特征及孔隙结构微观解释

采用恒温煤粒瓦斯放散试验方法,研究了构造煤和原生煤瓦斯放散过程的差异性,结果表明构造煤在瓦斯放散初始1 min的瓦斯解吸量是原生煤的2.15~4.06倍,构造煤趋近极限瓦斯解吸量所需时间不足原生煤所需时间的25%,原生煤的极限瓦斯解吸量略高于构造煤,构造煤与原生煤对典型瓦斯放散数学表达式的适用性存在很大不同。为解释试验结果,采用压汞法和低温氮吸附法对煤的孔隙结构进行测试,分析得到中孔及大孔分布是导致构造煤和原生煤瓦斯放散特征差异的主要因素,大分子结构等其他因素对瓦斯放散特征的影响有待于进一步研究。     

原生煤与构造煤孔隙结构的压力响应特征

为模拟原生煤和构造煤在煤层中的加压和解吸后的性能,实验选取原生煤赵庄3#原生煤和阳泉二矿8#煤构造煤,利用BSD-PH全自动高压气体吸附分析仪进行甲烷气体逐梯次加压到10 MPa,然后开始解吸甲烷气体到大气压,再抽真空处理。处理后的样品,利用Tristar II比表面仪进行低温氮实验研究煤孔隙结构。结果表明：（1）原生煤和构造煤在加压后,均发生孔隙结构变化,原生煤比构造煤的抗压能力强。（2）加压后,原生煤和构造煤最可几孔径均有往后移动的趋势,表明压力会影响孔径大小。（3）原生煤吸附性能较好,构造煤吸附性能稍次,甲烷解吸后,原生煤孔隙结构影响较小,构造煤孔隙结构易受到破坏。研究成果可为构造煤层气开采及煤矿瓦斯突出防控提供一定的依据。     

基于压汞和低温氮吸附联合试验的不同变质程度煤全孔隙结构特征研究

为了研究不同变质程度煤全孔隙结构特征,选取6组煤样分别进行煤镜质组反射率R0,max测试、压汞实验和低温氮吸附试验,并联合压汞-低温液氮吸附试验数据进行系统分析。结果表明:2种试验的联用孔径分界点分别为BD01(38.4 nm)、PMBK07(46.8 nm)、HBM03(35.0 nm)、ZZ01(45.8 nm)、SHE02(34.6 nm)、FH03(23.8 nm);随着变质程度的增加,煤样全孔隙总孔体积整体呈现高-低-高的变化趋势,且受煤中可见孔及裂隙的控制作用明显。微孔对全孔隙总孔比表面积贡献最大,且随着变质程度的增加总孔比表面积呈"W"型变化,到无烟煤FH03(Ro,max=3.77%)阶段达到最大值;试验所测煤样的孔隙形态与变质程度关系不明显,孔隙多以开放孔为主且孔隙连通性较好。无烟煤FH03孔隙中较多发育两端开放的平行板状微孔。     

韩城地区构造煤类型与孔隙特征

利用扫描电镜、压汞法、低温氮吸附和等温吸附试验对韩城地区煤岩样品的综合分析,探讨了韩城地区构造煤孔隙特征。研究表明：同一煤级,碎裂煤层理、裂隙发育,在富水文地质单元等条件影响下多被矿物质充填,孔隙连通性变差;碎粒煤、糜棱煤显微构造、外生裂隙发育,气孔大量出现促使渗流孔隙显著恢复,隔水性能强造成矿物质变少,孔隙连通性变好...     

基于低温氮吸附的动态超临界CO2对煤纳米孔隙结构的影响

基于动态SCCO₂萃取平台,模拟了SCCO₂(温度55℃和压力12 MPa)与焦煤和瘦煤的动态相互作用。通过低温氮吸附技术分析了SCCO₂作用前后煤纳米孔隙结构的变化特征,探讨了SCCO₂对煤纳米孔隙结构的影响。结果表明:SCCO₂不会改变纳米孔隙形状,SCCO₂作用后,焦煤的比表面积和孔体积增大,微孔含量显著升高,中孔孔隙度下降,平均孔径降低,瘦煤表现出相反的趋势;分形分析表明SCCO₂增强了焦煤纳米孔隙表面的非均质性,但瘦煤孔隙表面变得光滑;SCCO₂的萃取效应和SCCO₂吸附引发的溶胀效应的净作用是上述焦煤和瘦煤纳米孔隙差异变化的主因,对于焦煤,萃取作用强于溶胀作用,对纳米孔隙结构产生增孔效应,瘦煤则相反。     

基于压汞法的赵庄矿不同煤体结构煤的孔隙特征研究

选取赵庄矿3号煤层4种不同煤体结构煤的煤样,采用压汞法研究分析其煤体孔隙特征。实验表明,随着煤体破坏程度的增大,大孔孔容占比呈下降趋势,中孔、小孔孔容占比呈上升趋势,煤岩渗透性随之减小。原生结构煤、碎裂煤存在相当数量的封闭孔或孔径在纳米级以下,孔隙连通性差;碎粒结构煤孔隙连通性稍好,退汞效率在4种煤体结构中最高。     

贵州矿区煤孔隙结构及其等温吸附特性研究

为完善贵州矿区煤孔隙结构及瓦斯吸附特性,促进煤层气的抽采和防治煤与瓦斯突出,以贵州矿区4个不同矿井煤样为研究对象,利用扫描电镜、压汞和等温吸附等手段进行测试。结果表明:贵州煤大量发育裂隙和次生孔隙,这些裂隙和孔隙是煤层瓦斯的吸附场所和流通通道;贵州煤的孔容在0.146 8~0.228 9 m L/g之间,孔比表面积在15.434~18.260 m~2/g之间,平均孔径在33.4~51.4 nm之间,煤中大孔及裂缝是孔体积的主要贡献者,5~10 nm之间的孔隙是煤比表面积的主要贡献者,煤中开放孔较少,孔隙连通性一般;瓦斯的吸附能力与孔体积、孔比表面积具有良好的正相关性,Langmuir单分子层吸附方程适合煤对甲烷的吸附。     

构造煤与原生结构煤孔隙结构及瓦斯解吸特征对比研究

为了研究构造煤的孔隙结构对瓦斯解吸特征的影响,选取了发耳煤矿和青龙煤矿的煤样,进行了压汞试验和瓦斯解吸试验,对构造煤和原生结构煤的孔隙结构及解吸特征进行了对比分析,结果表明:原生结构煤中的大孔和中孔的孔容含量约占总孔容的12.81%～12.19%,构造煤中的大孔和中孔的孔容含量约占总孔容的69.85%～82.15%,原生结构煤和构造煤的孔比表面积占比较高的都是微孔和小孔,表明构造煤结构变化主要体现在大孔和中孔的孔容占比增加;构造煤的初期瓦斯解吸速度和瓦斯解吸量明显大于原生结构煤,主要原因是构造煤的大孔和中孔的孔容含量增加,使瓦斯有了更多的渗流通道和储存空间,增加了瓦斯解吸速度。     

低透气性煤孔隙结构研究

为了研究低透气性煤的孔隙结构特征,采用低温氮吸附法和压汞法对桂箐煤矿M9无烟煤软煤层进行试验研究,结果表明:煤的孔径分布较广泛,从微孔到可见孔及裂隙均有发育,其中微孔最为发育,孔面积最大,占总比表面积的98%以上,有利于瓦斯的储存,而构成渗透容积的大、中孔及裂隙发育较少。煤的吸附-脱附和进、退汞曲线均不重合;脱附和退汞曲线均有拐点;退汞效率低,这说明煤中存在一端封闭的不透气孔和细颈瓶型孔,导致其透气性较差,不利于瓦斯的扩散及渗流,降低了抽采效率,容易发生煤与瓦斯突出。     

煤的孔隙结构分形定量研究

煤是一种具有复杂孔隙结构的物质，难以用传统的欧几里德理论予以描述。分析用压汞法测出的煤中不同孔径段的比孔容资料，发现最小孔半径在６５￣８７ｎｍ的大孔和中孔具有分形特点，可以用分形维数定量表征煤的孔隙特征。分形维数能反映组成煤的煤岩组分的复杂程度和煤结构遭受破坏的严重程度。在煤的变质系列中，中变质程度烟煤的分形维数最大。     

基于压汞法的软、硬煤孔隙结构差异性研究

为了研究软、硬煤孔隙结构的差异性对煤与瓦斯突出的影响,采用压汞法对桂箐煤矿软、硬无烟煤进行试验研究,分析对比了软、硬煤孔隙结构特征,结果表明:软、硬煤进、退汞曲线均未重合,孔隙分布较广泛,软煤微孔孔体积最为发育,微孔孔面积占98%以上,有利于瓦斯的储存,但是构成渗透容积的大、中孔及裂隙发育较少,并且存在"细颈瓶"型孔,导致软煤渗透性较差,不利于瓦斯的扩散及渗流;硬煤微孔孔体积和孔面积均发育很少,而可见孔及裂隙比较发育,因此,硬煤渗透性较软煤强,有利于瓦斯的流动及抽采;总的来说,软煤较硬煤更易发生突出。     

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。     

构造煤纳米级孔隙与瓦斯吸附能力关系研究

采用低温液氮实验对研究构造煤的纳米级孔隙结构特征,并利用等温吸附实验解释构造煤纳米孔隙与瓦斯吸附能力的关系。研究结果表明:3种煤样不同孔径孔容和比表面积都有所增加,约在50 nm孔径出现峰值,得出纳米孔隙是煤对瓦斯吸附强度的决定因素。相对于原煤,构造煤吸附瓦斯量略有增加,相对于同层共生原煤,构造煤吸附能力的变化主要取决于纳米级孔隙的变化,其纳米级孔隙微孔的比表面积是影响瓦斯吸附量的主要因素。     

基于小角X射线散射构造煤孔隙结构的研究

为研究不同变形程度构造煤的孔隙结构特征,采用小角X射线散射(SAXS)和低温氮吸附相结合的方法,分析了重庆中梁山南矿不同类型构造煤的孔径、孔体积、比表面积和表面分形维数等参数的变化规律。SAXS研究结果表明,随着煤的变形程度增强,X射线散射强度增大,煤中微孔比例增加,最可几孔径减小,孔隙表面分形维数增大,这与低温氮吸附的结果一致。但由于两种方法的测试原理不同,SAXS所测孔隙比表面积高出低温氮吸附结果 1~2个数量级。