煤和碳质页岩的自燃原因和机理

<正> 目前对沉积岩的自燃环境意见不一。实验表明,湿煤和湿碳质页岩一般要产生自燃。例如,中亚各煤矿的内因火灾频率与煤的湿度达到27～28%有重要关系。一些专家认为,煤和碳质页岩的自然发火只取决于其中的碳化物。在这种条件下析出水、CO 和 CO_2。实践表明,放热     

基于孔隙结构的页岩渗透率研究

页岩渗透率对勘探开发至关重要,微观孔隙结构是影响页岩渗透率的主要因素。测定了龙马溪组与牛蹄塘组页岩的TOC含量与矿物组分,开展了高压压汞试验和低温液氮试验,测定了页岩的孔隙分布特征 及渗透率,研究了地质参数、孔隙结构对页岩渗透率的影响。研究结果表明：①页岩样品TOC含量越大,有机质孔隙的数量及孔隙度越高。黏土矿物含量的增加提高了页岩的渗透率,而脆性矿物中的孔隙发育较差,且 与渗透率和孔隙度呈负相关。②龙马溪组和牛蹄塘组页岩样品内分布着墨水瓶形孔隙结构,这类孔隙孔喉狭窄、孔隙之间连通性差。两组页岩孔径为4~40 nm,中孔在流体的赋存和运移方面承担着主要任务。③龙马溪 组岩样在孔径为4 nm左右呈单峰分布,牛蹄塘组岩样在孔径为4 nm和7 nm左右呈双峰分布。相对于孔隙表面积和孔隙体积,孔隙形态与连通程度对页岩渗透率有着更为重要的影响。     

保靖地区高成熟度海相页岩微—纳米孔隙结构特征

页岩中微—纳米孔隙广泛发育,微—纳米孔隙结构对页岩含气性评价及页岩气开发具有重要意义。利用场发射扫描电镜（FE-SEM）观察、高压压汞、低压液氮吸附等方法对保靖地区龙马溪组高成熟度海相页岩的微—纳米孔隙结构特征开展了详细研究。结果表明,研究区龙马溪组海相页岩有机质丰度较高,BY-1井岩心样品实测TOC值范围是0.57%~2.16%,矿物组分中石英和黏土矿物含量最高,均值分别为46.9%和32.6%;页岩中黄铁矿发育;页岩的孔隙类型包括粒内孔、粒间孔、晶间孔、有机质孔和微裂缝5种,其中页岩气的储集空间主要由黏土矿物晶间孔、有机质孔和黏土矿物收缩缝提供。BY-1井龙马溪组页岩中微孔和中孔孔容分别占总孔容的14.5%~38.1%和49.4%~61.9%,是研究区目的层的主要储集空间,而页岩中宏孔孔容较小,相对不发育。     

辉钼矿与碳质页岩的分离及机理

为了研究不同的药剂作用,采用哈里蒙特管进行了一系列试验。当采用丁基黄药作辉钼矿的捕收剂,苯胺黑和三氯化铁作碳质页岩的抑制剂时,取得了较好的效果。借助于现代分析仪器对其机理进行了研究。     

不同温度作用下油页岩内部孔隙结构精细表征

利用显微CT试验分析系统和压汞仪,对取自抚顺西露天矿的油页岩试样经过高温作用热解后的孔隙结构进行度量表征,得出:(1)300～600℃温度段是抚顺油页岩内部有机质热解的主要阶段;(2)在显微CT能分辨的孔隙尺度(1.94μm)范围内,油页岩的孔隙不发育;在压汞法测定的孔隙尺度(7nm～1.94μm)范围内,油页岩的孔隙较为发育。高温作用后,油页岩内部的有机质不断发生热解,各孔径阶段的孔隙不断形成,孔隙结构也在发生变化,各孔径阶段的孔隙逐渐连通,超大孔(1.94μm)和中孔(0.1～1μm)的孔隙率逐渐增大,小孔(0.01～0.1μm)和微孔(0.01μm)的孔隙率也基本处于增大的状态,为油气物质的产出提供通道。     

下扬子地区下古生界页岩纳米孔隙特征及其控制因素

为了研究下扬子地区下寒武统下部荷塘组（幕府山组）、中奥陶统胡乐组暗色泥岩的孔洞特征,对所采样品进行了氮气等温吸附解吸实验,并通过BJH理论计算得出1.7～300.0 nm孔径范围内的解吸附孔体积增量。其中胡乐组页岩孔径在1.7～2.7 nm时,页岩孔体积增量与有机质的丰度具有明显的正相关关系;在2.7～300.0 nm时,孔体积受构造作用与有机质丰度的共同控制。下寒武统荷塘组/幕府山组不同孔径分布范围内的孔体积增量与岩性的关系更为密切。页岩平均孔径分布总体上与有机质丰度呈负相关关系,表明有机质内部孔洞的大小明显小于页岩平均孔径。     

纳米压裂液对煤孔隙结构影响实验研究

为研究纳米压裂液对煤孔隙结构影响。以低中高阶煤样为研究对象,制备普通清洁压裂液和不同浓度纳米压裂液,对普通清洁压裂液和不同浓度纳米压裂液处理后煤样开展低温液氮吸附实验。结果表明：纳米压裂液处理后煤孔隙形态发生变化,孔隙连通性变差;不同浓度纳米压裂液处理后煤样小孔面积和孔体积明显增大。分形维数拟合结果表明：处理后3种煤阶煤样的孔隙结构由复杂变为简单;低阶煤处理后煤体表面变得粗糙,中阶和高阶煤处理后煤体表面变得光滑。以上研究结果揭示了纳米压裂液对煤孔隙结构影响的微观机理,对纳米压裂液煤储层的损害研究和低损伤纳米压裂液研制具有指导意义。     

冻融作用下煤体孔隙结构损伤演化规律研究

为了揭示冻融作用对煤体孔隙结构的影响,采用冻融试验机对煤样进行冻融循环试验,利用声波测速仪和核磁共振设备对不同冻融循环次数下煤样的孔隙演化规律进行了分析。研究结果表明,冻融循环会造成煤体的孔隙结构损伤,促进煤体孔隙的发育,造成煤样波速降低,随着冻融循环次数的增加,煤样的小孔和中孔不断的扩展联通,造成煤样的大孔数量显著增加,孔隙连通性增强,煤样的总孔隙度、残余孔隙度和有效孔隙度和渗透率也随之增加,表明冻融循环能够提高煤层的透气性,从而有利于煤层气的抽采。     

低透气性煤孔隙结构连通率对煤层渗透性的影响规律研究

为研究低透气性煤的孔隙结构特征及孔隙连通程度,对原煤煤样进行试验,分析饱和水和残余水状态下煤样的T2曲线,得到煤样的自由流体值、束缚流体值、有效孔隙率、孔径分布及渗透率等参数,建立了孔隙连通率定量计算模型。结果表明:煤样孔隙率为6.30%～11.02%,孔径分布呈3段式,孔隙主要集中分布在0～100 nm段,微小孔发育、中大孔及裂隙不发育;吸附孔与孔隙率成反比,渗流孔与孔隙率成正比;煤样孔隙连通率为31.50%～62.05%,孔隙连通率受孔隙尺度的影响,煤样孔径在100 nm以下的孔隙连通率最高为58.45%,孔径为100 nm以上的孔隙连通率在94%以上;孔隙连通率与孔隙率、有效孔隙度、渗透率表现出了较好的正相关关系。     

黔西地区龙潭组煤系泥页岩孔隙结构及分形特征研究

为了研究煤系泥页岩微观孔隙结构特征,以黔西地区龙潭组煤系泥页岩为研究对象,基于扫描电镜及低温氮气吸附实验测试手段,定性和定量表征页岩孔隙特征,同时运用分形理论分析了其分形特征,并探讨了孔隙结构影响因素。结果表明:黔西地区龙潭组煤系泥页岩扫描电镜下观察到粒间孔、粒内孔、微裂缝及有机质孔4类,微裂缝大量发育,为烃类气体运移提供通道,仅见少量有机质孔隙;泥页岩氮气吸附等温线与Ⅳ型等温线相近,曲线均呈反"S"型,反映出主要为中孔,在高比压区(0.45

0<1.0)形成滞后回线,表现为H2型的细颈广体的墨水瓶孔和H4型的狭缝型孔;孔径平均值为8.36 nm,以中孔为主,比表面积较大,平均为12.03 m²/g,总孔体积较大,平均为0.017 379 m³/g;采用FHH模型对低比压区(0

0<0.45)和高比压区(0.45

0<1.0)2个阶段进行计算分形维数(D₁、D₂),分形维数较大,D...     

有机质成熟度对南方海相页岩储层孔隙的控制作用

中国南方下古生界海相页岩经历了复杂的构造演化和热演化,页岩气含气量差异较大,成熟度对页岩气储层孔隙发育的控制作用是亟待解决的重要问题。选取不同成熟度的下古生界海相页岩作为研究对象,采用X射线矿物组分分析、扫描电镜、气体吸附、高压压汞和透射电镜实验,研究有机质演化程度对页岩储层孔隙结构的控制作用。结果表明,R_o小于3.0%的高演化页岩储层储集能力优于R_o大于3.0%的页岩储层,中孔孔体积、微孔比表面积的发育均明显更优;过演化有机质（R_o>3.0%）的孔隙受有机质石墨化影响,孔隙出现缩合、减小的趋势,对页岩储集空间起到破坏作用;R_o>3.5%的高过热演化页岩在经历压实作用、有机质石墨化和黏土矿物转化后储集能力下降严重,不利于页岩气藏的形成。     

沁水盆地东部武乡区块泥页岩孔隙结构特征研究

沁水盆地东部武乡区块煤系伴生泥页岩广泛发育,页岩气资源潜力大,加强该区泥页岩孔隙结构特征的研究对页岩含气性评价以及实现煤层气、页岩气合探共采具有重要意义。为此,以武乡区块X井二叠系山西组泥页岩为主要研究对象,通过高压压汞和低温液氮试验手段对沁水盆地东部武乡地区X井泥页岩孔隙结构进行了研究。研究结果表明:沁水盆地武乡区块泥页岩样品吸附曲线呈倒S型,属于Brunauer分类方案中的Ⅱ型曲线。其脱附回线属于IUPAC分类方案中的H2型(兼具H1型及H3型),属De Boer分类方案中的B型(兼具E型及C型)。主要发育裂缝型孔,墨水瓶型孔次之,分选性好,开放型孔较少,连通性较差;目标层属于页岩气较差的储层段,不利于储层的吸附、扩散和渗透,但经压裂改造可改善;压汞试验测得泥页岩主要大量发育孔径在5～7 nm及15 nm左右的孔隙,液氮试验测得沁水盆地武乡区块泥页岩孔隙孔径集中分布在1.18 nm左右; BET比表面积为10.022～15.454 m2/g,平均值约为13.342 m2/g,其中微孔是泥页岩比表面积的主要贡献者;孔隙直径分布在5.56～6.50 nm,平均值为5.75 nm,平均孔径在中孔范围内。总孔隙体积在0.008 12～0.012 54 cm3/g,平均孔体积为0.01 cm3/g。综合液氮压汞的试验分析结果可知,武乡地区X井山西组泥页岩孔隙中主要发育50 nm的孔,其中2～50 nm的孔是总孔体积的主要贡献者。     

某低品位含钼钒碳质页岩型铀矿石浸出工艺研究

对某含钼、钒碳质页岩型铀矿石开展铀、钼、钒综合提取工艺试验。研究结果表明:该铀矿石属于难浸出的多金属矿石,直接采用硫酸或碳酸钠浸出时,均不能实现铀、钼、钒的综合提取;采用加压酸浸或拌酸熟化搅拌浸出时,矿石中铀、钼、钒3种元素均可获得比较满意的浸出效果,渣中铀品位可降至0.01%左右,钼品位可降至0.02%以下,钒的浸出率达50%以上。     

酸化对富有机质页岩孔隙结构影响的试验研究

随着能源的日益紧缺,页岩气开采尤为迫切。页岩致密低渗,为提高产量必须利用增产措施提高储层渗透率。酸化预处理可有效改善岩石孔隙结构,增强孔隙的连通性,进而提高页岩渗透率及产气量。本试验采用质量分数3%氢氟酸和10%盐酸的混合酸对湖南牛蹄塘组页岩样品进行了酸化浸泡处理,通过超景深显微镜观察了不同酸化时长下页岩层理、裂隙和孔隙结构特征的演化规律,统计了页岩孔隙直径、频次、频率及孔隙度随时间的变化趋势,分析了酸化对页岩内部气体流动的影响。实验结果表明:①牛蹄塘组页岩中的脆性矿物沿层理发育,酸化处理后长石及石英矿物强烈溶蚀,可形成沿层理发育的裂隙;②随酸化时长增加,页岩表面石英、长石的出露面积先增大后减小,酸化后期,脆性矿物与周围矿物间孔隙明显增加,孔隙向深部腐蚀且呈现连通的趋势;③根据不同酸化时长页岩孔隙统计特征可见酸化分为两阶段:酸化初期为产生新生小孔阶段,酸化后期孔隙增大阶段;④酸化使页岩原始致密的单一孔隙结构转变为裂隙和孔隙并存的双重介质结构。孔隙度随酸化时间的增加呈先提高后降低的趋势,现场生产中应综合考虑储层特性和酸岩反应,设计最优作用时间。     

复杂构造区页岩孔隙结构、吸附特征及其影响因素

随着我国页岩气勘探开发的不断深入,构造复杂区已成为下一步勘探的重要方向。以渝东北复杂构造区龙马溪组页岩为例,开展了扫描电镜、压汞、低压气体吸附、等温吸附等试验,系统性地表征了渝东北地区不同构造变形带龙马溪组孔隙结构及吸附特征,分析了复杂构造区页岩孔隙结构和吸附特征的影响因素,阐明了构造变形对于孔隙结构和吸附能力的作用机制。结果表明：(1)滑脱褶皱带和断层褶皱带龙马溪组页岩中发育较多的有机质孔,而叠瓦断层带龙马溪组页岩仅发育少量有机质孔隙,但发育更多矿物相关的孔裂隙;(2)滑脱褶皱带龙马溪组页岩中微孔（<2 nm）、介孔（2～50 nm）及宏孔（> 50 nm）均有发育,而断层褶皱带和叠瓦状冲断带龙马溪组页岩样品中微孔不是很发育,而介孔和宏孔相对比较发育;(3)龙马溪组页岩“过剩”吸附量都是随着压力的增大迅速增加,达到最大值（6～9 MPa）后开始缓慢降低,而绝对吸附量则随着压力的增大单调增大;(4)孔隙结构主要受控于TOC（总有机碳）和黏土矿物含量,而吸附能力主要与TOC和微孔密切相关,此外,构造变形也可以通过改造孔隙结构来影响吸附能力。该研究成果为复杂构造区页岩气勘探提供...     

酸化作用下龙马溪组页岩孔隙结构演化实验研究

富有机质页岩致密、低渗,孔径多为纳米级,增产措施是页岩气商业化生产所必须的手段。四川龙马溪组页岩富含碳酸盐矿物及黏土矿物,酸化处理可以溶蚀页岩的矿物成分,改善页岩致密的孔隙结构,最终达到提高产量的目的。以四川龙马溪组页岩为研究对象,对所选页岩进行了两种酸化处理:在30 ℃的恒温条件下,浸泡质量分数10%HCl和3%HF的混合酸及先浸泡质量分数10%HCl再浸泡质量分数3%HF的顺序酸,酸浸泡时长最长为24 h。利用超景深光学显微镜研究了页岩酸化前后细观结构的演化特征,利用扫描电子显微镜研究了酸化对页岩微观结构的影响;基于EDS能谱仪的元素分布结果分析了页岩酸化前后矿物组分的变化特征;通过压汞测试研究了酸化前后页岩孔径的分布特征及孔隙直径、体积和比表面积的变化特点。结果表明:① 酸液可以溶解页岩中的矿物,在矿物被溶解的位置产生孔隙,但混合酸浸泡会产生大量白色沉淀堵塞酸蚀产生的孔隙,沉淀以Ca2+,Al3+的化合物为主,顺序酸化几乎无沉淀生成;② 酸化改变了页岩原有的致密结构,酸化后0.050~6 μm及25~575 μm的孔隙显著发育,酸化使得页岩的累积孔隙体积提高2个数量级;③ 未经处理页岩试样的孔隙体积为0.006 9 mL/g,经混合酸和顺序酸处理24 h后分别增至0.14,0.17 mL/g,顺序酸的酸蚀作用可以在页岩内产生更多的孔隙。     

延长组页岩储层纳米级孔隙特征及影响因素——以鄂尔多斯盆地柳坪171井为例

运用压汞法和氮气吸附法分别对延长组页岩储层纳米级孔隙进行测定,通过等温吸附线和氩离子抛光扫描电镜照片描述,对孔隙结构特征分类表征并结合页岩样品岩石矿物组分、成熟度和有机碳含量测试讨论控制纳米级孔隙结构的主因。结果表明:延长组页岩储层孔隙主要为纳米级孔隙,并以中孔为主,占总孔体积的66%~84%,孔径主要分布在1~25 nm。其中长7段、长8段页岩的比表面积主要是由孔径小于5 nm的孔隙所提供的,长9段页岩的比表面积主要是由孔径小于10 nm的孔隙所提供的。延长组页岩吸附回线特征表明纳米级孔隙多以开放型为特征,主要包括有机质内部孔隙、黄铁矿莓状体粒间孔和黏土矿物粒间孔,以及部分长石溶蚀孔,此外页岩中还存在大量微裂缝。其中有机质内部纳米级孔隙和黄铁矿莓状体粒间孔是筒柱状孔,锥形孔、楔状孔及细颈瓶状或墨水瓶状孔的主要来源;长石溶蚀孔大多为半球形孔;黏土矿物粒间孔可贡献一端封闭或两端开口的筒状孔;微裂缝以平行壁狭缝状、弯曲波浪状、夹板形楔状为特征。有机碳含量是控制延长组页岩储层中纳米级孔隙体积及其比表面积的主要内因,页岩成熟度、黏土矿物含量和脆性矿物含量对纳米级孔隙控制作用不明显,但莓状体黄铁矿的增加有助于页岩中孔隙的增加。     

基于AFM的巫溪2井页岩储层孔隙特征研究

页岩储层孔隙是页岩气赋存和渗流的基础,但在其研究中很难将孔隙定量信息和页岩表面形貌相结合,且现有的孔隙定性、定量研究手段都存在自身的限制。为研究页岩储层孔隙特征,并将孔隙定量信息和页岩表面形貌结合,采用原子力显微镜（AFM）扫描页岩样品,利用NanoScope Analysis和Gwyddion两种软件对AFM数据进行分析,定性、定量地研究了巫溪2井龙马溪组页岩的孔隙特征,将部分结果同低温N2吸附试验所得结果进行了对比。巫溪2井龙马溪组页岩的均方根粗糙度在1.7～13.6 nm,平均粗糙度在1.3～10.7 nm,TOC（总有机碳含量）和均方根粗糙度的相关系数为0.8112,TOC和平均粗糙度的相关系数为0.900 8,页岩粗糙度受显微组分尤其是有机质组分的控制;页岩孔隙多为狭缝形孔、楔形孔,主孔段位于4～6 nm和14～50 nm,平均孔径在3.9～6.6 nm波动,介孔占70%以上;孔隙截面长宽比在1.5～3.1。利用原子力显微镜获得的孔隙形貌、IUPAC分类标准的各孔径范围内的孔隙占比、平均孔径和利用低温N2吸附试验获得的结果相近;AFM测定部分样品主孔段和低温N2吸附试验结果不...     

煤自燃过程孔隙结构变化规律试验研究

采用氮吸附和压汞试验联合研究了煤的孔隙结构在自燃过程中的变化。实验数据表明200℃前不同温度煤的最可几孔径均为5 nm,区别主要表现为随着温度的升高煤中小于10 nm的孔越来越多。200℃~300℃煤的最可几孔径激增到350 nm。在煤自燃过程中孔隙率不断升高,比表面积先升高后降低,渗透率先降低再急剧升高然后又降低,密度不断降低,各参数与温度之间的关系可用多项式表达,均方差均大于0.998。