超声波作用下煤体微观结构的试验研究

为了揭示声震法提高煤层气抽采率的微观机理,通过扫描电镜、比表面积及孔径分析仪、核磁共振分析仪,试验研究了超声波处理对煤微观结构的影响。试验研究表明:超声波的机械振动效应能清洗干净含水煤体表面及裂隙通道中的微颗粒,打开煤中的封闭孔,局部破碎松软煤体,产生新的裂隙;超声波处理后,煤的总孔容、比表面积、平均孔径、孔隙率增大,T_2谱峰值增大、煤孔裂隙连通性增加,有利于煤层气的解吸、扩散和渗流;超声波处理后,煤对N_2吸附量增加,吸附与解吸过程存在吸附滞后现象,形成较大的滞后环,滞后环属于类型C;煤的孔隙、裂隙结构受超声波空化效应、机械振动效应和热效应的影响。研究内容为声震法提高煤层气抽采率提供了依据。     

采动应力作用下煤岩渗流场演化规律数值模拟

煤岩体内孔裂隙的发育状况对注水渗流的影响占主要因素,随着工作面的推进,采动应力会造成煤层孔裂隙结构的改变。为探究采动过程中煤岩孔裂隙的变化规律,在三轴压缩实验的基础上,利用体积变形表征煤岩孔隙体积变化随应力加载的演化过程,应用Fluent自定义函数（UDF）对孔隙体积随加载时间的变化关系进行编程,以开采时间及注水时间为轴,数值模拟分析采动应力对煤层注水渗流场的影响作用;对比不同应力加载阶段相同时间增量的煤体内钻孔附近渗流场的渗透压力、渗流速度及注水量的变化。结果表明：在相同时间增量条件下,压密阶段、体积膨胀阶段、变形破坏阶段煤体内钻孔周围水压与含水量依次增加,注水润湿范围逐渐增大;采动应力对注水渗流具有重要的影响。     

深部煤体注水过程中渗流通道演化特征

在煤炭开采中,煤层注水可有效防突降尘和防治冲击地压。为了研究深部煤样注水过程中孔隙结构和渗流通道的演化过程,以平煤十二矿己15-31030工作面的深部煤体为研究对象,通过低场核磁共振成像设备在线测试了3个原煤试样在不同注水压力下的T2谱和含水量分布情况。通过对不同注水压力下的T2谱进行分析,获得了煤样注水过程中的孔径分布和孔隙结构的演化过程。通过核磁共振成像技术,初步实现了煤样注水过程中孔隙结构和渗流通道演化的可视化,可更直观地观测煤样注水过程中的动态演化过程,更深入地理解不同煤样T2谱演化过程异同的内在原因。进一步提出了一种根据T2谱进行不同孔径的孔的渗透率贡献度计算方法,定量分析了煤样注水过程中不同孔径的孔对水渗过程的贡献度。并对T2谱进行了孔裂隙的分形维数计算,定量分析煤样孔裂隙的渗流空间含量和异质性。研究发现:平煤十二矿深部煤样注水过程中T2谱表现出三峰特点,中孔、大孔和微裂隙的含量与连通性都大于微孔和小孔,注水过程中渗流通道主要由连通性较好的中孔、大孔和微裂隙构建。煤样注水过程中大孔和微裂隙贡献了99%以上的渗透率;微孔、小孔和连通性较差的孔主要参与储水而不参与运水。注水过程...     

构造煤裂隙及渗流孔隙分形特征研究

构造煤的孔裂隙系统对煤层气吸附、运移以及瓦斯突出均具有控制作用,选取淮北朱仙庄矿12块不同变形类型构造煤进行显微镜观测和压汞测试,并利用分形方法对样品裂隙系统、渗流孔孔隙系统及二者的关联性进行研究,结果表明:样品显微裂隙信息维数分布于1.2~1.9,孔隙分形维数分布于2.6~3.0;随着煤体变形程度增强,显微裂隙分形维数Dl线性增大,渗流孔隙分形维数Dk在脆性变形阶段变化不大,脆-韧性和韧性变形阶段呈线性减小。Dl增大,样品渗流孔孔容和比表面积呈指数增大,平均渗流孔孔隙直径减小,渗流孔发育程度提高,渗透性增强。孔隙分形维数随裂隙分形维数增大呈抛物线形式减小,以Dl=1.6为界,可根据Dl值将变形环境分为小于1.6的脆性变形环境以及大于1.6的脆-韧性/韧性变形环境。     

沁水盆地南部高阶煤储层渗透率与孔裂隙发育的耦合分析

为分析高阶煤储层渗透率与孔裂隙发育的耦合关系,以沁水盆地南部3~#煤储层为研究对象,采用分形理论研究了孔隙的分形特征,利用几何分形模型计算了不同孔径孔隙对煤岩渗透率的贡献比例,线性拟合了渗透率与孔隙分形维数、体积百分比和镜质组最大反射率R_(o,max)等因素的相关关系。研究结果表明:孔裂体积以微、小孔为主,比表面积比以微孔最高;孔隙类型以半封闭孔为主;煤样孔隙度平均为4.652%,渗透率平均为8.68×10~(-5)μm~2,大孔和裂隙对渗透率的贡献平均为99.809%,沁水盆地南部3~#煤储层渗透率主要来自于大孔与裂隙的贡献;渗透率、孔隙度与R_(o,max)之间具有较弱的相关性,随着变质程度的增加先上升再下降;渗透率与中孔、大孔和裂隙的分形维数呈正相关关系,与微小孔分形维数呈负相关关系。     

铁法长焰煤储层煤层气三级渗流数值模拟

基于煤矿井下宏观裂隙观察、显微裂隙电镜测量、孔隙压汞实验,构建了铁法盆地大兴煤矿7号煤层的三元孔、裂隙结构系统;分析了长焰煤储层宏观裂隙、显微裂隙和煤基质块（孔隙）三级压力降和三级渗流/扩散特征,建立了煤层气三级渗流/扩散场物理模型;通过等温吸附、渗透率和扩散系数实验,数值模拟了铁法盆地DT3井上煤组在排水降压开发煤层气的第3阶段的三级渗流/扩散能力分别为2 126,2 951,149 398 m³/d,指出长焰煤储层煤层气产能受制于宏观裂隙渗流场.     

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.     

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。     

煤岩基质-裂隙相互作用下渗透特性研究

为研究煤层气开采过程中温度、气体压力对煤岩吸附和渗流特性的影响,利用等温吸附试验装置与含瓦斯煤三轴渗流试验装置,分别进行等温吸附试验及不同温度条件下变气体压力的三轴渗流试验。考虑应力作用下毛细管分形特征,建立了裂隙体积应力敏感性模型,并在此基础上建立考虑煤基质内部膨胀变形、温度及气体压力变化的煤岩渗透率模型。结果表明：(1)在相同温度下,随着气体压力升高,煤岩瓦斯吸附量逐渐增大,但吸附速率呈相反趋势。在相同气体压力下,随着温度升高,瓦斯吸附量呈下降趋势。当有效应力恒定时,煤岩吸附变形量随着气体压力增大而增大,并且随着温度增大而减少。(2)在外部应力作用下,煤岩内部毛细管侧面发生收缩并产生径向延展。新建裂隙体积应力敏感性模型计算得到的裂隙压缩系数与实验室所得值在同一数量级,并随有效应力升高呈下降趋势。(3)新建渗透率模型能较好反映不同温度、气体压力下渗透率演化规律。在相同温度下,随着气体压力升高,煤岩渗透率先急剧下降后趋于平缓,孔裂隙周围基质膨胀变形对于渗透率的影响逐渐降低。     

鄂尔多斯盆地东缘煤储层物性及煤阶的影响

本文以研究区山西组煤层为例,利用压汞和低温液氮吸附等实验技术,详细剖析了煤储层孔裂隙特征,在此基础之上,深入探讨了煤阶对储层物性的影响。研究表明,鄂尔多斯盆地东缘山西组煤中孔隙以微小孔为主,有利于煤层气的吸附储集,其次发育大孔,中孔最不发育,而煤中吸附孔隙主要以微孔和小孔为主,不同地区孔径分布差异较大;研究区煤层孔隙度较低,为2.7%~7.9%之间,随着煤阶增高,孔隙度呈现"减小~增大~减小"的波状变化;随着煤阶增高,吸附孔隙孔径增大,相应的BET比表面、BJH总孔体积减小,随着煤化作用进一步增强,微孔增多,两者出现一定上升趋势。     

沁水盆地南部15号煤储层物性特征分析

为了探讨沁水盆地南部研究程度尚低的15号煤储层在煤岩煤质、孔-裂隙、渗透性、吸附性等方面的特征,运用矿物测试、宏观微观观察、压汞、低温液氮等温吸附测试等方法并结合煤层气井数据分析,对15号煤与3号煤进行对比研究。结果表明:15号煤显微组分特征有利于孔-裂隙发育和产气率,吸附性较好、含气量较高,裂隙较为发育;矿物种类多、含量高,矿物充填了孔-裂隙,严重降低了孔隙结构优度和渗透率。因此矿物充填,低渗透率和孔隙结构差是制约15号煤煤层气开发的主要因素。     

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。     

考虑水分影响的煤岩渗透率模型及演化规律

在开采环境的不断变化过程中,煤岩通常处于气-水共存的状态。为了探究水分与煤岩渗透率之间的反应机制,利用等温吸附装置和含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,分别进行不同含水条件下的等温吸附试验和孔隙压力升高的渗流试验。基于水膜与孔裂隙表面的相互作用及水膜之间分离压的影响,并且考虑压缩变形及滑脱效应对煤岩渗流的贡献率,构建考虑水分影响的渗透率模型,进而分析不同含水条件下煤岩吸附与渗流变化规律。研究结果表明:① 在不同含水条件下,煤岩瓦斯吸附量随孔隙压力增大而增大,而随含水率增大,瓦斯吸附量呈减小趋势。同时,吸附变形随着煤岩的吸附作用而变化。② 煤岩中的水分易在孔裂隙表面形成吸附性水膜占据气体渗流的通道,并且气态和液态水分子会制约瓦斯流动,因而瓦斯流量随含水率增大而减小。当煤岩含水率恒定时,渗透率随孔隙压增大先减小后趋于平缓;恒定孔隙压力条件下,渗透率随含水率增大显著减小。③ 考虑压缩变形、吸附变形、水分和孔裂隙间水膜对裂隙宽度的影响,构建了考虑瓦斯和水分耦合作用的渗透率模型,而且煤岩渗透率计算值与实测数据基本保持一致,可以较好的表征含水煤岩的渗透率变化规律。     

寺河煤层气区块3号煤储层物性分析

基于寺河煤层气区块矿井开采资料和煤层气开发资料,采用煤层气地质理论及数理统计方法,对研究区3号煤储层物性进行了分析。结果表明:3号煤层为厚-特厚煤层,煤层气富集程度、含气量和甲烷纯度高,具有良好的含煤性和含气性;煤孔隙以过渡孔和微孔为主,大孔次之,中孔不甚发育。煤孔隙吸附甲烷性能强、吸附量大、储集甲烷空间良好;煤中裂隙发育较密,为煤层气的高效渗流产出提供了良好通道,煤层渗透率较高;煤储层压力为欠压状态,地层能量和驱动煤层气产出的动能较弱;煤对甲烷吸附时间相对较长,煤层气解吸速率较慢。研究成果以期为研究区后续煤层气开发和矿井瓦斯治理提供理论和技术支撑。     

煤储层孔隙系统发育特征与煤层气可采性研究

借助干低温氮等温吸附试验和压汞孔隙分析,研究了河南煤田主要矿区煤储层孔隙系统发育特征。研究发现河南煤储层孔隙系统具有如下特征：①煤储层的孔比表面及总孔体积均较大;②压汞孔隙度较大,孔隙结构以吸附孔占绝对优势,约占总孔隙含量的78％;③孔隙类型主要为细孔细喉型,渗流孔内部的连通性较好但渗流孔和吸附孔之间的连通性较差;④研究区的这种孔隙系统对煤层气的储集非常有利,但对煤层气的解吸和开发较为不利。     

基于micro-CT扫描的孔裂隙结构表征及渗流模拟

以羊场湾不粘煤为研究对象,基于micro-CT扫描实验和Avizo处理软件,对煤中孔裂隙、矿物质以及煤基质进行精确提取与分割,并通过三维重构技术,得到了连通孔裂隙模型;在此基础上,进一步建立了具有孔裂隙形态学拓扑结构的等效孔隙网络模型,统计分析了煤中孔喉结构参数,包括孔隙半径、孔隙体积、喉道半径、喉道长度以及配位数;基于孔隙尺度的渗流模拟,实现了孔裂隙空间单相水的可视化渗流过程,并计算了3个方向的绝对渗透率。研究结果表明:羊场湾不粘煤中以片状孔隙群和大尺度互相垂直的裂隙发育为主,平均孔隙半径和喉道半径分别为106、27.79μm,平均配位数为3.45;在单相水渗流过程中,孔裂隙空间内的渗流速度明显高于流入流出端,3个方向的渗透率表现出明显的各向异性,其中y方向的绝对渗透率数值最大,x方向的渗透率最小。     

阳泉寺家庄矿煤储层孔裂隙系统及渗透性特征

通过对阳泉煤田南部临近寺家庄煤矿进行观测,并进行室内压汞试验,系统分析阳泉寺家山等多个矿的3#煤、8#煤、9#煤和15#煤储层大裂隙发育特征与孔隙结构特征。结果表明,该区煤层大裂隙发育,有利于煤层的渗透率;煤层气解吸与渗流的关键是微裂隙和植物细胞残留大孔隙;渗透率高值区可能位于南峪、白羊岭一带的深部,马鞍山和上马郡头一带的渗透率可能较低。     

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。     

液氮冷浸前后煤体的微观结构精细化表征方法研究

随着煤层增透技术的发展，液氮冷浸致裂煤体促进瓦斯抽采的研究取得了广泛关注。为研究液氮冷浸对不同煤质煤体微观结构的改造效果，分别采用电镜扫描仪、压汞仪和低温氮吸附仪对液氮冷浸前后不同煤质煤样（贫煤、肥煤和无烟煤）的微观结构进行了联合表征，对比分析了液氮冷浸对不同煤质煤样孔体积、比表面积分布情况的影响。结果表明：液氮冷浸煤体产生的热应力大于煤的抗拉强度，导致煤的微结构破坏，出现微裂隙萌生或颗粒脱落等现象，显著增加煤的透气性；液氮冷浸后不同煤质煤样的总孔体积和比表面积均增大，肥煤总孔体积增长率最小，其次是无烟煤，贫煤总孔体积增长率最大；液氮冷浸促使煤样内部微孔、小孔、中孔及宏孔/裂隙的孔体积均增大，促使煤样内部大孔贯通形成宏孔/裂隙，导致大孔的孔体积减少；液氮冷浸后各煤样的孔比表面积均集中分布在10～100 nm，并有明显的峰值特征；液氮冷浸促使贫煤、肥煤和无烟煤煤样的吸附量增大，且处于中高压区(0.4

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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.