煤的吸附孔结构对瓦斯放散特性影响的实验研究

为揭示煤的吸附孔结构对瓦斯放散特性影响机理,选择新疆阜康矿区典型矿井煤样,进行低温氮吸附及瓦斯放散初速度实验,研究了煤的吸附孔特征参数及其对瓦斯放散初速度的影响。结果表明:实验范围内阜康矿区煤的吸附孔中瓦斯的主要放散方式是Knudsen及过渡型;吸附孔各参数对瓦斯放散特性的影响不同,平均孔径越大,瓦斯扩散阻力越小,瓦斯放散初速度越大;孔隙及各孔径下的比表面积和孔容越大,瓦斯放散初速度越小;瓦斯放散初速度与微孔和过渡孔的孔容占比为负线性关系,与中孔的孔容占比为正线性关系,与各孔径下比表面积占比无明显关系;煤的孔隙在研究尺度范围内分形特征显著,瓦斯放散初速度随分形维数的增大而线性减小。     

海拉尔盆地呼和湖凹陷低阶煤孔隙分形特征研究

为研究有利于煤层气勘探开发的煤储层孔隙结构特征,运用孔隙分形研究方法,探究了海拉尔盆地呼和湖凹陷低阶煤中分形维数与孔径分布、镜质组反射率、兰氏体积与兰氏压力之间的关系。研究表明:海拉尔盆地呼和湖地区低阶煤在不同孔径段内的孔隙具有明显的分形特征,FHH模型计算的分形维数更符合呼和湖地区低阶煤孔隙特征;FHH中不同宏观煤岩类型在相对压力0～0.5和0.5～1.0吸附特征各异得到分维数D_1和D_2,其中D_1表征煤吸附孔表面粗糙度,而D_2表征吸附孔结构不规则性;D_2越高,BET比表面积积越大,微孔含量越高,平均孔直径越小;分形维数D_1和D_2都可以反映呼和湖地区低阶煤的吸附性能,D_1相较D_2对煤岩吸附性能的控制作用更大。     

榆社-武乡区块煤储层孔隙结构特征及其影响因素分析

为研究低孔低渗煤储层制约煤层气井高产的原因,以沁水盆地中东部榆社-武乡区块山西组和太原组煤储层为研究对象,采用扫描电镜电子成像技术和低温液氮吸附试验分析方法,研究探讨了煤储层孔隙结构特征及其影响因素。结果表明:研究区煤储层纳米级孔隙多发育在镜质组中,少数发育在惰质组中,以变质成因孔最为常见,亦发育原生孔和矿物质孔;孔隙形态以墨水瓶形孔和狭缝形孔为主;煤储层平均比表面积1.342 9 m2/g,平均孔容0.005 0 cm3/g,平均孔径15.744 2 nm,孔隙系统渗流能力较差。随着变质程度加深和镜质组百分含量增加,比表面积呈现出简单的递增趋势;而孔容、孔径最重要的影响因素为煤体结构,碎裂煤的孔容和孔径要明显高于原生结构煤。     

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。     

六盘水煤田杨梅树向斜主要煤层孔隙结构特征研究

为查明六盘水煤田杨梅树向斜上二叠统主要煤层孔隙结构特征,对其进行系统采样,基于压汞、低温液氮吸附试验分析了煤层孔隙发育特征及影响因素,并初步优选有利层段。结果表明:压汞测试各煤层以小孔、微孔为主,且微孔比表面积占绝对优势;低温液氮测试多数煤层以小孔、中孔为主,比表面积占比以微孔、小孔最大;压汞曲线和吸附回线均可划分为3种类型,分别代表一定的孔隙形态和连通性;大致以镜质体反射率Ro,max=1.65%为界,压汞测得孔容和比表面积随煤级先升后降,与无机组分和干燥基灰分含量呈负相关,而Barrett-Joyner-Halenda(BJH)孔容和Branauer-EmmettTeller(BET)比表面积与各影响因素的关系呈正相关,2种试验结果与镜质组含量关系均不明显。经对比分析认为5-2、5-3、13-1、33、34号煤层具有煤层气开发的孔隙条件。     

中低煤阶煤孔隙特征及对瓦斯放散特性的影响

为了研究中低煤阶煤孔隙特征及其对瓦斯放散特性的影响,对采集的中低煤阶长焰煤、气煤、焦煤和1/3焦煤4个煤类共计14组样品进行了煤工业分析、煤岩分析、液氮吸附和瓦斯放散初速度测试,结合分形理论研究了中低煤阶煤比表面积、孔容和孔隙分布特征及其瓦斯放散特性。结果表明:中低煤阶煤孔比表面积孔径分布主要以小孔和微孔为主,孔隙形态为以一端开口的孔为主,含有少量两端开口的孔,部分样品含有少量墨水瓶形孔。中低煤阶煤孔隙具有较好的分形特征,孔比表面积、孔容与分形维数具有明显的对数关系。中低阶煤瓦斯放散初速度较小,瓦斯放散初速度随着分形维数增大而减小,随着平均孔径的增大而增大。随着各孔径段孔容积、孔比表面积含量增加瓦斯放散初速度均呈负对数减小趋势,各孔径段比例和煤孔隙形态类型的细微变化对瓦斯放散初速度的影响不大。     

低阶煤孔隙结构对瓦斯吸附特性影响的试验研究

为揭示低阶煤孔隙结构对瓦斯吸附性能的影响,选取新疆准南煤田9个典型矿井低阶煤样,进行低温氮吸附及瓦斯等温吸附试验,研究低阶煤的吸附孔特征参数及其与瓦斯吸附参数之间的关系。结果表明:试验范围内,准南煤田低阶煤等温吸附瓦斯曲线仍可用Langmuir方程表征;低阶煤的平均孔径越大,孔隙间的作用力越小,体积吸附常数、瓦斯吸附量越小,压力吸附常数、吸附饱和度越大;随着煤的比表面积、孔容及各孔径下的比表面积和孔容含量的增大,体积吸附常数、瓦斯吸附量增大,而压力吸附常数、吸附饱和度减小;在研究尺度范围内孔隙分形特征显著,体积吸附常数、瓦斯吸附量与分形维数呈正线性关系,压力吸附常数、吸附饱和度与分形维数呈负线性关系。     

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(0.45P/P_01.0)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 m~2/g,总孔体积较大,平均为0.017 379 m~3/g;采用FHH模型对低比压区(0P/P_00.45)和高比压区(0.45P/P_01.0)2个阶段进行计算分形维数(D_1、D_2),分形维数较大,D_1平均为2.576 3、D_2平均为2.703 2;总有机碳含量对泥页岩BET比表面积和平均孔径影响较小,与BJH总孔体积呈一定的负相关性;矿物成分对泥页岩的孔径和比表面积有较大的影响,黏土矿物含量越低、石英含量越高,平均孔径越大,石英含量越高,比表面积越小;泥页岩比表面积越大、平均孔径越小,泥页岩黏土矿物含量越高、石英含量越低,分形维数越大,煤系泥页岩孔隙结构复杂,连通性较差,非均质性较强。     

沁水盆地南部煤层气储层纳米级孔隙特征研究

纳米级孔隙是煤储层吸附甲烷的主要场所,通过对沁水盆地南部4个矿区12个代表性煤样的液氮吸附实验,详细分析了煤的纳米级孔体积、比表面积、孔径分布及孔形结构等孔隙特征(1.5¹00 nm);并探讨了孔体积和比表面积与煤变质程度、显微组分和矿物质含量的关系。研究结果表明:煤中BJH孔体积为0.000 5100 nm);并探讨了孔体积和比表面积与煤变质程度、显微组分和矿物质含量的关系。研究结果表明:煤中BJH孔体积为0.000 5⁰.003 45 cm3/g,BET比表面积为0.1960.003 45 cm3/g,BET比表面积为0.196².654m2/g。煤样纳米级孔体积由过渡孔(102.654m2/g。煤样纳米级孔体积由过渡孔(10¹00 nm)主导,而比表面积由亚微孔(1.5100 nm)主导,而比表面积由亚微孔(1.5⁵ nm)控制。实验煤样的吸附回线可以分为4类,根据吸附回线可将实验煤样的孔形结构分为半封闭孔、开放孔、细瓶颈孔。随变质程度增高,孔体积和比表面积均表现出先降低再增加的趋势;比表面积与镜质组含量存在微弱的正相关关系,而与矿物质含量的关系则相反。     

基于液氮吸附实验探讨煤变质作用对煤微孔的影响

针对46块不同煤阶的煤岩样品,在低温液氮吸附试验的基础上,结合镜质体反射率测试、工业分析和扫描电镜实验手段,从吸附-脱附曲线形态、孔径分布、FHH分形特征等几个方面对煤储层微孔特征进行研究,全面分析了煤的变质作用对煤中微孔体积、BET比表面积等的影响。结果表明:随着煤阶的升高,煤储层孔隙类型由开放性透气孔向一端封闭的不透气孔、墨水瓶形孔转变;微孔所占总孔容的百分比整体上显现递增的趋势;微孔体积和BET比表面积随煤阶的升高呈现出高—低—高的变化规律,其最低值出现在烟煤和无烟煤煤阶间。     

长平井田3号煤孔隙特征

煤孔隙对煤层气赋存及运移具有关键控制作用,为了探究长平井田3号煤孔隙特征,为煤层气开发提供理论支撑,采用低温液氮吸附法对煤孔隙特征进行了研究。结果表明:受煤自身属性,煤岩组分、煤中矿物质含量、构造应力、煤变质、煤体破坏程度等地质要素的影响,煤孔隙形态复杂多样,样品间的孔径、孔比表面积及孔容存在显著分异。在众多影响要素中,煤变质作用对煤孔隙特征参数比表面积和孔容影响更为显著,煤体结构影响次之,煤变质程度升高,煤的孔比表面积随之增大,孔容减少。煤的孔比表面积和孔容总体随煤体破坏强度增加而呈增大趋势;煤变质煤中孔隙主要为墨水瓶孔、两端开口的狭缝、一端开口圆筒形孔及平板形孔圆筒孔;孔隙基本为介孔,微孔和大孔不甚发育,煤中开放型孔(有效孔)发育一般,煤孔比表面积和孔容相对偏低,不利于煤层气储集和高效渗流产出。     

煤中不同显微组分孔隙结构特征研究

为了探讨低阶煤中不同显微组分的孔隙结构特征,选用新疆阜康矿区42号煤层和鄂东斜沟矿8+9号煤层的煤样,通过浮选法进行了2种原煤显微组分的分离,采用低温液氮吸附实验分别对2种原煤及各显微组分富集物进行了比表面积、孔体积、孔径等参数测试,对其等温吸附/脱附回线进行了分析。结果表明:原煤和壳质组符合II类吸附等温线,镜质组和惰质组符合III类等温线。与镜质组和惰质组相比,壳质组具有较高的小孔含量,并且孔体积和比表面积都较大,直径大于5.4 nm的孔中两端开放透气性孔较多,镜质组和惰质组仅含有极少量的两端开放透气性孔;壳质组比表面积和孔体积分形维数最小,镜质组最大。     

高阶原生煤与构造煤的孔隙及分形特征研究

为了研究高阶原生煤和构造煤的孔隙结构与分形特征，采用压汞法、低压N₂吸附法和低压CO₂吸附法对所选的煤样进行了研究，比较了原生煤与构造煤之间的孔径分布、孔容和比表面积、孔型和连通性以及分形维数差异。结果表明：构造煤以开放型孔为主，并比原生煤具有更好的连通性；原生煤和构造煤二者的Dubinin-Radushkevic(D-R)和微孔比表面积之和都占到了总比表面积的99%以上，从而为瓦斯的吸附提供了更多的空间；构造煤较大的孔容和比表面积造成其高瓦斯含量的特征；构造煤渗流孔孔隙简单，吸附孔孔隙结构复杂性较低，孔隙表面相对光滑，提高了瓦斯在孔隙中的运移能力。     

不同煤阶煤体甲烷吸附特性的对比分析

以新疆拜城矿区及库拜矿区煤体作为研究对象,以高低阶煤体孔隙特征及吸附规律研究为出发点,采用实验室测试等方法研究不同煤阶煤体物质组成、孔隙结构等对其吸附解吸特征的影响规律。结果表明,高阶煤体密度高于低阶煤体,但孔隙率低于低阶煤体;高低阶煤煤体密度均随镜质组含量增加而降低,随矿物含量增加而增加;通过液氮吸附试验发现高低阶煤煤体比表面积相差较小;等温吸附试验结果表明煤体最大吸附量与镜质组反射率呈正相关关系,与镜质组含量呈正相关关系,与惰质组含量呈负相关关系。试验结果可为后续新疆低阶煤煤层气开发提供一定借鉴意义。     

构造煤孔隙结构多尺度分形表征及影响因素研究

构造煤的孔隙结构具有非均质性、自相似性及标度不变性等分形特征,难以用传统的欧式几何方法对其孔隙特征进行定量描述。为了研究构造煤不同尺度孔隙结构的分形特征及表征方法,采用低温CO_2吸附法、低温N_2吸附法和压汞法等分别测试了4种试验煤样(原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤)的微孔、介孔及大孔孔隙结构,分析了构造煤中不同尺度孔隙的分形特征,探讨了构造煤孔隙结构多尺度分形特征综合表征方法,运用灰色关联方法研究了构造煤孔隙分形维数的影响因素。研究结果表明:基于CO_2吸附数据的微孔填充模型、基于N_2吸附数据的FHH模型和基于压汞数据的热力学模型分别能够对构造煤微孔、介孔和大孔孔隙的分形特征进行有效表征,不同尺度孔隙的分形维数随构造煤类型变化的规律不同,其中微孔分形维数及介孔中2～6 nm孔径段的分形维数随构造煤的破坏程度增大而增高,其余尺度孔隙的分形维数变化则没有明显规律。以阶段孔容比例为权重,对构造煤不同尺度的孔隙分形维数进行加权计算,即得构造煤多尺度综合分形维数,其能够反映不同尺度孔隙的分形特征,表现为多尺度综合分形维数随构造煤变形程度的增强而增大。根据灰色关联度排序,中值孔径、微孔孔容、总比表面积、微孔比表面积等因素对分形维数的影响最大,最可几孔径、总孔容、介孔比表面积、微孔比表面积比例等因素次之,灰分、挥发分、介孔孔容、介孔比表面积比例等因素对分形维数的影响相对较小。     

煤岩类型控制下的微观孔隙结构及吸附特征研究

为了深入研究煤储层微观孔隙结构及其吸附特征,选取了韩城矿区石炭系上统和二叠系下统的煤岩进行了低温二氧化碳吸附和液氮吸附/脱附实验,探讨了不同煤岩类型的微观孔隙结构,并在此基础上采用甲烷等温吸附技术,对比了不同煤岩类型的吸附特征。实验结果表明,煤岩类型不同,D-R比表面积和D-A总孔容不同,从暗淡煤到光亮煤随着镜质组含量的增加微孔含量变大,D-R比表面积和D-A总孔容呈现出增加的趋势,而中孔的BET比表面积和BJH总孔容则恰恰相反,因此,与微孔含量较高的光亮煤相比,微孔含量较低的暗煤吸附能力较差,半亮煤和半暗煤次之。就煤岩类型孔隙结构而言,光亮煤和半亮煤一般以一端封闭的Ⅰ型孔为主,半暗煤以Ⅱ型开放孔为主,而暗淡煤则以Ⅲ型墨水瓶孔为主。     

中-高煤阶构造变形煤纳米级孔隙结构及其对甲烷吸附能力的影响

通过镜质组反射率测试、显微组分测定、液氮吸附和等温吸附实验等,对河南中北部典型矿区6种中-高煤阶构造变形煤纳米级孔隙结构和吸附特征进行了研究。结果表明:中-高煤阶构造变形煤纳米级孔体积主要以过渡孔(10~100 nm)为主,而比表面积由微孔(1.5~10 nm)控制。纳米级孔体积、比表面积和过渡孔孔容从脆性变形碎裂煤、碎粒煤到韧性变形糜棱煤逐渐增大;中-高煤阶构造变形煤Langmuir体积与纳米级孔体积和比表面积之间呈线性正相关;过渡孔和微孔的分布关系对煤层气解吸特征产生重要影响,且过渡孔体积越大,甲烷解吸越容易。     

不同煤阶煤孔隙结构分形表征及其对甲烷吸附特性的影响

煤储层中孔隙结构的发育程度决定了煤体瓦斯的吸附性能,通过低温液氮吸附实验测试了长焰煤、焦煤和无烟煤3种不同变质程度煤样的孔隙结构;基于分形理论对孔隙结构进行了量化表征,并结合煤的甲烷等温吸附实验,深入分析了不同变质程度煤孔隙结构对甲烷吸附特性的影响。结果显示：变质程度与孔隙分形维数D₁呈现出“浴盆式”变化规律,与分形维数D₂符合线性负相关关系;而煤样的微孔比表面积和孔容均与吸附常数a呈正相关关系,即微孔比表面积和孔容越大,煤的吸附能力越强;随着孔隙分形维数D₁的增加,吸附常数a呈现出近似线性增长趋势,煤体孔隙结构越不光滑,比表面积也会越大,从而使得煤的甲烷极限吸附量也会有所升高。     

华北区域不同煤阶样品孔隙结构特性研究

为探求华北区域煤样的孔隙发育特征,采用压汞法对采自此区域不同煤阶样品孔隙结构和分形维数进行研究。研究结果表明,煤体孔容和比表面积分别由大孔和微孔发育情况所决定,且100nmD1000nm范围内中孔相对不发育;随着Ro,max变化,煤体孔容和比表面积均呈现两端高大中间低的曲线形态;煤样中大于50.4~95.4nm孔径具有分形特征,此孔径范围主要包括部分过渡孔、中孔和大孔,并且随着Ro,max的增加,分形维数整体呈现降低的趋势。     

不同破坏程度煤的孔隙特征差异对比研究

为了查明中煤阶不同破坏程度煤的孔隙特征差异,运用低温液氮法对平顶山四矿不同破坏程度的煤样进行测试,对比分析得出了其孔隙结构及分布、分形特征和吸附性能的差异。结果表明:碎裂煤和碎粒煤的吸附平衡等温线为III型,内部大孔发育;糜棱煤为IV型,介孔含量较多;煤的破坏程度越强,总孔体积和比表面积越大,煤内部孔隙结构越复杂,氮气吸附量越大;2～4 nm孔隙的氮气吸附量主要受控于该尺度孔隙的比表面积;孔径4 nm的则主要受控于该尺度孔隙的孔体积。