注入超临界CO2对提高煤层渗透性的影响

为分析注入超临界CO2后,其对低渗透煤的作用,进行了超临界CO2抽提低渗透煤试验及超临界CO2抽提前后煤样的显微CT扫描试验。结果表明:该试验验证了超临界CO2对提高煤层低渗透性的可行性。由于超临界CO2的超强萃取作用,煤基质内少量的极性较低的碳氢化合物和类脂有机化合物被萃取,使煤体孔隙、裂隙增加。根据对超临界CO2试验前后煤样的显微CT扫描试验结果,直观地揭示了超临界CO2试验使低渗透煤内孔隙、裂隙发育程度增大,这充分证明超临界CO2有利于提高煤体渗透性,降低高瓦斯低渗透煤田的瓦斯灾害事故。     

基于核磁共振的煤岩孔裂隙应力变形特征

为探讨煤岩孔裂隙应力变形特征,设计不同围压（0,2,4,6,8,10 MPa）下的核磁共振实验,并基于弯曲变形理论对煤岩孔裂隙应力变形问题进行理论分析。实验得到各煤样孔裂隙在不同围压下的核磁共振T2谱图,绘制了各煤样不同围压下不同孔径的孔裂隙核磁信号衰减率图,推导出煤岩应力变形时孔裂隙截面积弹性减小率公式。实验显示：煤岩孔裂隙应力变形存在差异性：相同围压下,裂隙变化最显著,大中孔次之,微小孔变化微弱;对孔隙（或裂隙）而言,孔径大者变化程度大;但无烟煤样不同孔径孔裂隙应力变形差异性不明显。理论分析表明：相同应力作用下,孔径越大,孔裂隙应力变形越严重。煤岩孔裂隙在实验中通过加载围压发生的“被动式”变形与实际排水降压生产过程中在有效应力作用下的“部分主动式”变形存在一定差异,需引起注意。     

超临界CO2对低渗透煤层渗透率影响试验研究

在对低渗透煤层进行煤层气开采时,由于低渗透煤层的"三低"特性,煤层气的开采效率很低.而由于超临界CO2具有降低分压、竞争驱替、可萃取小分子有机化合物等优点,利用注入超临界CO2改善煤储层渗透性的呼声越来越高.通过实验室渗流试验检测系统试验的方法来研究超临界CO2对低渗透煤层的增透效果,试验结果表明:经超临界CO2作用后...     

不同阶煤超临界CO2驱替开采CH4试验研究

由于地质成因与孔裂隙结构的差异,不同阶煤的渗透性与驱替开采CH 4效果不同。为研究超临界CO 2在不同变质程度煤体中驱替开采CH 4的效果,利用尺寸为100 mm×100 mm×200 mm的原煤试件,在恒定的温压(50℃,25 MPa)条件下,以10 MPa超临界CO 2驱替压力对4种不同变质程度的煤(弱黏煤、气煤、1/3焦煤和无烟煤)展开试验研究,结果表明:①不同煤阶煤体的孔隙形态与发育程度有较大差异,弱黏煤孔隙类型以墨水瓶型为主,无烟煤孔隙为狭缝型,而气煤与1/3焦煤则为楔形或平行板孔;对比孔隙比表面积,无烟煤与弱黏煤相对较高,分别为259.6510,154.0669 m 2/g,而气煤与1/3焦煤较低,分别为71.2359,41.4201 m 2/g;②煤渗透率受成矿地质环境和构造活动等导致的煤体结构、变质程度、裂隙发育程度、煤岩组成等多种因素的影响,在相同的有效应力下,4种测试煤样渗透率随变质程度升高而逐渐降低,驱替过程中CO 2注入量也随变质程度升高而降低,在25 MPa围压、10 MPa注入压力条件下,弱黏煤、气煤、1/3焦煤和无烟煤的渗透率分别为4.58×10-18,2.75×10-18,0.91×10-18和0.05×10-18 m 2,驱替实验结束时,CO 2注入量分别为18.13,6.45,5.01和0.78 mol;③4种煤试件的CH 4产出率和CO 2储存量均表现为气煤>1/3焦煤>弱黏煤>无烟煤,孔隙以楔形或平行板孔为主、比表面积较低、渗透率中等的气煤与1/3焦煤驱替置换效果相对较好,反映了超临界CO 2驱替开采CH 4效果是不同变质程度煤孔隙形态、发育程度以及渗透率的综合表现。     

热解无烟煤微细观孔裂隙结构随温度的演化规律

基于高精度显微CT技术,对不同温度条件下?7 mm×10 mm晋城无烟煤的微细观孔裂隙结构的演化规律进行研究,通过MATLAB与AVIZO相结合对孔裂隙进行三维重构,并对其三维孔裂隙特征参数进行定量分析研究,结果表明:晋城无烟煤在常温到600℃的低温热解条件下,(1)温度低于200℃时,在热破裂的作用下,孔裂隙结构缓慢变化;200℃后无烟煤发生热解,孔径大于1 000μm的裂隙数量先增加后减少,单条裂隙的最大直径和体积逐渐增加。300℃时,裂隙数量最多,温度达到600℃时,裂隙相互搭接连通,裂隙数量最少,单条裂隙直径最大,体积最大,裂隙发育贯通,连通性最好。(2)随着温度的升高,晋城无烟煤孔隙度呈上升趋势,100～200℃和400～600℃,孔隙度增加较快;分形维数呈现3个阶段,常温～300℃分形维数快速增大,300～500℃缓慢减小,500～600℃又增大。(3) 300℃是无烟煤低温热解过程中的一个转折温度,该温度,大裂隙相互贯通,孔隙度为36.7%,孔裂隙的表面积分形维数达到最大2.236,渗透性已经达到完全渗透的指标,所以,对于无烟煤来说,注热增渗可以考虑加热到300℃。     

基于X-ray CT与FIB-SEM的无烟煤孔裂隙发育特征

以沁水盆地南部无烟煤为研究对象,基于X-ray CT和FIB-SEM扫描成像试验,构建了无烟煤孔裂隙网络结构模型并提取了关键特征参数,进而对无烟煤孔裂隙发育特征与连通关系开展了定量研究。结果表明:沁水盆地南部无烟煤以孔径小于50 nm的中孔为主,大孔数量较低,显微裂隙和割理对孔隙体积具有较高的贡献;孔隙截面以不规则形状为主,毛管阻力较大;孔隙具有较好的连通性,连通路径较丰富,有利于气体运移和产出;随孔裂隙发育尺度的减小,孔裂隙连通性和渗透率随之降低;对连通性起主要作用的是中孔、显微裂隙和割理;显微裂隙和割理提高了无烟煤微米尺度、毫米尺度孔裂隙的连通性和渗透性,无烟煤纳米尺度以中孔连通为主,限制了无烟煤整体连通性。     

超临界CO2作用下煤体增透影响因素分析

为了研究超临界CO_2作用下增透煤体的具体影响因素,采用控制变量方法,改变实验时的气体压力、温度、作用煤体时间等因素,探讨以上因素对超临界CO_2增透煤体的最佳增透效果。实验结果表明:超临界CO_2在作用时间为10 h时,萃取效果达到峰值;经过10 h的萃取,超临界CO_2与煤体充分接触,煤体内部脂类有机物和碳氢化合物被完全萃取出来;在作用时间和作用温度一定的情况下,作用压力在9.5 MPa时对煤体增透效果最佳,渗透率达到峰值;在作用时间和作用压力一定的情况下,随着温度的增加,超临界CO_2作用煤体后煤体的渗透率呈现先增加后降低的趋势,作用温度在45℃时,达到最大值。     

基于CT三维重建的高阶煤孔裂隙结构综合表征和分析

为有效研究煤的孔裂隙结构特征,实现对煤的孔裂隙结构的定性定量表征和分析。以内蒙古巴彦高勒煤矿311102运输巷的煤样为研究对象,基于ZEISS Xradia510 Versa X射线显微镜扫描得到的CT数据,结合三维可视化软件AVIZO中内置数学算法,提出了煤的孔裂隙结构定量表征的方法,并建立了煤的三维孔裂隙结构模型和具有拓扑结构的孔隙网络简化模型。通过本文提出的方法,对巴彦高勒煤矿煤样的孔裂隙微观参数——孔径大小、孔体积、孔隙率、配位数、喉道长度等进行了统计分析。研究表明:在微米的尺度下,内蒙古巴彦高勒煤矿的煤样以大孔为主,并伴有网状的割理裂隙,有效孔隙率为10.34%,通过孔隙网络模型统计出的孔隙数为12 834,喉道数为432及其他的微观结构参数。     

基于NMR的深部煤储层孔裂隙特征

为了研究大宁—吉县地区深部煤储层的孔裂隙特征,采用核磁共振(NMR)对煤样进行了压力条件模拟测试,得到了不同条件下的T2图谱。结果表明:研究区煤储层的中孔、大孔和裂隙峰较发育,微小孔峰较差;随着围压的增加,裂隙峰减小最明显,中孔峰次之、微小孔峰不明显;煤储层总核磁孔隙度随着围压增加呈现负指数函数规律减小。     

超临界CO_(2)-H_(2)O流体对煤渗流孔隙结构的影响北大核心

深部煤层封存CO_(2)过程中超临界CO_(2)(SCCO_(2))对含水煤层渗流孔隙结构的改变很大程度上决定了CH_(4)的采收率;为此,基于SCCO_(2)地球化学反应装置,模拟了温度45℃、压力12 MPa下含水比例较低的SCCO_(2)-H_(2)O混合流体(质量比SCCO_(2)∶H_(2)O=10∶1)与不同煤阶煤(长焰煤、气煤和无烟煤)的相互作用;通过压汞法研究了煤渗流孔隙对SCCO_(2)-H_(2)O的响应,采用热力学分形模型探讨了SCCO_(2)-H_(2)O对渗流孔隙非均质性的影响。结果表明:SCCO_(2)-H_(2)O作用增加了所有煤样的孔隙度和孔体积,造成渗透率增加,但不同煤阶煤的渗流孔隙对SCCO_(2)-H_(2)O的响应表现出差异性;SCCO_(2)-H_(2)O作用后,长焰煤渗流孔体积显著增加,气煤中孔含量明显增大,无烟煤中-大孔体积略微升高;煤样渗流孔体积的增加可归因于矿物的化学反应和溶解迁移、水分的散失和吸附溶胀,其中矿物含量及其分布很大程度上决定了流体作用后不同煤阶煤渗流孔隙结构的变化特征;SCCO_(2)-H_(2)O作用降低了渗流孔隙的非均质性,造成孔隙结构趋于简单,孔隙连通性增强,渗透性提升。     

煤储层孔-裂隙非均质性及其地质影响因素研究进展

煤储层孔-裂隙是煤层气吸附、运移和赋存的重要空间,其非均质性对煤层气勘探选区和合理开发具有重要意义。从煤储层孔-裂隙分类方法、定量表征技术、非均质性分布规律以及地质控制因素等方面进行分析,总结了国内外煤储层孔-裂隙非均质性及地质控制研究的最新进展。研究结果表明:孔-裂隙的分类方案具有多样性,但以尺度和机理分类为主,尺度与机理结合的分类方法深化了对煤层气赋存和运移机理的理解,孔-裂隙非均质性的表征技术呈现精细化、定量化和超微观化特征,结合其他学科综合分析,是国际上煤储层孔-裂隙研究方法的重要发展趋势;煤储层孔-裂隙非均质性主要受控于煤变质作用、沉积环境、构造演化、岩浆活动及其相互的叠合作用。综合多种常规与非常规表征技术对煤储层孔-裂隙非均质性进行系统化、精细化、超微观化的定量表征,并探寻煤储层孔-裂隙非均质性的地质成因规律,将是今后该研究领域的发展趋势。     

不同温度超临界CO２ 对页岩力学特性的影响

我国西南地区页岩气储层地温通常在６０℃以上,采用 超临界 CO２ 强化其开采效率是研究前沿.通过试验模拟不 同温度超临界 CO２ 作用于页岩,分析其力学性质变化,并探 讨不同温度超临界 CO２ 对页岩作用机理,主要研究结果表 明:随着浸泡温度升高和浸泡时间增长,页岩抗拉强度、三轴 抗压强度和弹性模量均发生不同程度的弱化,其中抗拉强度 的损失率最大,这３种力学参数与浸泡时间均呈负指数变 化,浸泡温度加速页岩弱化速度并在浸泡初期起主要作用. 分析表明:浸泡温度通过提高溶蚀速度增加页岩矿物的溶蚀 程度,增大页岩孔隙度和降低胶结强度,通过页岩升温膨胀, 促进微裂隙生成,浸泡时间通过累积溶蚀提高了页岩矿物的 溶蚀程度;另一方面,通过页岩吸附 CO２ 膨胀累积增长,促 进微裂隙萌生,进而劣化页岩力学性质.     

煤岩超临界CO2吸附机理及表征模型研究进展

深部不可采煤层的CO_2地质封存作为CCS技术的重要方向,有望成为温室气体减排与煤层气高效开发的可行性手段。近年来随着我国CO_2-ECBM工程探索逐渐向深部煤层进军,超临界CO_2与煤岩的相互作用受到越来越多的关注。煤层的CO_2地质封存能力主要取决于煤岩的吸附能力,煤岩超临界CO_2吸附作用的研究成为CO_2-ECBM的重点研究领域之一。本文梳理了大量煤岩超临界CO_2吸附实验结果与模型,指出超临界CO_2密度变化是过剩吸附曲线异常的原因,论述了水分、显微煤岩组分、煤阶、温度与孔隙尺寸对超临界CO_2吸附能力的影响机理;总结了煤中超临界CO_2吸附速率在不同压力、温度、粒径及煤阶中的变化规律;在前人关于不同孔径孔隙中的不同吸附行为研究的基础上,凝练了煤中超临界CO_2的孔隙选择效应模式,认为超临界CO_2的非凝聚性与高密度特征是形成煤岩多尺度孔隙中不同吸附行为的原因;分析指出了今后煤岩超临界CO_2吸附作用研究可能的发展方向。本文旨在评述煤岩的超临界CO_2吸附的相关研究进展,为深化认识煤岩超临界CO_2吸附机理与表征模型提供基础和启示。     

超临界CO2作用下不同煤厚煤岩体破裂过程声发射特性研究

将 CO２ 注入到深部地层的不可采煤层中,是 CO２ 长期封存的有效手段.但高温高压下达到超临界状态的 CO２会大幅劣化煤体力学性能.为研究超临界 CO２ 作用前后煤厚对 RCR(岩 煤 岩)组合体单轴压缩破裂过程声发射特性的影响,对煤岩组合体进行单轴压缩试验并进行声发射监测.研究结果表明:随煤厚的增加,组合体抗压强度、弹性模量、声发射峰值计数、能量及累积能量呈下降趋势,声发射累计计数呈上升趋势,能量积聚时间变久,破坏时发生的应变和所需时间不同程度增大;超临界 CO２ 浸泡后,不同煤厚组合体抗压强度、弹性模量、声发射峰值计数、累计计数、能量及累积能量降幅明显,破坏时发生的应变和所需时间不同程度减小;超临界 CO２ 作用后的组合体更易失稳,能量积聚时间变短.随着煤厚增加失稳趋势变大,但能量释放逐渐缓和.研究成果可为 CO２ 地质封存稳定性提供参考.     

CO_2致裂器深孔预裂煤体裂隙扩展范围试验研究

为了得出CO_2致裂器串接进行深孔预裂的影响半径,在山西某煤矿3~#煤层进行了2组试验,研究了在抽采区和未抽采区2种不同工况下深孔预裂的影响半径,并结合理论计算的结果进行了分析,结果表明,利用串接CO_2致裂器进行深孔爆破,钻孔深度100 m的情况下,影响半径约5 m,为致裂增透方案的设计和现场施工提供了有力的技术支持。     

煤岩孔裂隙结构分形特征及渗透率模型研究

为探究煤岩孔裂隙结构与渗透特性的联动关系,采用扫描电镜、偏光和分形等手段分析煤岩孔裂隙结构分布特征,利用自主研发的出口端正压三轴渗流装置,开展恒定有效应力条件下孔隙压力升高的渗流试验。基于分形理论,考虑煤岩表面孔隙分布情况对煤岩渗透率的影响机理,建立考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型,通过试验验证其合理性,对煤岩孔裂隙下分形维数和渗透率耦合进行定量分析。研究结果表明:①六盘水矿区煤岩表面含有一定数量的孔隙和裂隙,其中四角田7号煤层孔裂隙发育情况最好,具有2条清晰的宽度较大的裂隙,并伴有大量交叉微裂隙及孔隙发育,煤岩结构破坏严重;②通过盒维数法可得煤岩孔裂隙分布具有明显的分形特征,且煤岩孔隙率与分形维数呈正相关关系;③恒定有效应力条件下,煤岩渗透率随孔隙压力升高呈现先急剧降低后趋于平缓的趋势,受孔裂隙结构影响,在相同的孔隙压力下煤岩渗透率存在明显差异。煤岩表面孔裂隙结构越复杂其分形维数越大,有助于瓦斯运移,渗透率呈上升趋势;④考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型计算值与实测值吻合度较高,与前人研究成果相比,无论理论机理的适用性还是对试验点的匹配方面都更加适用,且能较好地反映孔隙压力与渗透率的联动关系。