【摘要】：瓦斯是影響煤礦動力災(zāi)害的重要因素之一,研究瓦斯在煤層中的賦存狀態(tài)對生產(chǎn)安全具有重要意義。瓦斯中主要成分甲烷大多以吸附狀態(tài)存在于煤層中。溫度,壓力,變質(zhì)程度,破壞程度,含水率等是影響煤層中甲烷吸附的相關(guān)因素。由于煤是多孔介質(zhì),孔隙-裂隙作為甲烷的主要儲存場所,對煤層孔隙結(jié)構(gòu)的研究更能從微觀上了解探究煤吸附瓦斯的相關(guān)機(jī)理。酸化作用是油氣井穩(wěn)產(chǎn)主要措施,酸化可能會導(dǎo)致煤樣孔隙裂隙系統(tǒng)產(chǎn)生差異導(dǎo)致煤樣吸附瓦斯能力不同。運(yùn)用X射線衍射儀進(jìn)行礦物成分測定,通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定用酸體系,進(jìn)行相關(guān)研究能對現(xiàn)場應(yīng)用提供保障。對酸化前后的煤樣進(jìn)行低溫液氮實(shí)驗(yàn),探討酸化前后煤樣對氮?dú)馕搅康淖兓?以及酸化前后孔的數(shù)量、大小、孔徑分布的變化,從而可驗(yàn)證酸化作用對煤層的孔隙-裂隙系統(tǒng)發(fā)育的影響。在25℃,35℃,55℃實(shí)驗(yàn)溫度條件下,分別做酸化前后煤樣的吸附等溫實(shí)驗(yàn),從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得煤樣孔隙-裂隙系統(tǒng)的發(fā)育狀況對煤吸附的能力是有影響的�；诘蜏匾旱獙�(shí)驗(yàn),吸附等溫實(shí)驗(yàn),運(yùn)用吸附勢理論,對煤樣的最大吸附量進(jìn)行探討,通過吸附量-變形公式,探討煤酸化后孔隙-裂隙系統(tǒng)的變化對煤儲層變形的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析和研究。綜合以上實(shí)驗(yàn),可以得到以下研究成果:(1)通過X射線衍射儀對所取煤樣進(jìn)行礦物成分測定發(fā)現(xiàn):除非晶質(zhì)和高嶺土外該礦區(qū)的煤樣成分都以碳酸鹽礦物為主,碳酸鹽礦物中,主要為方解石和白云石,方解石和白云石總含量百分?jǐn)?shù)達(dá)到了26%,該煤樣很多孔隙-裂隙有可能被方解石、白云石等礦物質(zhì)及其相關(guān)雜質(zhì)所堵塞。并由此確定酸液以鹽酸為主。(2)運(yùn)用SEM掃描煤樣。該煤樣表面清晰可見少量孔隙以及微裂隙,微裂隙長度在4到10?m之間不等,孔隙大小為1?m左右,為大孔。煤樣表面晶體物質(zhì)較少,其余部分平整均勻。圖片化處理后能詳細(xì)發(fā)現(xiàn)大孔孔隙和微裂隙較多。(3)對酸化前后煤樣進(jìn)行工業(yè)分析發(fā)現(xiàn):未處理的YB_1與酸化處理后的煤樣YB_2相比較,固定碳并未發(fā)生較大的改變,但是灰分和揮發(fā)分減少。表明酸化過程中,堵塞物先與酸液產(chǎn)生反應(yīng),形成相關(guān)的氯化物,造成灰分降低。(4)通過低溫氮實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過酸化處理后的煤,活化程度升高。微孔數(shù)量增加,孔徑增大。多數(shù)閉塞孔轉(zhuǎn)化為開孔。具體表現(xiàn)為比表面積,孔體積增加以及孔體積累計(jì)增量的增加,為瓦斯吸附提供了更多的面積和場所。(5)YB_2煤樣的甲烷吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于YB_1。在吸附等溫線中,瓦斯吸附量隨吸附壓力增加逐漸增加,隨著吸附進(jìn)一步進(jìn)行,煤對甲烷的吸附量增加速率減緩,直到達(dá)到吸附平衡。溫度是影響甲烷吸附作用的重要因素,溫度增加會促進(jìn)解吸。運(yùn)用吸附勢理論擬合YB_1與YB_2的吸附特性曲線,YB_2煤樣吸附能力高于YB_1煤樣。說明酸化技術(shù)改變煤的孔隙結(jié)構(gòu),孔隙結(jié)構(gòu)的改變是影響煤體吸附性能的重要因素。(6)基于熱力學(xué)基礎(chǔ),得到低壓狀態(tài)下煤巖吸附變形模型。并通過此模型計(jì)算探討酸化前后煤樣吸附量與煤樣應(yīng)變之間規(guī)律。YB_1、YB_2煤樣吸附甲烷引起的應(yīng)變與吸附量在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。酸化后的YB_2煤樣在吸附應(yīng)變與吸附量關(guān)系圖中的斜率遠(yuǎn)大于未進(jìn)行酸化的YB_1煤樣。表明酸化后煤樣吸附量的增加導(dǎo)致其吸附應(yīng)變的增加。
【圖文】：

未酸化煤樣低溫氮實(shí)驗(yàn)酸化，未酸化煤樣吸附應(yīng)變探討響煤的吸附能力因素探討煤礦物組成及微觀結(jié)構(gòu)表征吸附模型分酸化，未酸化煤樣甲烷吸附特征實(shí)驗(yàn)酸化條件下深部煤巖瓦斯吸附特性及其應(yīng)變研究

17（b）圖 2.4 TESCAN MIRA3 掃描電鏡(a)和氬離子拋光儀(b 左)濺射儀（b 右） 2.4 TESCAN MIRA 3 SEM（a）and Argon-ion polishing apparatus（b left）（b right） 掃描電鏡測試結(jié)果分析巖基質(zhì)孔隙特性巖的基質(zhì)孔隙主要是由通道和孔隙構(gòu)成，一般情況下是煤基質(zhì)塊體中部固態(tài)物充填的空余空間，這些空間為煤層中的氣體提供了附著的場所。大的空間稱作孔隙，連通的較狹窄的部分叫做通道或者裂隙。如圖 2.5 是結(jié)構(gòu)模型[70]。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD712

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2711031