煤微納米孔隙結(jié)構(gòu)特征是揭示煤層氣體賦存富集機理與擴散運移規(guī)律的基礎(chǔ)。以陽泉礦區(qū)新景礦樣品為例,利用氬離子拋光-場發(fā)射掃描電鏡對納米級孔隙形貌直觀觀測,結(jié)合低溫氮吸附實驗、高壓壓汞實驗對微孔隙結(jié)構(gòu)進行定量表征,以研究無煙煤微納米級孔隙的發(fā)育特征。結(jié)果表明:煤儲層納米孔廣泛發(fā)育,形貌特征復雜,類型包括植物細胞結(jié)構(gòu)殘余孔、鏡質(zhì)體基質(zhì)氣孔、有機顯微組分間孔、黏土礦物孔隙、石英粒內(nèi)孔、組分間孔、微裂隙等,與微米級孔隙共同構(gòu)成完整的煤孔隙系統(tǒng);煤樣孔隙主體處于納米量級,平均孔徑約為39.31 nm,80%以上儲集空間分布于100 nm以下,集中在10⁴0 nm;納米孔分形維數(shù)介于2.72².90,顯示較強的非均質(zhì)性。儲集空間的定量表征顯示儲層納米級孔隙極為發(fā)育,炭質(zhì)納米孔是納米孔中絕對優(yōu)勢的發(fā)育類型,微米級孔隙有一定發(fā)育程度,微裂隙發(fā)育較差。這樣的孔隙結(jié)構(gòu)特征是造成無煙煤吸附能力強而滲透能力較差的重要原因。 

【文章來源】：煤炭學報. 2017,42(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

煤樣進汞－退汞曲線

構(gòu)遭到破壞，小孔徑孔隙測試結(jié)果的準確性受到影響，但壓汞法可以連續(xù)衡量測試樣品自納米級孔隙到微孔、中孔再到大孔、微裂隙的完整儲集空間特征，低壓下大孔徑孔隙測試結(jié)果的準確性可信度較高，具有一定的應用價值。對所取樣品進行高壓壓汞測試，需要注意的是，取樣前后儲層條件發(fā)生了一定的變化，地層條件下的高壓、高溫變成常溫、常壓，煤體取樣后釋放了壓力，溫度降低，樣品體積、密度、孔滲特性發(fā)生一定程度的變化，節(jié)理、(微)裂縫等的發(fā)育程度也稍增強。實驗獲取了測試樣品的進汞－退汞曲線(圖1)和孔徑分布曲線(圖2)，測試結(jié)果顯示，測試煤樣的排驅(qū)壓力極高，平均約為96MPa，遠大于常規(guī)儲層，對應的最大連通孔喉半徑平均值約77nm，最高驅(qū)替壓力達到412MPa，可描述孔隙分布最小半徑為5nm，進汞量自微孔至大孔均有分布，分布較為廣泛，進汞量中81.7%集中在5～43nm的孔徑范圍，反映煤樣的孔隙分布較為集中，孔喉發(fā)育細校孔徑中值半徑為7.4～9.6nm，平均孔隙半徑為7.1～8.3nm，2者較為接近。平均進汞飽和度在80%左右，退汞效率在75%～85%，退汞效率受控于儲層的微觀結(jié)構(gòu)特征，測試樣品較為發(fā)育的納米級孔喉是影響退汞效率的主要因素，導致汞液不能完全退出。據(jù)孔徑分布曲線可知，測試樣品微孔、小孔極為發(fā)育，中孔、大孔發(fā)育程度相對較低，這樣的孔隙結(jié)構(gòu)有利于氣體的儲集而不利于在儲層內(nèi)的滲流，需要采用人為手段提高煤儲層的滲流能力。圖1煤樣進汞－退汞曲線Fig.1Mercuryintrusionandextrusioncurvesofcoalsamples圖2階段進汞量與孔徑關(guān)系Fig.2Ｒelationshipbetweenmercuryimmersionquantityandporesizedistribution2.2低溫氮吸附實驗據(jù)高壓壓汞實驗可知，測試樣品孔隙主要發(fā)育在納米級別，但高壓下煤儲層基質(zhì)孔隙易?

煤炭學報2017年第42卷算樣品孔徑分布，實驗結(jié)果顯示，煤樣的比表面積平均值約為0.11m2/g，平均孔隙體積為0.000683cm3/g，平均孔徑約為39.31nm(表2)。樣品孔徑分布的主體在100nm以下，10～40nm區(qū)間占據(jù)孔徑分布的主體(圖3)。表2液氮吸附樣品的孔容、孔比表面積及平均孔徑Table2Porevolume，poresufaceareaandaveragediameterdataofsamplesusingN2asorption樣品編號孔比表面積增量/(m2·g－1)孔容/(cm3·g－1)平均孔徑/nmX1130.06790.00058141.0752X1320.11790.00049938.7758X1830.17810.00111935.7038X1890.08050.00053341.6848圖3無煙煤樣品氮氣吸附法孔徑分布曲線Fig.3Diameterdistributionofanthracitecoalsamplesfromnitrogenadsorption圖4為測試煤樣的氮氣吸附和解吸等溫線，據(jù)吸附等溫線可知，各樣品吸附等溫線整體呈反S型，在低壓階段(0＜p/p0＜0.10)上升較為緩慢，曲線略向上凸，對應液氮在煤樣品表面的單分子層吸附及微孔填充階段;在中等壓力范圍內(nèi)(0.10＜p/p0＜0.65)，吸附等溫線出現(xiàn)負線性的一段，對應為多分子層吸附階段;隨后，等溫吸附線出現(xiàn)拐點，拐點后較高壓力范圍內(nèi)(0.65＜p/p0＜1)吸附量急劇上升，直至相對壓力接近1也未出現(xiàn)吸附飽和，對應樣品的毛細孔凝聚階段。各樣品吸附線與解吸脫附線均不完全重合，形成吸附回線。吸附回線的形貌可以反映孔隙的形態(tài)特征［19］，根據(jù)國際純化學與應用化學聯(lián)合會(IUPAC)的回線分類［22］，研究樣品的吸附回線與類型C最為接近，但不完全相同，而是兼具各類型吸附回線的特征(圖5)，說明煤樣品內(nèi)圓錐狀孔隙具有一定發(fā)育程度，同時含有圓柱狀、裂縫狀和墨水瓶狀孔隙，孔隙形貌特征較為復雜。2.3場發(fā)?

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3071854