發(fā)布時(shí)間：2021-03-08 23:37

　　煤微納米孔隙結(jié)構(gòu)特征是揭示煤層氣體賦存富集機(jī)理與擴(kuò)散運(yùn)移規(guī)律的基礎(chǔ)。以陽(yáng)泉礦區(qū)新景礦樣品為例,利用氬離子拋光-場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)納米級(jí)孔隙形貌直觀觀測(cè),結(jié)合低溫氮吸附實(shí)驗(yàn)、高壓壓汞實(shí)驗(yàn)對(duì)微孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量表征,以研究無(wú)煙煤微納米級(jí)孔隙的發(fā)育特征。結(jié)果表明:煤儲(chǔ)層納米孔廣泛發(fā)育,形貌特征復(fù)雜,類型包括植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)殘余孔、鏡質(zhì)體基質(zhì)氣孔、有機(jī)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(jí)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(jí),平均孔徑約為39.31 nm,80%以上儲(chǔ)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(qiáng)的非均質(zhì)性。儲(chǔ)集空間的定量表征顯示儲(chǔ)層納米級(jí)孔隙極為發(fā)育,炭質(zhì)納米孔是納米孔中絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的發(fā)育類型,微米級(jí)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(wú)煙煤吸附能力強(qiáng)而滲透能力較差的重要原因。 

【文章來(lái)源】：煤炭學(xué)報(bào). 2017,42(06)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

煤樣進(jìn)汞－退汞曲線

構(gòu)遭到破壞，小孔徑孔隙測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性受到影響，但壓汞法可以連續(xù)衡量測(cè)試樣品自納米級(jí)孔隙到微孔、中孔再到大孔、微裂隙的完整儲(chǔ)集空間特征，低壓下大孔徑孔隙測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性可信度較高，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。對(duì)所取樣品進(jìn)行高壓壓汞測(cè)試，需要注意的是，取樣前后儲(chǔ)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(qiáng)。實(shí)驗(yàn)獲取了測(cè)試樣品的進(jìn)汞－退汞曲線(圖1)和孔徑分布曲線(圖2)，測(cè)試結(jié)果顯示，測(cè)試煤樣的排驅(qū)壓力極高，平均約為96MPa，遠(yuǎn)大于常規(guī)儲(chǔ)層，對(duì)應(yīng)的最大連通孔喉半徑平均值約77nm，最高驅(qū)替壓力達(dá)到412MPa，可描述孔隙分布最小半徑為5nm，進(jìn)汞量自微孔至大孔均有分布，分布較為廣泛，進(jìn)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(xì)�？讖街兄蛋霃綖�7.4～9.6nm，平均孔隙半徑為7.1～8.3nm，2者較為接近。平均進(jìn)汞飽和度在80%左右，退汞效率在75%～85%，退汞效率受控于儲(chǔ)層的微觀結(jié)構(gòu)特征，測(cè)試樣品較為發(fā)育的納米級(jí)孔喉是影響退汞效率的主要因素，導(dǎo)致汞液不能完全退出。據(jù)孔徑分布曲線可知，測(cè)試樣品微孔、小孔極為發(fā)育，中孔、大孔發(fā)育程度相對(duì)較低，這樣的孔隙結(jié)構(gòu)有利于氣體的儲(chǔ)集而不利于在儲(chǔ)層內(nèi)的滲流，需要采用人為手段提高煤儲(chǔ)層的滲流能力。圖1煤樣進(jìn)汞－退汞曲線Fig.1Mercuryintrusionandextrusioncurvesofcoalsamples圖2階段進(jìn)汞量與孔徑關(guān)系Fig.2Ｒelationshipbetweenmercuryimmersionquantityandporesizedistribution2.2低溫氮吸附實(shí)驗(yàn)據(jù)高壓壓汞實(shí)驗(yàn)可知，測(cè)試樣品孔隙主要發(fā)育在納米級(jí)別，但高壓下煤儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙易?

煤炭學(xué)報(bào)2017年第42卷算樣品孔徑分布，實(shí)驗(yàn)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(hào)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(wú)煙煤樣品氮?dú)馕椒ǹ讖椒植记�Fig.3Diameterdistributionofanthracitecoalsamplesfromnitrogenadsorption圖4為測(cè)試煤樣的氮?dú)馕胶徒馕葴鼐�，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(duì)應(yīng)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(fù)線性的一段，對(duì)應(yīng)為多分子層吸附階段;隨后，等溫吸附線出現(xiàn)拐點(diǎn)，拐點(diǎn)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(duì)壓力接近1也未出現(xiàn)吸附飽和，對(duì)應(yīng)樣品的毛細(xì)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(guó)際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(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(shuō)明煤樣品內(nèi)圓錐狀孔隙具有一定發(fā)育程度，同時(shí)含有圓柱狀、裂縫狀和墨水瓶狀孔隙，孔隙形貌特征較為復(fù)雜。2.3場(chǎng)發(fā)?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于低溫氮吸附實(shí)驗(yàn)的頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙分形特征[J]. 趙迪斐,郭英海,解徳錄,蘇馳,楊玉娟,于一帆.  東北石油大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(06)
[2]微觀尺度海相頁(yè)巖儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性研究[J]. 郭英海,趙迪斐.  中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2015(02)
[3]黔西滇東地區(qū)不同煤階煤儲(chǔ)層物性特征分析[J]. 郭樂樂,湯達(dá)禎,許浩,李松,高麗軍.  煤炭科學(xué)技術(shù). 2014(08)
[4]高壓壓汞法和氮?dú)馕椒ǚ治鲰?yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)[J]. 楊峰,寧正福,孔德濤,劉慧卿.  天然氣地球科學(xué). 2013(03)
[5]不同變質(zhì)成因無(wú)煙煤孔隙特征及其對(duì)瓦斯突出的影響[J]. 藺亞兵,賈雪梅,馬東民.  煤炭工程. 2013(05)
[6]貴州典型礦區(qū)突出煤孔隙結(jié)構(gòu)及其吸附特性實(shí)驗(yàn)研究[J]. 李希建,林柏泉,施天虎.  采礦與安全工程學(xué)報(bào). 2013(03)
[7]基于顯微CT的構(gòu)造煤滲流孔精細(xì)表征[J]. 宋曉夏,唐躍剛,李偉,馮增朝,康志勤,李妍均,相建華.  煤炭學(xué)報(bào). 2013(03)
[8]不同煤儲(chǔ)層條件下煤巖微孔結(jié)構(gòu)及其對(duì)煤層氣開發(fā)的啟示[J]. 范俊佳,琚宜文,柳少波,李小詩(shī).  煤炭學(xué)報(bào). 2013(03)
[9]中梁山南礦構(gòu)造煤吸附孔分形特征[J]. 宋曉夏,唐躍剛,李偉,王紹清,楊明顯.  煤炭學(xué)報(bào). 2013(01)
[10]煤層氣儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分形特征定量研究[J]. 楊宇,孫晗森,彭小東,李軍,彭少濤.  特種油氣藏. 2013(01)

碩士論文
[1]不同煤階煤儲(chǔ)層物性特征研究[D]. 楊高峰.安徽理工大學(xué) 2013
[2]平頂山煤田煤儲(chǔ)層特征研究[D]. 陳洪偉.安徽理工大學(xué) 2012
[3]煤的孔隙特征對(duì)煤層氣解吸的影響[D]. 杜玉娥.西安科技大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3071854