深部CO_(2)封存技术(CO_(2)-ECBM技术)具有提高煤层气产量和封存CO_(2)的双重作用,但超临界二氧化碳(ScCO_(2))与煤相互作用会导致煤结构发生改变进而影响其吸附能力,而Sc-CO_(2)作用后煤结构的变化及对储层的影响目前尚不明确。以山西...深部CO_(2)封存技术(CO_(2)-ECBM技术)具有提高煤层气产量和封存CO_(2)的双重作用,但超临界二氧化碳(ScCO_(2))与煤相互作用会导致煤结构发生改变进而影响其吸附能力,而Sc-CO_(2)作用后煤结构的变化及对储层的影响目前尚不明确。以山西晋城成庄煤矿二叠系山西组三号煤层为研究对象,在高压注入CO_(2)吸附实验的基础上,采用原子力显微镜(AFM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)技术,分析ScCO_(2)对样品纳米孔隙结构、官能团与芳香结构的影响。使用Materials Studio 2019软件构建煤超分子结构模型,运用ReaxFF-MD模拟煤分子结构的反应途径、转化路径和动力学行为。将实验与分子模拟相结合,从纳米-分子尺度分析ScCO_(2)作用后煤中孔隙结构与化学结构的变化机理及耦合关系。结果表明:ScCO_(2)作用后,孔隙排列无序性增加,微孔体积增加26.7%,比表面积增加2.81%,平均孔径由1.16 nm增加到1.31 nm;3D平均粗糙度Ra由1.43变为1.57,3D均方根粗糙度Rq由2.34变为2.65,峰度系数Rku由2.78变为2.56,表面偏斜度Rsk由-0.64变为-0.87。反应过程中样品化学结构变化经历四个阶段:结构增大、边缘支链断裂、芳香结构移位和芳香结构复位。脂肪结构含量增加,芳香结构含量减少,Cal-Cal数量由61增加到72又减少到63,Car-Car数量由176减少到154又增加到162,C-H数量由146减少到122,C-O数量由29减少到14。ScCO_(2)作用下煤孔隙结构随化学结构变化的关系为:低能键断裂形成新孔但数量有限,芳香结构膨胀导致孔径变小,长链结构占据原有孔隙空间,使分子间孔转化为分子内孔,芳香结构的开环和重组则显著增大孔隙。展开更多
文摘深部CO_(2)封存技术(CO_(2)-ECBM技术)具有提高煤层气产量和封存CO_(2)的双重作用,但超临界二氧化碳(ScCO_(2))与煤相互作用会导致煤结构发生改变进而影响其吸附能力,而Sc-CO_(2)作用后煤结构的变化及对储层的影响目前尚不明确。以山西晋城成庄煤矿二叠系山西组三号煤层为研究对象,在高压注入CO_(2)吸附实验的基础上,采用原子力显微镜(AFM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)技术,分析ScCO_(2)对样品纳米孔隙结构、官能团与芳香结构的影响。使用Materials Studio 2019软件构建煤超分子结构模型,运用ReaxFF-MD模拟煤分子结构的反应途径、转化路径和动力学行为。将实验与分子模拟相结合,从纳米-分子尺度分析ScCO_(2)作用后煤中孔隙结构与化学结构的变化机理及耦合关系。结果表明:ScCO_(2)作用后,孔隙排列无序性增加,微孔体积增加26.7%,比表面积增加2.81%,平均孔径由1.16 nm增加到1.31 nm;3D平均粗糙度Ra由1.43变为1.57,3D均方根粗糙度Rq由2.34变为2.65,峰度系数Rku由2.78变为2.56,表面偏斜度Rsk由-0.64变为-0.87。反应过程中样品化学结构变化经历四个阶段:结构增大、边缘支链断裂、芳香结构移位和芳香结构复位。脂肪结构含量增加,芳香结构含量减少,Cal-Cal数量由61增加到72又减少到63,Car-Car数量由176减少到154又增加到162,C-H数量由146减少到122,C-O数量由29减少到14。ScCO_(2)作用下煤孔隙结构随化学结构变化的关系为:低能键断裂形成新孔但数量有限,芳香结构膨胀导致孔径变小,长链结构占据原有孔隙空间,使分子间孔转化为分子内孔,芳香结构的开环和重组则显著增大孔隙。