对不同煤阶煤孔隙分布特征浅析

煤层气作为一种重要的天然气资源,其开发利用对能源供应和环境可持续发展具有重要意义.煤孔隙结构是煤层气储存和运移的关键因素.基于此,针对不同煤阶煤的孔隙分布特征,分析了其对煤层气开发的影响机制,通过对不同煤阶煤的孔隙类型、孔径分布、孔隙连通性和渗透性等特征进行研究,揭示了煤孔隙结构与煤层气储存能力、渗透性和产能之间的关系.此外,还提出了煤层气开发中的煤孔隙优化方法.

浸水-失水过程对煤孔隙结构及自燃属性影响现状及分析

本文概述了近年来国内外学者关于浸水-失水过程对煤孔隙结构及自燃属性影响的研究现状,从煤的孔隙结构、煤低温氧化过程中的产物、化学结构变化三方面分析。研究表明:含水煤中的水分对煤自燃具有双重作用——煤中含水量存在临界值,低于临界值时,水分对煤自燃起促进作用,高于临界值时,水分对煤自燃起抑制作用。水浸煤具有更加发育的孔隙结构,自由基浓度更大,比原煤更容易氧化自燃。出于目前研究存在的局限性,应加强对造成孔隙结构变化过程机理的研究,建立水分-温度-承压状态等多因素对煤孔隙结构影响的模型,应用在水浸煤的自燃发火防治工作中。

煤氧化混合气体在煤孔隙结构中的运移机制实验研究

煤自燃氧化产生的混合气体在煤体中的流动对于准确评估内因火灾风险状态具有重要意义。基于此,通过煤样自加热氧化及混合气体渗透试验系统,测试分析了煤样的氧化气体成分,并且分析了混合气体通过吸附渗透煤柱的运移效果。研究结果表明,CO_(2)、CO及不饱和烃的浓度随着温度的升高呈规律性增大,而饱和烃浓度随着温度的升高没有规律性。吸附渗透煤柱入口和出口处的气体浓度随煤和气体分子的性质而变化,同时采用渗透率来表征气体在煤体中的运移特征。C_(3)H_(6)和C_(2)H_(2)渗透率较低(低于0.7)的原因是煤体对气体吸附过程的结果。而气体(CO和H_(2))临界温度越低,该气体在煤体中渗透率越高(超过0.9)。

郑庄井田3号煤孔隙结构特征

为掌握郑庄井田3号煤层孔隙结构特征,采用低温液氮吸附静态容量法对煤层孔隙结构进行实验研究。结果表明:煤层孔隙形态结构相对复杂,煤中孔隙以一端开口的筒状孔和“墨水瓶”状孔为主,并发育少量四面开口平行板状、两端开口状孔隙;孔隙尺度大小以微孔和过渡孔为主,中孔发育少量,大孔发育甚微;微孔、过渡孔的比表面积占比高且为主要贡献者;过渡孔的孔容占比最高,微孔、中孔孔容占比次之且二者基本相当,大孔孔容占比最小。

煤层甲烷在煤孔隙中扩散的微观机理

分析了煤层甲烷在煤体中的扩散模式和微观机理 ,得出在煤体中存在有以下几种扩散模式 :菲克型扩散、诺森扩散、过渡型扩散、表面扩散和晶体扩散 ,并分析了抽放时甲烷在煤层中的运移过程及其在煤微孔隙中的扩散过程。根据分子运动论从微观上讨论了压强和温度对甲烷分子平均自由程的影响规律 。

瓦斯气体在煤孔隙中的扩散模式

根据气体在多孔介质中的扩散模式，结合煤结构的实际特点，分析了瓦斯气体在煤孔隙中的扩散机理，得出瓦斯在煤体中有以下几种扩散模式：菲克型扩散、诺森扩散、过渡扩散、表面扩散和晶体扩散，并分析了煤层中影响瓦斯扩散的因素和各种扩散模式的适用条件。

纳米压裂液对煤孔隙结构影响实验研究

为研究纳米压裂液对煤孔隙结构影响。以低中高阶煤样为研究对象,制备普通清洁压裂液和不同浓度纳米压裂液,对普通清洁压裂液和不同浓度纳米压裂液处理后煤样开展低温液氮吸附实验。结果表明:纳米压裂液处理后煤孔隙形态发生变化,孔隙连通性变差;不同浓度纳米压裂液处理后煤样小孔面积和孔体积明显增大。分形维数拟合结果表明:处理后3种煤阶煤样的孔隙结构由复杂变为简单;低阶煤处理后煤体表面变得粗糙,中阶和高阶煤处理后煤体表面变得光滑。以上研究结果揭示了纳米压裂液对煤孔隙结构影响的微观机理,对纳米压裂液煤储层的损害研究和低损伤纳米压裂液研制具有指导意义。

原生结构煤与构造煤孔隙结构与瓦斯扩散特性研究

为了研究原生结构煤与构造煤孔隙结构与瓦斯扩散特性,采用压汞、低温液氮、二氧化碳吸附和稳压吸附试验对试验煤样进行研究。分析了原生结构煤与构造煤的孔隙结构特征,以及在颗粒条件下吸附瓦斯的时间效应,获得原生结构煤与构造煤孔隙的复杂程度与瓦斯在煤粒中运移快慢的关系。研究表明:祁南矿和大宁矿原生结构煤的微孔孔长度分别为8.087×10^(10)m/g和1.202×10^(11)m/g,而构造煤的微孔孔长度分别为6.932×10^(10)m/g和1.090×10^(11)m/g;给定试验煤样条件下,原生结构煤吸附达到平衡状态需要的时间远大于构造煤,构造煤在前3 min的平均吸附速率分别为原生结构煤的3.3和3.8倍;煤样中的微孔孔长度越小,瓦斯在煤中的扩散路径越短,运移所需时间越少,在初期吸附的瓦斯量越大。

基于压汞法探究岩浆侵入对煤孔隙的影响

以平煤十三矿二1煤层中受岩浆侵入影响前后的贫瘦煤和无烟煤为研究对象,利用压汞法研究了热变质作用对煤中孔隙发育特征的影响。总结了压汞法测定煤中孔隙的实验原理以及煤中比表面积、孔容及其在不同孔径段分布的计算方法与过程,深入分析了不同样品孔容、比表面积的发育特征及其在不同孔径段的分布规律,并探讨了5.5 nm^350μm孔径范围内煤中孔隙的分形特征。研究表明:岩浆侵入致使煤中出现大量的新生孔隙,孔容和比表面积都显著增大,但中值孔容孔径、平均孔径减小,说明新生孔隙主要集中在小孔径段。而孔隙的空间分形维数变化规律表明岩浆侵入使煤中孔隙粗糙度增加,孔隙吸附能力增强,粒内孔分布范围增大。

水分对煤孔隙结构及自燃特性的影响研究现状

概述了近些年国内外学者关于水分对煤孔隙结构及自燃特性的影响研究现状,并以水分对煤孔隙结构、氧化性和放热性的影响3个方面进行了综述分析。研究表明:水分对煤自燃有双重作用——促进作用主要体现在水分增大了煤孔隙结构或羟基、羧酸等易与氧气反应的基团增多,苯环中C-H基团等抑制煤氧反应的结构减少,从而加强了煤氧复合反应;抑制作用主要体现在水分占据在煤内表面、煤表面产生的水膜和升温过程中的蒸汽压等阻隔了煤与氧的接触。针对目前研究存在的局限性,提出应加强水分对煤孔隙结构的扩容机理研究,建立不同含水量对煤自燃影响程度的鉴定准则及评价指标,得到不同含水量对煤自燃促进或抑制作用的阶段划分及临界含水量范围。

H_(2)O_(2)预处理联合生物厌氧降解对烟煤孔隙的影响

为研究H_(2)O_(2)预处理联合生物降解对煤孔隙的影响,利用浓度为0.05%H_(2)O_(2)对烟煤进行预处理,采用煤层气产出水富集获得的高效菌群进行厌氧降解煤产甲烷实验,通过气相色谱仪检测甲烷含量,通过低温液氮吸附对煤孔隙发育变化进行表征。结果表明:利用H_(2)O_(2)预处理烟煤显著提高了生物甲烷产量;预处理对煤孔隙类型没有显著影响,但残煤的吸附量减少,有利于原位煤层气的抽采;经预处理后,煤样的微孔和中孔孔容增加,而过渡孔孔容降低。经生物降解后,残煤的总孔容和比表面积均显著降低,可能是微生物代谢产生的可溶有机质滞留积累在煤中,从而堵塞了煤孔隙所导致。

二氧化碳致裂对煤孔隙结构影响的试验研究

为了定量表征二氧化碳致裂对煤岩孔隙结构的作用影响,以大运煤矿M8煤层作为研究对象开展二氧化碳致裂研究,基于压汞法和电镜扫描试验对4组煤样进行试验并结合分形特征对致裂前后煤样进行分析。结果表明:二氧化碳致裂对煤孔隙有着明显的作用效果,压汞试验结果表现为煤样的孔容、平均孔直径、孔隙率都有所增加,会使孔隙比表面积在接近致裂孔1 m左右范围增加,然后随距致裂冲击的传播致裂效果会减弱;将4组煤样按压汞试验与电镜扫描试验分别计算其分形维数,致裂后分形维数均小于原煤分形维数,4组煤样分形维数由小到大为1#<2#<3#<YM,说明二氧化碳致裂有助于促进煤样内部孔隙结构发育及孔隙之间的连通性。

氧化剂处理前后煤孔隙分形特征研究

为了探究氧化剂对煤孔隙分形特征的影响,采集了千秋矿低阶煤、沙曲矿中阶煤和中马村矿的高阶煤样,使用二氧化氯和过硫酸铵对不同煤阶的煤样进行预处理,利用压汞法对氧化剂处理前后煤样的孔隙结构进行分析,并计算了其孔隙分形维数,同时分析了分形维数与曲折度和孔隙度的关系。结果表明:随煤阶升高,孔隙分形维数逐渐降低;经氧化剂处理后,煤样孔隙分形维数、曲折度和孔隙度均有不同程度的增大,表明氧化剂能够提高煤孔隙的复杂性同时有利于煤层气的解吸运移,且二氧化氯比过硫酸铵的促进效果更加明显;随孔隙分形维数增大,曲折度先减小后增大,孔隙分形维数D=2.80约为趋势线转折点,孔隙度则呈下降趋势。

煤孔隙发育特征对原位注CO_(2)置驱CH_(4)的影响

注CO_(2)增产煤层气的机理有置换、载携和稀释扩散等,均与煤孔隙息息相关。为厘清煤孔隙对原位注CO_(2)置驱CH_(4)的影响,分析了3个原煤煤样的孔隙特征,采用自行研制的受载煤体注气置驱甲烷实验台,研究不同条件下原煤渗透性和吸附性,开展原位注CO_(2)置驱CH_(4)分步实验,深入探讨置驱的全过程。实验结果表明:YCW褐煤、SL肥煤和YMY无烟煤吸附孔占比依次为28.71%、88.24%和89.24%,渗流孔发育程度依次降低;随煤变质程度升高,煤吸附性变大、渗透性变小;置驱过程分为3个时期,早期阶段注入CO_(2)主要起置换作用,中期阶段注入CO_(2)起置换、载携和稀释作用,后期阶段注入CO_(2)起载携、稀释作用;吸附孔和渗流孔均发育的YCW褐煤,提高注气压力或降低外部载荷能有效促进置换、载携、稀释作用,对整个置驱过程改善大,但对仅吸附孔发育的SL肥煤和YMY无烟煤的置驱过程改善小,如注气压力1 MPa、外部载荷6 MPa下,YCW褐煤、SL肥煤、YMY无烟煤的置驱效率依次为62.4%、48.4%和62.3%,当注气压力为2 MPa、外部载荷为4 MPa时,3个煤样的置驱效率依次为94.4%、72.2%和71.0%。

基于压汞法的成庄井田3号煤孔隙特征研究

煤孔隙特征是煤储层物性特征的关键参数之一,控制着煤层气赋存、运移和煤层气开发效果。采用压汞法对成庄井田3号煤孔隙进行了深入和系统研究,结果表明:成庄井田3号煤孔隙形态基本一致,以一端封闭的不透气性孔隙为主;煤中过渡孔和微孔最为发育且所占比例较高,煤总孔隙面积和比表面积较大;煤中有效孔隙不甚发育,煤的孔隙度较低;孔隙大小对孔容控制显著,孔隙越大煤的孔容越大,反之亦然。

基于低温液氮吸附实验的寺河煤层气区块3号煤孔隙特征研究

煤孔隙特征对煤层气赋存、运移及煤层气开发具有重要控制作用,文章采用低温液氮吸附法对寺河煤层气区块3号煤孔隙特征进行了研究。结果表明:寺河煤层气区块3号煤孔裂隙系统极为发育且复杂多样,煤中孔隙主要为连通性和渗透性较好的四边开口的平行板状孔和两端开口的圆筒孔;煤中孔隙主要为过渡孔和微孔,使得煤比表面积总体较高;大孔及有效大孔不甚发育,孔容总体较小。

长平井田3号煤孔隙特征

煤孔隙对煤层气赋存及运移具有关键控制作用,为了探究长平井田3号煤孔隙特征,为煤层气开发提供理论支撑,采用低温液氮吸附法对煤孔隙特征进行了研究。结果表明:受煤自身属性,煤岩组分、煤中矿物质含量、构造应力、煤变质、煤体破坏程度等地质要素的影响,煤孔隙形态复杂多样,样品间的孔径、孔比表面积及孔容存在显著分异。在众多影响要素中,煤变质作用对煤孔隙特征参数比表面积和孔容影响更为显著,煤体结构影响次之,煤变质程度升高,煤的孔比表面积随之增大,孔容减少。煤的孔比表面积和孔容总体随煤体破坏强度增加而呈增大趋势;煤变质煤中孔隙主要为墨水瓶孔、两端开口的狭缝、一端开口圆筒形孔及平板形孔圆筒孔;孔隙基本为介孔,微孔和大孔不甚发育,煤中开放型孔(有效孔)发育一般,煤孔比表面积和孔容相对偏低,不利于煤层气储集和高效渗流产出。

基于低温液氮吸附法的长平井田3号煤孔隙结构特征研究

煤的孔隙结构对煤层气赋存、吸附/解吸、运移、含气性及孔渗性等具有重要影响,是煤层气开发的基础和关键研究内容之一。本文采用低温液氮吸附静态容量法对长平井田3号煤的孔隙结构特征开展研究。结果表明:井田内3号煤层中孔隙结构复杂且形态多样,煤中孔隙主要为两端开口的筒状孔、四面开放的狭缝形孔、少量墨水瓶孔及少量一端开口的孔;受多种地质因素及煤自身非均质性影响,煤孔隙孔径、比表面积和孔容具有一定差异且分异现象明显;煤中开放型孔隙相对发育,比表面积和孔容总体较高,具有良好的煤层气赋存场所和储集空间。

多级萃取煤孔隙特性及灰熔融温度变化规律研究

通过以实验分析等方式重点针对多级萃取后对煤孔隙特性以及煤灰熔融温度的实际影响进行分析。多级萃取对煤孔隙特性以及煤灰熔融温度均会产生一定的影响,即受到多级萃取的影响,在溶剂逐渐渗透的过程中煤中小分子相逐渐减少,使得煤孔隙特性随之发生相应变化,原本煤中的许多小微孔将会得到一定程度的扩大并最终转变成大孔。煤炭的吸附性能也将得到相应增强,而煤在经过多级萃取后,其煤灰熔融温度将会明显降低。建议在严格按照相关标准要求下对煤合理进行多级萃取,以期有效提高煤的利用率,从而达到提高煤利用能效的目的。

胡底井田3号煤孔隙结构特征

煤孔隙结构特征对煤层气赋存、吸附储集及运移等有重要影响,是煤层气地质理论重要的研究内容之一。文章采用低温液氮吸附静态容量法对胡底井田3号煤孔隙结构特征开展了实验研究,结果表明:井田内3号煤层中孔隙结构复杂及形态多样,煤中孔隙主要为两端开口的筒状孔、四面开放狭缝形孔、墨水瓶孔少量及少量一端开口的孔;受多地质因素及煤自身非均质性影响,样品内孔隙孔径、比表面积及孔隙体积具有一定差异和明显的分异现象;煤中有效微孔和过渡孔相对发育,比表面积总体较高,微孔和过渡孔是比表面积的主要贡献者;孔隙体积总体较高,储集煤层气能力强,煤中较发育的有效过渡孔和微孔为孔隙体积的主要贡献者。