不同煤阶煤储层吸附/解吸特征差异及其对产能的影响

吸附/解吸参数是煤层气储量及产能潜力评估的核心,而解吸过程规律与煤层气井产能动态密切相关。为研究不同煤阶煤储层吸附/解吸特征及其对产能的影响,基于沁水盆地南部樊庄、安泽区块和鄂尔多斯盆地东缘保德、柳林区块的49件煤心样品的煤岩煤质、含气量及等温吸附测试数据,结合试井及排采资料,揭示了煤岩煤质特征对等温吸附特征的影响,划分并对比了煤层气解吸阶段特征差异,建立了煤吸附/解吸特征参数与煤阶之间的数学关系,基于20口典型煤层气井探讨了解吸特征参数对气井产能的影响,并对不同煤阶煤储层煤层气勘探开发策略给出针对性建议。结果表明:(1)从山西保德到晋城樊庄区块,随着煤阶的增高,煤储层解吸过程中的转折压力、启动压力和敏感压力均逐渐增大,低效、缓慢、快速和敏感解吸阶段范围逐渐向高压区间方向偏移;高阶煤对应的有效解吸阶段区间宽度明显要大于低阶煤,对煤层气开发更有利。(2)高阶煤与中低阶煤相比,煤层气井的解吸指数更高,达到稳产的时间更短且产气潜力更高,但较低的渗透率是制约其产能的关键。(3)综合考虑资源丰度、解吸能力和渗透率,高阶煤优势在于解吸指数较高,而中低阶煤优势在于渗透性较好;高阶煤煤层气高产的关键在于大规模高效压裂技术,中低阶煤则在于煤层气资源富集甜点区的精准优选技术。

沙土不同有机组分对磷的解吸特征影响

采用平衡解吸法研究了沙土不同有机组分对磷的解吸附特征影响。结果表明,通过过氧化氢去除有机质后的沙土使磷的解吸比例(Dr=0.94)大幅度增加,解吸迟滞性指数(TⅡ=0.05)显著降低;有机质是影响磷在沙土上解吸特征的重要因素;磷在橡胶态胶体(轻组有机组分)上的表面分配作用吸附是导致解吸比例(Dr=0.81)增大,解吸迟滞性指数(TⅡ=0.05)减小的原因;稳结态腐殖质中的胡敏酸在对磷的吸着和滞留过程中发挥重要作用,HⅡ+HⅢ组(Dr=0.57、TⅡ=0.30);磷在紧结态腐殖质所形成的团聚体结构中引起的团聚体结构不可逆形变是导致磷的解吸比例(HⅢ组Dr=0.24)降低,解吸迟滞性指数(HⅢ组TⅡ=0.49)增大的根本原因,考查土壤磷的解吸特征不但要考虑有机质的含量,更要考虑有机质的存在形态,它也是影响土壤磷解吸特征的重要因素,轻组有机组分、重组有机组分、以及重组有机组分中的稳结态腐殖质、紧结态腐殖质所携载的吸附态磷进入水体后对上覆水体的释放通量可分别按其饱和吸附量的81%、66%、57%和24%进行估算。

西辽河流域沙土的氨氮解吸行为研究

采用小型回填式土柱淋溶实验方法研究了西辽河流域沙土的氨氮解吸行为。结果表明,西辽河流域沙土的氨氮解吸行为符合Langmuir和Freundlich解吸等温式;沙土氨氮解吸比率Dr在0.44～0.99之间,平均为0.75,解吸迟滞性指数TⅡ在0.05～0.65之间,平均为0.29,沙土对氨氮的解吸迟滞性较强,解吸可逆性较弱。被吸附的氨氮解吸淋失的环境风险较小;沙土氨氮解吸比率Dr与土壤有机质含量、粘粒含量和粗粘粒含量呈极显著负相关,影响程度顺序为:有机质含量>粗粘粒含量>粘粒含量;解吸分配系数k和解吸迟滞性指数与土壤有机质含量分别呈极显著和显著正相关,与粘粒含量和粗粘粒含量没有相关性;草地、农田和林地结构由于土壤有机质和团聚体含量较高,氨氮解吸迟滞性较强,氨氮流失的环境风险较小,沙荒地结构氨氮流失的环境风险较大。

沉积物不同天然有机组分对氨氮解吸特征的影响

采用平衡解吸法研究了西辽河沉积物不同天然有机组分对氨氮解吸特征的影响。结果表明,去除有机质后的沉积物氨氮解吸比例(D_r=0.70)大大增加,同时,解吸迟滞性指数显著降低(T_Ⅱ=0.016),有机质是影响沉积物氨氮解吸特征的重要因素;重组有机组分中的紧结态腐殖质(胡敏素)对抑制氨氮解吸起关键作用,它不但解吸比例较低,而且解吸迟滞性指数较大;氨氮在轻组有机组分上的表面分配作用吸附是导致解吸比例增大,解吸迟滞性指数减小的原因;考查沉积物吸附态氨氮的解吸特征不但要考虑有机质的含量,更要考虑有机质的存在形态,它也是影响沉积物吸附态氨氮解吸特征的重要因素,轻组有机组分、重组有机组分以及重组有机组分中的稳结态腐殖质和紧结态腐殖质所吸附的氨氮对上覆水体的扩散通量可分别按其饱和吸附量的0.97倍、0.41倍、0.25倍和0.17倍进行估算。

风沙土不同有机组分对氨氮的解吸特征影响

采用平衡解吸法研究了风沙土不同有机组分对氨氮的解吸特征影响。结果表明,去除腐殖质后的风沙土氨氮解吸比例增加(由0.58增加到0.68),同时,解吸迟滞性指数显著降低(由0.067降低到0.021),说明腐殖质是影响风沙土氨氮解吸特征的重要因素;氨氮在轻组有机组分上的表面分配作用吸附是导致解吸比例增大,解吸迟滞性指数减小的原因;重组有机组分中的紧结态腐殖质(胡敏素)对氨氮的解吸起关键作用,它不但解吸比例较低(Dr=0.23),而且解吸迟滞性指数较大(TⅡ=0.458);氨氮在紧结态和稳结态腐殖质所形成的团聚体颗粒微孔隙中的不可逆吸附是导致解吸比例降低、解吸迟滞性指数增大的根本原因;考查土壤对氨氮的解吸特征不但要考虑有机质的含量,更要考虑有机质的存在形态,它也是影响土壤氨氮解吸特征的重要因素,轻组有机组分、重组有机组分及重组有机组分中的稳结态加紧结态腐殖质(HⅡ+HⅢ组)和紧结态腐殖质(HⅢ组)携载的吸附态氨氮进入水体后,对上覆水体的扩散通量可分别按其饱和吸附量的0.94、0.58、0.33和0.23倍估算。

西辽河沉积物中不同粒径微团聚体磷的解吸特征

采用平衡解吸法研究了西辽河沉积物不同粒径微团聚体磷的解吸特征.结果表明,不同粒径团聚体磷的解吸比例为黏粒(0.20)<粉粒(0.28)<细砂(0.45)<粗砂(0.93);其原因为:细粒级微团聚体中腐殖质含量远远高于粗粒级;细粒级微团聚体中有机质是通过可溶有机质与黏土矿物相互结合形成复合体而富集,在其所形成的复合体团聚结构中引起的团聚体结构不可逆形变是导致磷的解吸比例降低,解吸迟滞性指数增大的根本原因;西辽河冲泻质泥沙黏粒和粉粒级微团聚体所携载的可解吸态磷(NAP)入海后可分别为上覆水提供磷(212.93±38.60)mg/kg,(159.45±31.44)mg/kg.沉积物黏粒级和粉粒级微团聚体所携载的NAP是磷素循环的重要组成部分.

风沙土不同有机矿质复合体对磷的解吸特征影响

采用平衡解吸法研究了风沙土不同有机矿质复合体对磷的解吸特征影响。结果表明,通过过氧化氢去除腐殖质后的风沙土磷的解吸比例(Dr=0.99)大幅度增加,解吸迟滞性指数(TⅡ=0.02)显著降低,有机矿质复合体是影响磷在风沙土上固持特征的重要因素;磷在钙键和铁铝键有机矿质复合体团聚结构微孔隙中引起的团聚体结构不可逆形变是导致磷解吸比例降低、解吸迟滞性指数增大的原因之一。铁铝键有机矿质复合体除对团聚体结构形成有重要影响外,还存在铁铝氧化物及水化氧化物对磷的配位吸附作用,因而铁铝键有机矿质复合体(Dr=0.35、TⅡ=0.44)比钙键有机矿质复合体(Dr=0.62、TⅡ=0.28)对磷的固持能力强得多;考查风沙土对磷的解吸特征不但要考虑腐殖质的含量,更要考虑腐殖质的复合形态,它也是影响风沙土磷解吸特征的重要因素。钙键有机矿质复合体、铁铝键有机矿质复合体携载的吸附态磷对上覆水体的释放通量可分别按其饱和吸附量62%和35%估算。

沉积物不同有机矿质复合体对磷的解吸特征影响

采用平衡解吸法研究了沉积物不同有机矿质复合体对磷的解吸特征影响。结果表明,通过过氧化氢去除腐殖质后沉积物磷的解吸比例(Dr=0.65)大幅度增加,解吸迟滞性指数(TⅡ=0.01)显著降低,有机矿质复合体是影响磷在沉积物上固持特征的重要因素;磷在钙键和铁铝键有机矿质复体团聚结构微孔隙中引起的团聚体结构不可逆形变是导致磷解吸比例降低、解吸迟滞性指数增大的原因之一。铁铝键有机矿质复合体(Dr=0.17、TⅡ=0.32)对磷的固持能力强于钙键复合体(Dr=0.25、TⅡ=0.22),其因原因有二,三价的铁铝离子与二价的钙离子相比,更有利于复合结构的形成,铁铝键有机矿质复合体除对团聚体结构形成有重要影响外,还存在铁铝氧化物及水化氧化物对磷的配位吸附作用(相当于化学吸附),因而铁铝键有机矿质复合体对磷的固持能力比钙键复合体强得多;考查沉积物对磷的解吸特征不但要考虑腐殖质的含量,更要考虑腐殖质的复合形态,它也是影响沉积物磷解吸特征的重要因素,铁铝键有机矿质复合体、钙键有机矿质复合体携载的吸附态磷对上覆水体的释放通量可分别按其饱和吸附量17%和25%估算。

河兴煤矿C_8煤层钻屑瓦斯解吸指标K_1和钻屑量S临界值研究

近年来的实践表明,河兴煤矿C_8煤层局部预测突出危险性参考临界值和真实临界值不符。针对河兴煤矿采用的局部预测指标钻屑瓦斯解吸指标K_1及钻屑量S不具有针对性和有效性的问题,而是仅仅参照《防治煤与瓦斯突出规定》的推荐值,需要摸索和确定适合该矿C_8煤层回采和掘进时突出预测指标及其临界值。通过统计分析、理论计算和实验室研究,对河兴煤矿C_8煤层钻屑瓦斯解吸指标K_1和钻屑量S临界值考察研究,确定了河兴煤矿C_8煤层局部防突预测及效检指标临界值,对于河兴煤矿正常开展突出危险性预测工作具有重要意义。

沙土不同粒级微团聚体可解吸态磷释放通量

流失的水土是污染物的重要载体,为了估算随水土流失的沙土中可解吸态磷对上覆水体的影响,采用平衡解吸法研究了沙土不同粒级微团聚体可解吸态磷的释放通量.结果表明,不同粒级沙土微团体吸附态磷的解吸比例为黏粒(0.21)<粉粒(0.29)<细砂(0.60)<粗砂(0.96).主要原因有二:细粒级中腐殖质含量显著高于粗粒级;细粒级中有机质是通过可溶有机质与黏土矿物相互结合形成复合体而富集(黏粒和粉粒级微团聚体的稳结态腐殖质所占比例显著高于其它粒级).磷在稳结态和紧结态腐殖质所形成的团聚体结构中引起的团聚体结构不可逆形变是导致黏粒级(解吸比例Dr=0.21,解吸迟滞性指数TⅡ=0.47)和粉粒级(Dr=0.29,TⅡ=0.45)微团聚体磷的解吸比例降低,解吸迟滞性指数增大的根本原因.沙土黏粒和粉粒级微团聚体携载的可解吸态磷对上覆水体的释放通量可分别按(99.52±3.54)mg·kg-1和(72.48±2.62)mg·kg-1进行估算.