新疆北部早、中侏罗世富油煤分布规律及控制因素

新疆北部富油煤资源丰富,约占全国富油煤资源的一半左右,富油煤资源的合理开发利用,是我国煤制油气用煤资源的重要补充。以往对本区煤炭资源的研究忽视了其油气资源属性,对其富油煤质特征和成因规律认识不清。在系统整理新疆北部6个赋煤带富油煤地质资料的基础上,补充采样测试数据137组,分析早、中侏罗世富油煤的煤岩煤质特征和分布规律,进一步探讨了富油煤形成的控制因素。通过对焦油产率的研究发现,新疆北部地区东北部、西部、中部部分地区焦油产率相对较高,东北部地区八道湾组高油煤呈不连续带状分布。按照煤的焦油产率由高到低依次为巴里坤–三塘湖赋煤带、准南赋煤带、伊犁赋煤带、准北赋煤带、吐哈赋煤带和准东赋煤带。新疆北部地区早、中侏罗世富油煤的形成主要受到成煤沉积环境、煤化程度和煤的显微组分等主要控制因素的影响。覆水还原环境为富油煤的富集提供了良好的条件,富油煤主要形成于相对覆水还原的泥炭沼泽环境,还原性越强,越利于富油煤生成和富集。煤的焦油产率随着镜惰比(V/I)的增加呈现升高的趋势,并且与挥发分和镜质组呈现正相关关系。镜质组最大反射率在生油高峰之前与焦油产率之间存在正相关性,随着煤化程度的升高,煤的焦油产率逐渐增加。煤的显微组分中含量相对较高的镜质组对焦油产率具有明显的正向促进作用,其中,富氢镜质组为富油煤的发育提供了良好物质基础。

不同镜惰比低阶煤的结构特征及其热解行为

热解是煤液化、气化等洁净煤技术的基础,尤其是对于低阶煤的利用上。为进一步研究低阶煤的热解特征,以一系列不同镜惰比赵家庄(ZJZ)、马蹄罕(MTH)、豆塔(DT)煤(V/I分别为0.1、0.76、1.76)为研究对象,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)与X射线衍射(XRD)技术分析样品的化学结构;通过热重−质谱(TG-MS)联用技术,检查了样品在30~900℃的热解过程及其气体逸出行为。结果表明:不同镜惰比低阶煤中的化学结构含量有较大差异,与富惰质组ZJZ煤相比,富镜质组煤有着相对丰富的脂肪族结构,长脂肪侧链,以及含氧官能团,尤其DT煤中含有丰富的C-O。相应的芳香结构含量随着镜惰比增加而减少。同时,随着煤中镜惰比增加,芳香层片间距d_(002)、横向延展度与纵向堆砌高度之比(L_(a)/L_(c))增大,芳香层堆砌高度L_(c)、芳香层尺寸L_(a)以及堆砌层数N减小。DT、MTH、ZJZ煤在热解中失重量依次为36.4%、32.2%、28.9%,随着镜惰比降低,最终热解气态产物产率以及最大热解速率相应降低。在热解过程中有H_(2)、H_(2)O、CH_(4)、CO、CO_(2)等小分子物质释放;此外,释放气体含量与显微组分息息相关,富惰质组煤产生的小分子物质量少于镜质组较多的煤。由于镜质组中含有较多的脂肪侧链结构,芳香层之间的缩聚能力较强,热分解过程中容易形成自由基再结合生成气体。

不同镜惰比低阶煤燃烧特性及动力学分析

为解释显微组分对低阶煤燃烧特性的影响,以一系列不同镜惰比低阶煤为研究对象,利用热重−质谱−差热(TG-MS-DTA)联用技术,研究了样品在空气气氛下的燃烧特性、热量变化过程以及气体逸出行为。结果表明:煤的显微组分含量对煤燃烧达到最大反应速率时的温度影响不大,但对反应最大速率的大小有影响,富惰质组煤燃烧的反应最大速率更大。同时,煤中较多矿物使得反应达到最大速率时温度更高。燃烧过程呈现出明显的两个阶段,第一阶段(400℃之前)缓慢放热,对应脱挥发分过程,第二阶段(400℃之后)快速放热,对应固定碳燃烧过程,燃烧放热特征呈现出缓慢到快速放热的转变。不同镜惰比煤在燃烧过程中主要释放CO_(2)、CO、H2O等气体,但释放的相对含量不同,脱挥发分阶段,有较少的CO_(2)、CO气体释放,H2O的释放相对量较多。而在固定碳燃烧阶段,CO_(2)大量释放,CO释放量略低,H2O最少。其中,富惰质组煤在燃烧过程中释放相对更多的CO_(2),在相同条件下,燃烧更加充分。此外,还借助Coats-Redfern积分法对煤燃烧过程进行动力学计算,得到随着镜惰比含量减小,反应活化能增加的趋势,但这并不影响富惰质组煤在固定碳燃烧阶段能快速燃烧的特性,这可能是由于惰质组中大量丝质体形成的细胞胞腔结构,增大了与O_(2)的接触面积,燃烧反应充分。

陕北三叠纪煤田3号煤中硫分与灰分组成特征及成因分析

以地质勘查及煤质化验测试资料为依据,结合煤岩及煤质特征与成煤环境的关系,对陕北三叠纪煤田子长矿区和延安中南部矿区3号煤层的硫分、灰分组成特征及成因进行了分析。研究结果表明:子长矿区3号煤以低硫、低灰分为特征,硫分以有机硫为主;延安中南部矿区3号煤以中高硫、中灰分为特征,硫分以硫化铁硫为主;子长矿区3号煤的全硫含量和灰分产率明显低于延安中南部矿区3号煤,成因主要与成煤时期泥炭沼泽环境不同及陆源碎屑物质供给程度不同有关。

平山湖地区7-2层煤煤质特征及其成煤环境意义

根据平山湖地区7—2层煤的煤岩、工业分析及灰成分分析数据,结合煤岩及煤质特征对其煤岩、工业分析、灰成分与成煤环境的关系进行分析研究。研究结果表明:平山湖地区7—2层煤的显微煤岩组分以镜质组为主,惰质组次之,壳质组最少;镜惰比平均值较低,沼泽覆水较浅;7—2层煤具有低硫、中灰煤特征,其不受海水的影响,表现出陆相成煤的主要特点;煤中灰成分指数及灰成分端元分析法显示,7—2层煤形成于覆水较浅、水动力较强而还原性较弱的聚煤环境,此与根据镜惰比、全硫所得的结论一致。

富镜质组和富惰质组高阶煤纳米孔隙结构特征

针对四川盆地南部筠连地区煤层气井挑选了16个镜质组含量大于75%和7个惰质组含量大于75%的高阶煤样,进行了扫描电镜、低温氮气吸附实验和核磁共振物性测试分析,对富镜质组和富惰质组高阶煤的纳米级孔隙结构特征进行了系统的定性和定量对比研究。研究结果表明:惰质组相对于镜质组原生孔(植物组织孔)更为发育,而后生孔(气孔)和外生孔(角砾孔和破裂孔)在镜质组中更为发育;富镜质组和富惰质组高阶煤均具有复杂的纳米级孔隙结构,然而富惰质组高阶煤孔隙形态更为复杂特殊(墨水瓶状孔更为发育);富镜质组和富惰质组高阶煤的吸附曲线形态在初始阶段(p/p0<0.05)存在明显的差异,富惰质组煤样的吸附曲线在初始阶段(p/p0<0.05)均出现快速上升的现象,而富镜质组煤样在该阶段均呈现出缓缓上升的特点,由此得出惰质组中含有更多孔径小于0.64 nm的分子级孔;富惰质组高阶煤中平均孔比表面积、平均孔体积及氮气吸附量均大于富镜质组高阶煤,二者纳米孔隙平均孔径相近;富镜质组和富惰质组高阶煤中对孔比表面积起到主要贡献的孔径均分布在2~4 nm,可推测两种煤中小于4 nm的孔隙在各级孔中所占比例最大;富镜质组高阶煤中平均孔径对孔容具有明显贡献的主要为大于10 nm的孔,而惰质组中平均孔径从2 nm开始便具有了明显贡献,由此得出2~10 nm的纳米孔在惰质组中更为发育;镜质组和惰质组中的孔隙度、渗透率和束缚水饱和度的值接近,且孔隙度与渗透率之间具有非常明显的指数正相关关系;富镜质组高阶煤中束缚水饱和度与孔隙度之间没有明显的相关关系,而束缚水饱和度与渗透率之间具有较好的负相关性;富惰质组高阶煤中束缚水饱和度与孔隙度和渗透率均具有较为明显的负相关性。