基于压裂液自发吸入模型的页岩气压裂液滤失定量预测

非常规油气资源开发常使用水力压裂技术提高单井产量,然而压裂现场数据表明,大量压裂液会滞留在地层中导致压裂液的返排率较低,将对储层和地下水环境造成一定影响。为进一步研究压裂液滤失机理并准确预测压裂液滤失量,首先建立了由毛细管力作用引起的压裂液自发吸入模型,然后对压裂液滤失量进行定量计算,并在现场进行了验证。最后,引入无量纲吸入率参数分析了控制压裂液滤失的关键因素。研究结果表明:(1)页岩气水平井压裂施工中大约50%~95%的压裂液通过基质吸入,压裂液吸入量仅与吸入率参数、裂缝面积和吸收时间有关;(2)当润湿相黏度与非润湿相黏度之比超过阈值时,吸入率参数主要由岩石的孔径分布参数决定,流体黏度的影响非常有限;(3)当孔径分布参数介于0.5~0.7时,吸入率参数达到相对较高的值,即更多的压裂液被吸收到地层中;(4)当润湿相黏度与非润湿相黏度之比大于10,孔径分布参数小于0.8时,优化后的自吸模型具有较大的适用性;(5)由毛细管力机理引起的压裂液滤失量与实际储层观察到的滤失量相近,可认为页岩储层有足够的存储滤失液的能力,不会影响地下水层中的饮用水。结论认为,建立的压裂液自发吸入模型,能够准确预测页岩气水平井压裂液滤失量,为非常规油气的生产及环境保护提供了技术支撑。

稻草纤维增强泡沫混凝土物理力学性能试验研究

为了研究稻草纤维增强泡沫混凝土的性能,以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料,硅灰、偏高岭土和粉煤灰为辅助胶凝材料,稻草纤维为增强材料,采用物理发泡法制备纤维增强泡沫混凝土;通过全因子试验,研究在不同水胶比和发泡剂掺量下,稻草纤维掺量对泡沫混凝土的密度、吸水率、抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和抗冻性能的影响。结果表明:对于不同水胶比和发泡剂掺量,泡沫混凝土的密度、抗压强度和劈裂抗拉强度均随纤维掺量的增加呈现出先增加后降低的变化规律;抗压强度随密度增加呈幂函数增加关系;劈裂抗拉强度随抗压强度的增加呈指数函数增加关系;当水胶比为0.45时,抗折强度随纤维掺量的增加先增加后降低,当水胶比为0.50时,抗折强度随纤维掺量的增加而增加;纤维的掺入增大了泡沫混凝土的泡孔尺寸和吸水率,降低了其抗冻性能。

页岩核磁共振横向弛豫时间与孔径分布量化关系及应用

核磁共振横向弛豫时间(T2)常用于表征页岩的全孔径分布特征。为确定T2谱与页岩孔径的量化关系,选取济阳坳陷沙河街组7块页岩样品进行低温氮吸附、核磁共振实验。利用T2几何平均值和孔隙比表面积、孔隙体积之间的关系式,获得T2谱计算孔径分布的关键参数——表面弛豫率。7块页岩样品的表面弛豫率为1.52~3.06 nm/ms,平均值为2.53 nm/ms。由表面弛豫率计算的孔径分布结果与低温氮吸附的NLDFT模型计算结果相似度高,证实了页岩表面弛豫率确定方法和取值的合理性。利用上述方法确定了济阳坳陷典型页岩薄层的孔径分布,结合储层物性和地球化学分析结果,认为页岩中泥质薄层主要起到生-储作用,而纤维状方解石薄层、粉晶方解石薄层和长英质薄层则可以作为储-渗通道。在研究页岩油微观富集、流动机制及评价页岩油“甜点”时,需细化分析不同薄层的孔径分布特征及其生-储-渗作用。

酸化对高阶煤不同层理方向增透效果影响研究

为了研究酸化对寺河矿高阶煤垂直、平行两个层理方向的增透效果,开展了多组分酸煤粉和煤柱溶蚀试验,优选出了合适的酸液体系,分析了两个层理方向煤柱不同酸化时长下的溶蚀效果,并进行了两个层理方向煤柱的煤岩三轴吸附-解吸-渗流试验和低场核磁共振试验,对比了酸化前后的渗透率、孔隙度、孔径分布变化。结果表明:(1)寺河矿酸化选用质量分数2%HCl+2%CH3COOH+5%HF的酸液配比溶蚀效果最优;(2)酸化使垂直层理方向煤柱的孔隙率增幅更大,而平行层理方向煤柱达到最大增幅用时更短;(3)酸化后两个层理方向煤柱的渗透率、孔隙度均提升,垂直层理方向煤柱孔隙度增幅更大,渗透率增幅则小于平行层理方向煤柱,且二者的渗透率增幅都在滑脱效应拐点处最小;(4)酸化使两个层理方向煤柱的瓦斯吸附孔占比下降,其中平行层理方向煤柱降比更大,且酸化前后中大孔占比也都更高;确定了寺河矿酸化后以煤样平行层理方向作为钻孔瓦斯抽采方向能更好地提高瓦斯抽采率。

接种蚯蚓对有机茶园土壤结构及有机碳库的影响

为探讨接种蚯蚓对有机茶园土壤团聚体、孔隙分布及有机碳库的影响,设置375条/m^(2),250条/m^(2),125条/m^(2)三种蚯蚓投放密度,将威廉腔环蚓接种于信阳有机茶园土壤中。结果表明:接种蚯蚓能显著提升>2mm大团聚体的比例而降低<0.25mm粒径的微团聚体的比例;提高水稳性小团聚体(0.25mm≤d≤2mm)比例,但对水稳性大团聚体d>2mm的影响不显著;高密度蚯蚓处理平均重量直径(MWD),平均几何直径(NWD)以及分型维数(D),团聚体破坏率(PAD)显著高于其他密度处理及对照(CK)。接种蚯蚓使得结构性孔隙(土壤颗粒间和团聚体间孔隙)所占比重增加,其中以团聚体间孔隙增加最为显著,其次为颗粒间孔隙,对由粘粒及矿物层间形成的毛管孔隙分布无显著影响;随着接种密度的增加,颗粒间孔隙度变化不显著而团聚体间孔隙度的相对值和绝对值均显著增加。添加蚯蚓能显著增加土壤活性有机库总量。接种密度的增加对活性有机碳库总量影响不大,但对土壤呼吸速率提升较多,故从温室气体排放角度考虑低接种密度更合适。可见,有机茶园中少量接种蚯蚓即能达到改良土壤结构的效果,并能缓解由于采茶造成的土壤压实问题。

下扬子地区荷塘组细粒沉积岩岩相划分及微观孔隙发育特征

下扬子地区下寒武统荷塘组细粒沉积岩岩相微观孔隙发育特征不清楚制约了页岩气的勘探开发。基于普通薄片观察、氩离子抛光扫描电镜(SEM)分析、物性测试、X射线衍射全岩矿物及黏土矿物含量分析、N_(2)及CO_(2)等温吸附实验、聚焦离子束扫描电镜(FIBSEM)分析等实验资料,建立了荷塘组细粒沉积岩岩相划分方案,分析了不同岩相的微观孔隙结构特征。研究表明:①荷塘组细粒沉积岩主要发育块状硅质泥岩相、纹层状硅质页岩相、块状含黏土硅质泥岩相、块状硅/灰混合质泥岩相和块状混合灰质泥岩相5种岩相类型。②荷塘组不同细粒沉积岩岩相孔隙度和渗透率差异较大。孔隙类型主要为粒间孔、晶间孔、粒内孔、有机质孔和微裂缝,以微米-纳米级孔隙为主。介孔孔径为2.0~10.0 nm,微孔孔径为0.4~0.9 nm。③块状硅/灰混合质泥岩相有机质和脆性矿物含量高,粒间孔与微裂缝发育,孔隙度和渗透率较大、孔隙连通性较好、比表面积较大,为荷塘组最有利的页岩气勘探开发细粒沉积岩岩相。块状含黏土硅质泥岩相孔隙比表面积和孔体积较高,脆性指数、孔隙度和渗透率低于块状硅/灰混合质泥岩相,为次要的有利岩相。

干湿循环作用下红壤土孔隙结构与强度特性试验研究

【目的】周期性库水位升降使三峡库区消落带土体受反复干湿交替过程,为了分析干湿循环作用对土体的孔隙结构和强度特性的影响,【方法】针对三峡库区某滑坡消落带红壤土,开展反复干湿循环下的三轴试验和扫描电镜、核磁共振测试,分析干湿循环作用对红壤土微细观孔隙结构与强度特性的影响,研究土体孔隙结构演化规律及其与强度特性之间的关系。【结果】结果显示:干湿循环对消落带土体强度有明显弱化作用,随着干湿循环次数增加,土体剪切强度逐渐减小并趋于稳定;在干湿循环作用下,孔隙扩张向大孔隙演化,土颗粒间距增加,裂隙发育后团聚体崩解、分散为微小团聚体,孔隙间连通性增强,原有微观孔结构基本丧失,逐渐形成新的稳定孔隙结构状态。【结论】土体结构呈现明显的双重分形特征,土体黏聚力和内摩擦角与中巨孔隙分形维数呈现明显关联关系,干湿循环作用使中巨孔隙分布复杂程度降低,孔隙结构更松散,颗粒间咬合作用降低,黏聚力和内摩擦角减小。

新疆准噶尔盆地白家海凸起深部煤层气孔渗系统特征

【目的】新疆深部煤层气资源丰富,其中准噶尔盆地白家海凸起侏罗系煤层是深部煤层气勘探开发的有利目标区。深部煤层气孔渗系统直接决定了深部煤层气的可采性。【方法】以新疆油田2023年最新施工的彩煤2-004H评价井为基础,基于扫描电镜观察,压汞–低温液氮–二氧化碳吸附、低场核磁共振、CT扫描,变温压孔渗实验,结合数学建模,深入研究了本区侏罗系西山窑组煤的孔渗系统。【结果和结论】结果表明:(1)研究区深部煤储层孔隙类型以植物组织孔和气孔为主,孔裂隙发育,形态多为板状和狭缝状,孔裂隙连通性好,多为开放型孔。(2)全孔径表征结果显示,超微孔最为发育,其次为中孔和过渡孔,各类型孔隙发育较为均匀,总孔比表面积和总孔容较大,接近于贫煤和无烟煤,暗示了其吸附性和储集能力较强,其主要地质原因在于其煤层为特低灰分(平均灰分在5%左右)煤、煤岩显微组分中主要为丝质体和结构腐殖体,且处于构造高部位的煤储层断裂发育。(3)考虑温度和有效应力对孔隙率和渗透率的影响,建立了研究区孔隙率和渗透率与埋深的关系式。与鄂尔多斯盆地大宁-吉县区块深部煤相比,不论是常规孔渗结果,还是模拟原位储层条件下的孔渗系统,白家海凸起深部煤储层孔隙率和渗透率均较大,原位储层条件下孔隙率介于8.60%~10.21%,渗透率介于(0.04~0.21)×10^(-3)μm^(2)。即本区深部煤储层孔渗系统,不仅储气能力较强,同时其导流能力也较好。

TiO_(2)添加量对SiC多孔陶瓷物相组成及性能的影响

为制备同时具有高气孔率和高强度的硅结合SiC多孔陶瓷,以α-SiC粉、单质Si粉及TiO_(2)粉为主要原料,在氩气气氛下经1400℃保温3 h制备SiC多孔陶瓷,探究TiO_(2)添加量(加入质量分数分别为0、2%、4%、8%)对材料物相组成、显微形貌、孔径分布及主要物理性能的影响。结果表明:随TiO_(2)添加量的增加,单质Si的衍射峰逐渐消失,材料中检测到Ti_(3)O_(5)及TiSi_(2)物相,伴随着新相的生成,SiC颗粒间结合更加紧密,其显气孔率及平均孔径减小,力学性能显著提升。当TiO_(2)添加量为8%(w)时,材料具有优异的综合性能,其显气孔率、常温抗折强度及平均孔径分别为33.6%、29.6 MPa和0.27μm。

比表面及孔径分析实验中培养学生利用物理化学知识分析问题的能力

物理化学是化学与化工等专业必修的专业基础课程,然而该课程具有理论内容多、概念抽象难懂、公式复杂易混等特点,因此学生学习起来非常困难。比表面及孔径分析仪是应用极其广泛的现代分析仪器,其使用过程中包含大量物理化学基础知识。因此借助比表面及孔径分析实验,引导学生利用开尔文公式、自由度、理想气体状态方程等物理化学知识解释仪器的工作原理,从而达到提高学生利用物理化学知识分析实际问题的能力。

低湿变温环境对硫酸盐作用下水泥砂浆性能的影响

基于西部钢筋混凝土基础设施所处环境特点,将水泥砂浆试件在低湿变温环境中进行半浸泡硫酸盐腐蚀,结合XRD、SEM、LF-NMR和电导滴定SO_(4)^(2-)等测试手段研究了低湿变温环境对硫酸盐半浸泡腐蚀水泥基材料的影响。结果表明:对于低湿变温环境中的水泥砂浆试件,其液面以上30 mm内的水膜区硫酸盐腐蚀程度较低,而液面以上30~60 mm的蒸发区腐蚀程度较高,并出现明显剥落现象;饱和度较小的Na_(2)SO_(4)溶液对砂浆试件蒸发区的腐蚀更为严重;蒸发区1000 nm以上的孔隙发生膨胀性盐结晶导致砂浆内部出现微裂纹且有害孔比例增加,该区域以物理膨胀破坏为主;浸泡区膨胀性腐蚀产物石膏和钙矾石的大量生成使得该区域以化学腐蚀为主。随着腐蚀产物在孔径为50~1000 nm的毛细孔中不断累积,砂浆表层开裂且1000 nm以上的宏观孔比例有所增加。掺入的矿粉通过其二次水化作用提高了砂浆浸泡区抗硫酸盐腐蚀能力,而石灰石粉的掺入则因稀释效应降低了砂浆抗硫酸盐腐蚀能力。

高阶煤吸附孔结构特征及其对甲烷吸附能力的影响

孔隙结构对煤层吸附甲烷的能力有显著影响,但目前对高阶煤吸附孔结构特征及其对甲烷吸附能力的影响研究较少。以贵州兴安煤业有限公司糯东煤矿高阶煤样为研究对象,采用低温N2吸附和低温CO_(2)吸附试验,结合分形理论研究了高阶煤吸附孔的孔隙结构特征,并通过高压等温甲烷吸附试验,分析了煤储层物性、孔隙结构特征和分形维数对甲烷吸附能力的影响。结果表明:①高阶煤储层孔隙形态较为单一,多数为两端开放的平行板孔和狭缝型孔,微孔在煤的孔隙结构中占主导地位,其孔体积和孔比表面积占比均大于98%,为气体的富集提供了空间。②以不同孔径段的孔体积占比为权重计算高阶煤孔隙的综合分形维数,微孔分形维数在综合分形维数中占主导地位;煤样孔隙结构具有明显的分形特征,孔隙非均质性较强。③Langmuir模型能很好地描述高阶煤的吸附行为,煤储层物性、孔隙结构和分形维数对甲烷吸附能力影响显著,Langmuir体积与最大镜质体反射率、镜质组含量、灰分含量和水分含量呈线性正相关关系,与惰质组含量呈线性负相关关系;Langmuir体积与吸附孔的孔比表面积和孔体积均呈线性正相关关系,Langmuir体积与分形维数呈弱线性关系。研究结果可为黔西南地区高阶煤层气勘探开发及煤矿瓦斯灾害防治提供理论指导。

基于结构表征和热力学分析的2种菊花粉水分吸附特性研究

为探讨干制菊花吸湿特性与其结构、水分活度(A_(w))、贮藏温度的关系,本文以2种菊花粉末(小黄菊和贡菊王)为对象,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线电子能谱(XPS)对其结构特征进行分析,结果显示菊花粉末表面粗糙,含有大量凹陷和孔洞;与小黄菊相比,贡菊王粉末粒径较小且表面含有更多的亲水基团,如-OH,O-C-O等。采用静态称量法在20、30和40℃和A_(w)=0.112~0.976下研究了2种菊花粉末的水分吸附行为,并通过模型拟合和热力学分析阐明了物料的水分吸附机制。菊花粉末的平衡干基含水率(X_(e))随水分活度(A_(w))增加而升高,但在同一A_(w)下,温度越高X_(e)值越低。Peleg模型是描述水分吸附等温线的最佳模型。热力学分析表明,净等量吸附热(qst)随平衡干基含水率升高而降低,其中小黄菊和贡菊王粉末的qst值分别于X_(e)>0.14 g/g和X_(e)>0.24 g/g时趋于恒定。小黄菊在20、30和40℃下的单分子层干基含水率(X_(m))分别为0.0690、0.0525、0.0505 g/g(干基),而贡菊王为0.0645、0.0591和0.0584 g/g(干基)。有效孔径(rp)随温度和水分含量增加而增大,其中当X_(e)>0.09 g/g(干基)时小黄菊粉末呈现介孔特性,而贡菊王粉末则当X_(e)>0.11 g/g(干基)时内部孔隙才由微孔转变成介孔。研究结果可为菊花的干燥工艺优化与贮藏条件选择提供参考。

核磁共振技术在致密岩心孔隙量化表征中的应用

为了实现致密岩心的孔隙量化表征,采用核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)技术,利用T2弛豫时间和孔隙半径(r)的正比关系可测致密岩心的孔隙度、渗透率和孔径分布,利用核磁共振T2截止值可区分孔隙中的自由流体和束缚流体。从核磁共振表征岩心孔隙的原理出发,分析了核磁共振T2谱与岩心孔隙度、渗透率、孔径分布、孔隙内可动流体的关系。根据上述原理,通过实例验证了核磁共振技术在致密岩心孔隙度和渗透率量化表征中的准确性和适用性。实验岩心的T2截止值和孔径分布测试表明:1号岩心T2截止值为21.85 ms,2号岩心的T2截止值为40.11 ms;1号岩心小孔隙分量大,2号岩心孔隙分布较均匀。截止值的计算结果表明地区经验法得出的T2截止值不完全适用于该区域的致密岩心,有必要建立区域性的截止值变化范围图版。

造孔剂对多孔Si_(3)N_(4)陶瓷透气系数的影响

为改善多孔Si_(3)N_(4)陶瓷的透气性,以Si粉为原料,Y_(2)O_(3)和CaF_(2)为烧结助剂,粒径为5和20μm的聚甲基丙烯酸甲酯微球为造孔剂,先注凝成型再排胶,最后在氮气气氛中于1650℃保温3 h反应烧结,制备了多孔Si_(3)N_(4)陶瓷。研究了造孔剂粒径和添加量(体积分数分别为0、15%、30%、45%和60%)对多孔Si_(3)N_(4)陶瓷显气孔率、孔径分布、孔结构、透气系数等的影响。结果表明:1)添加造孔剂的试样呈堆积衍生孔和球形演化孔的二级孔结构,孔径呈双峰分布;2)在粒径相同时,随着造孔剂添加量的增加,试样的显气孔率和透气系数增大,而体积密度、弯曲强度、断裂韧性降低;3)相同添加量下,添加5μm的小粒径造孔剂的试样具有更高的显气孔率、透气系数和弯曲强度,采用较小粒径的造孔剂能减小孔壁的厚度,并扩大孔壁内堆积衍生孔的孔径,提高孔壁的渗透性;4)添加体积分数为60%的5μm造孔剂的试样综合性能最优,其显气孔率、透气系数和弯曲强度分别为55.1%、11.6×10^(-14)m^(2)和35.3 MPa。

黄土-古土壤饱和渗透性与孔隙分布特征关系研究

由于沉积环境的差异,古土壤较上覆黄土致密,其饱和渗透系数应低于黄土,但试验结果却显示二者的饱和渗透系数相近。为揭示这一现象的机理,在陕西泾阳南黄土塬开挖33m的探井,沿井壁按1m间距取黄土和古土壤原状试样,进行变水头渗透试验,测定试样的饱和渗透系数。同时用压汞试验(mercury intrusion porosimetry,MIP)及扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)测试分别获取试样的孔隙分布曲线和微观结构图像,以分析黄土-古土壤饱和渗透性与孔隙分布特征的关系。结果表明:(1)黄土-古土壤地层的饱和渗透系数整体上沿深度方向规律性减小,但相邻黄土和古土壤层的饱和渗透系数无明显差异;(2)MIP及SEM测试结果表明,黄土结构均匀、孔隙大小较为一致,而古土壤具有不均匀的团块-裂隙结构,虽然团块内部较黄土致密,但团块间存在裂隙;(3)饱和渗透系数的大小取决于透水孔隙的体积分数,其中黄土的透水孔隙主要为较大孔隙(孔径>2μm),而古土壤的透水孔隙主要为团块间的微裂隙,虽然二者渗透系数相近,但渗透机理完全不同。为研究黄土与古土壤的孔隙分布特性和解决黄土区工程建设中的问题提供了理论依据。

Cu-ZnO-ZrO_(2)催化剂孔结构调控CO_(2)加氢制甲醇性能研究

采用胶质晶体模板法制备了不同孔径Cu-ZnO-ZrO_(2)(CZZ)催化剂,并对其CO_(2)加氢制甲醇性能进行了研究。结果表明,通过改变催化剂孔径可以实现ZnO粒径大小的调控,较小的粒径表现出更卓越的催化性能。其中,在孔径为55 nm的(CZZ-55)样品上,ZnO粒径为14.5 nm,CO_(2)转化率为14.83%,甲醇选择性为78.8%,甲醇产率可达345.8 g/(kg·h)。原位漫反射傅里叶变换红外光谱结果表明,在CZZ催化剂上CO_(2)加氢制甲醇遵循甲酸盐路径,ZnO-ZrO_(2)界面是CO_(2)吸附和活化的活性位点,而三维有序大孔结构有助于形成更分散的ZnO-ZrO_(2)活性位,提高了CO_(2)转化率。并且孔径大小对中间体的转化具有一定影响,孔径越小,甲酸盐更容易转化为甲醇。此外,三维有序的大孔结构为产物(水汽和甲醇)快速扩散提供了“高速通道”,有效抑制CO_(2)加氢的副产物水汽对活性位的毒化作用,较大程度提高了催化剂的稳定性,在600 h内无明显失活。

复掺铁尾矿和粉煤灰掺量对混凝土性能和微观结构性的影响

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。采用不同掺量作用下混凝土的电阻率、抗压强度和氯离子迁移系数的变化规律,来评价混凝土的耐久性能。对不同铁尾矿掺量和不同粉煤灰掺量作用下混凝土的抗渗性能、力学性能、抗氯离子侵蚀性能进行了研究,以及分析了同时掺加不同比例铁尾矿砂和粉煤灰对混凝土性能的影响。结果表明:铁尾矿和粉煤灰掺量为30%时混凝土的抗压强度达到极大值。而粉煤灰掺量比例越大、铁尾矿掺量比例越小,混凝土的抗压强度、抗渗性能和抗氯离子侵蚀性能就越差,故在实际制备混凝土时应该采用大掺量铁尾矿砂、少掺量粉煤灰的配合比。随着铁尾矿掺量和粉煤灰掺量的增大,在同一水化时间作用下铁尾矿的水化放热速率和总放热量也呈现出不断减小的趋势,这说明了掺加铁尾矿和粉煤灰很大程度上降低了混凝土的水化放热速率和总放热量。随着铁尾矿掺量和粉煤灰掺量的增大,混凝土孔径分布曲线峰值点对应的孔径值也是不断增大的,但是增大的幅度却越来越小。

微波真空冷冻干燥时怀山药的微CT孔道分布

局部温度过高的问题限制了微波真空冷冻干燥(microwave freeze drying,MFD)技术在果蔬干燥中的广泛应用。发展传热传质理论是解决MFD局部温度过高问题的根本途径。数值模拟是研究传热传质机理的重要方法,并有望解决MFD中局部温度过高的问题。利用详细的孔径和孔隙分布建立结构模型对数值模拟至关重要。该研究以怀山药为样品,利用微CT(X-ray micro-computed tomography)技术分析不同干燥仓压力(100、200、300 Pa)和微波加载量(0.5、1.0、1.5、2.0 W/g)时孔隙和孔隙分布的变化。结果表明,干燥仓内的低压环境更倾向于形成小孔隙,干燥仓内压力的变化对外层的孔隙大小和分布无明显影响,但对内层的孔隙大小和分布有明显影响。微波加载量对内、外层的孔隙大小和分布均有显著影响。研究结果将为解决MFD中局部温度过高问题的数值计算研究提供试验支持。

低渗透煤层微观孔隙结构与煤层气解吸规律

为研究低渗透煤层微观孔隙结构与气体解吸规律的关系,运用直接观测法、核磁共振法、液氮吸附法等实验手段,对鄂尔多斯盆地伊陕斜坡8号煤层煤样的含气量、孔隙度、渗透率、孔径分布等进行测定。结果显示:煤层气解吸特征与煤的孔径分布、孔的形态、孔的连通性以及比表面积、煤岩成分等因素有关;研究区相隔小于10 m的2套煤层,其孔隙特征、气体解吸规律差异均较大。其中,亮煤的微孔形态以一端开口的圆筒形孔和墨水瓶孔为主,微孔及吸附孔占比为39.2%,煤体微裂缝相对发育,但微孔与介孔的连通性较差,暗淡煤的微孔形态以一端开口的圆筒形孔为主,微孔及吸附孔占比为33.2%,微裂缝不发育,不同孔间连通性差。亮煤气体解吸初期产量大,后期衰减快,气体产出具有明显的阵发式特征;暗淡煤气体解吸初期产量小,约为亮煤的1/2,后期产量递减相对平缓。低渗煤层的开发对策应充分考虑煤层的孔隙结构、孔型、渗透性,应力敏感性、裂缝充填物种类等因素,在精细表征孔隙结构的基础上,根据煤层气不同解吸期特征,结合地质、开发条件制订合理的开发方案。该研究对认识煤层气产气机理及其控制因素,提高煤层气开采效率具有重要的指导意义。