鄂尔多斯盆地东缘煤储层微孔隙结构特征及其影响因素

在对鄂尔多斯盆地东缘58套采自不同层位不同地域煤样显微组分测试和低温液氮比表面测试的基础上,从比表面积、吸附曲线形态、阶段孔径结构分布、阶段孔径比表面积贡献、FHH分形特征几个方面刻画了煤储层微孔隙特征。同时,就“孔比表面积—孔隙结构—煤物质组成与化学结构”这一因果链,分析了鄂尔多斯盆地东缘煤微孔隙特征与煤变质程度、煤岩显微组分以及矿物组分与类型的关系。研究发现,Ro在0.60%~1.91%范围内,比表面积及FHH分形分维数先明显降低,Ro至1.3%后又略有回升,同时吸附回线“滞后环”及分形尺度对应的压力范围明显减小,孔径3~4 nm“墨水瓶”型孔明显减少乃至消失,并成为比表面积减少的主要贡献者。在相似煤级条件下,惰质组分较镜质组分有更多的比表面积贡献。粘土矿物组分含量>10%时,孔径3~4 nm“墨水瓶”型孔对比表面贡献明显,且随煤级增高影响作用相对加大。     

煤储层特征及其对吸附能力的影响——以鸡西盆地城子河组为例

采用扫描电镜、低温氮吸附法对鸡西盆地城子河组煤岩储集空间特征和孔隙结构进行研究,探讨煤岩吸附能力的主要影响因素。结果表明,煤岩常见孔隙类型包括残余组织孔、屑间孔、角砾孔和气孔,其中气孔的广泛发育既证实了煤岩大量生烃的过程,又为煤层气赋存富集提供优质储集空间。形式多样的张性裂隙组合,对改善渗透性具积极意义;煤岩低温氮吸附曲线呈现两种类型,反应不同特征的孔隙系统。鸡东坳陷相对梨树镇坳陷煤岩中微孔更为发育,使得比表面积和总孔体积值较高,平均孔径值降低,孔隙形态从开放性逐渐过渡为墨水瓶孔,微孔中墨水瓶孔的含量是导致滞后环形态发生变化的主要原因;煤岩的比表面积和总孔体积能够较好的反应煤岩的吸附能力。灰分、镜质组含量和成熟度通过控制鸡西盆地城子河组煤岩孔隙发育特征,从而影响煤岩的吸附能力。煤岩镜质组和演化程度升高会增强煤岩的吸附能力,而灰分含量高会减少煤岩对甲烷的吸附量。     

黔西北地区石炭系祥摆组页岩微观孔隙结构及分形特征

为研究海相含煤地层页岩的微观孔隙特征,选取黔西北地区石炭系祥摆组页岩作为研究对象,利用扫描电镜(SEM)和液氮吸附实验研究孔隙特征,同时研究其分形特征,并探讨孔隙结构的影响因素。研究结果表明:研究区石炭系祥摆组页岩在扫描电镜下可观察到4类微观孔隙(粒内孔、粒间孔、有机质孔、微裂缝),其中微裂缝、有机质孔发育较丰富,具有较强的生成烃类气体能力和良好的储集性能;液氮吸附等温线在形态上呈反“S”形,表明中孔在微观孔隙中最为发育,滞后回线类型主要为H2型的细颈广体的墨水瓶孔;BJH总孔体积和BET比表面积值均较大,平均值分别为0.0155 cm³/g和13.20 m²/g,平均孔径为6.22 nm,纳米级微观孔隙大量发育,为烃类气体提供丰富的储集空间;页岩样品微观孔隙结构分形维数D较大,主体大于2.723 2,反映出孔隙结构复杂、非均质性较强;BET比表面积与TOC、石英含量呈一定的负相关性,与分形维数呈一定的正相关性;平均孔径值与石英含量正相关性较好,与分形维数负相关性较好,与黏土矿物含量呈一定的负相关性。石炭系祥摆组页岩微观孔隙的BET比表面积较大、平均孔径较小,微观孔隙结构较为复杂。     

基于SAXS的不同变质程度煤纳米级孔隙结构特征研究

为揭示不同变质程度煤岩纳米级孔隙特征,运用小角X射线散射方法(SAXS),采集镜质体反射率R_max在0.31%~6.24%的15个样品,基于散射数据获取的煤岩孔隙率、孔径分布、比表面积和分形维数,讨论了煤化过程对煤岩纳米孔隙(0.3~100 nm)结构的影响,并用低温CO₂和N₂吸附DFT模型结果对孔径分布进行了验证。结果表明:在R_max < 0.5 %时,煤岩孔隙率和比表面积随着变质程度的增加而增加,微孔(< 2 nm)含量增长较少,介孔(2~50 nm)和大孔(50~100 nm)含量大幅增加,煤岩表面逐渐光滑;在R_max=0.5%~1.4%时,孔隙率和比表面积减小,各类孔隙含量均减少,煤岩表面逐渐光滑;在R_max=1.4%~4.0%时,煤岩孔隙率和比表面积增大,微孔含量大幅增加,介孔和大孔含量近乎稳定,煤岩表面逐渐粗糙;在R_max > 4.0%后,煤岩孔隙率和比表面积缓慢增加,微孔增长幅度变缓,煤岩表面逐渐光滑。SAXS在0.3~100 nm孔径分布(本次实验范围)中用球形形状因子与低温CO₂和N₂吸附结果契合度较高,煤中纳米级孔隙率及比表面积主要由微孔贡献。      

高压氮气置换甲烷对煤基质孔隙的影响

为探究高压气体吸附-解吸试验对煤基质中孔隙发育规模和结构的影响,选取安鹤矿区鹤壁六矿二1煤层煤样进行了高压氮气置换甲烷吸附-解吸试验,采用低温液氮吸附方法分别测定了高压氮气置换甲烷前后煤的低温液氮吸附解吸曲线,利用BET、BJH和QSDFT 3种分析模型,对煤基质中1.14~300 nm的孔隙规模、分布与结构特征进行了对比分析。分析结果显示煤样的孔容、比表面积和孔隙结构在高压气体置换过程中均发生了变化,孔隙BET比表面积从12.746 0 m2/g降低到7.227 0 m2/g,总孔容从0.009 0 cm3/g降低到0.006 6 cm3/g;孔隙发育规模与孔径分布均发生明显变化,但孔隙形态基本保持不变,孔径分布的变化主要表现为微孔孔容与比表面积的降低为主,而中孔和大孔基本保持不变。      

陆相页岩微观孔隙结构及分形特征——以徐家围子断陷沙河子组为例

为揭示陆相页岩微观孔隙结构特征,应用低温氮气吸附-解吸实验,结合扫描电镜分析、有机碳测定及X射线衍射等手段,分析页岩有机质和矿物组成,厘清孔隙结构和分形特征,并探究其影响因素。结果表明:沙河子组陆相页岩矿物组成以黏土矿物、石英和长石为主。储集空间类型主要为黏土矿物粒内孔、长石溶蚀孔和颗粒边缘孔,有机孔隙不发育。氮吸附曲线主要呈现为Ⅳ类吸附曲线,发育H2和H3两类迟滞回线,其中H3型比表面积较低,平均孔径较大,宏孔含量较高。页岩孔体积主要由介孔和宏孔贡献,比表面积主要由介孔贡献。孔径分布呈现双峰态,左峰约为2.7 nm,右峰分布在20~70 nm。页岩发育两段分形特征,分形维数显示H3型页岩孔隙结构非均质性及复杂性较弱。孔隙结构主要受矿物组成控制,与TOC无明显相关性,微孔含量与比表面积越高,宏孔含量与平均孔径越高,页岩孔隙结构越复杂,越不利于页岩气的运移及产出。陆相页岩因沉积环境控制下赋存的腐殖型有机质,从本质上影响了其孔隙空间、孔隙结构及页岩气富集特征,与海相页岩区别显著。      

黄陇煤田转角勘查区煤的微观孔隙结构特征及其影响因素

煤的微观孔隙结构特征是煤储层特征的重要研究内容之一。选取黄陇侏罗纪煤田转角勘查区4个典型低阶煤样品为研究对象,以煤质特征研究为基础,进行压汞和液氮吸附实验,获取了不同测试方法的煤孔隙结构参数。根据两种测试方法的优缺点在孔径50nm处采用曲线拼接法进行联合,分析了全孔径段的比表面积和孔隙体积分布。结果显示:煤的比表面积主要分布在微孔、小孔和中孔三个区间,呈现“三峰”特征,表现为微孔>小孔>中孔>大孔的分布特征;孔隙体积主要分布在微孔、小孔和大孔。灰分含量和阶段孔径比表面积和孔隙体积具有较好的相关关系,但相关性强弱不同,总体显示和微孔、小孔及中孔呈正相关关系,而与大孔孔隙呈负相关关系,灰分含量与微孔、小孔的影响最大。显微组分中的镜质组和壳质组含量与大孔比表面积和孔隙体积呈正相关关系,与微孔、小孔呈负相关关系;惰质组含量与大孔孔隙比表面积和孔隙体积呈负相关关系,和微孔、小孔呈正相关关系。     

鄂尔多斯盆地东缘煤储层孔隙结构特征差异及影响因素

以鄂尔多斯盆地东缘煤储层为研究对象,通过镜质体最大反射率（R_max）测试、压汞和低温液氮吸附实验等手段,探讨分析了煤储层孔隙结构发育特征及影响因素。结果表明:研究区煤储层视孔隙度偏低,且自北向南呈明显降低趋势,煤储层的孔隙发育情况以小孔、微孔为主,煤储层的BET比表面积平均为1.26 m2/g,其中北部煤储层比表面积较大,煤储层BJH总孔容平均为0.003 41 mL/g;受惰质组相对含量、压缩程度及次生孔隙影响,随着煤变质程度的增加,煤岩的孔隙度、BJH总孔体积和BET比表面积呈现“大—小—大”的变化规律,当R_max值为1.5%左右时,为最小值;煤储层随着所受应力的增强,微孔趋于闭合,其他各类孔数量均减小,整体上为小孔含量相对增加,煤中吸附孔隙类型由封闭型孔变为开放型孔,应力作用对煤岩的渗流孔隙的发育具有较强的控制作用,主要体现在煤岩中大孔对煤层气的贡献要优于其他孔隙。      

陆相页岩气储层孔隙发育特征及其主控因素分析:以鄂尔多斯盆地长7段为例

鄂尔多斯盆地延长组是目前最具页岩气潜力的研究层段之一。本文以该盆地东部长7段为研究对象,运用氮气吸附法及氩离子剖光扫描电镜分析对页岩气储层孔隙结构及孔隙类型进行分析和测定,并结合岩石矿物组分、有机质成熟度以及总有机碳（TOC）质量分数,讨论了孔隙结构和影响因素。结果表明,长7段页岩气储层孔隙结构复杂,根据吸附回线形态可分为2类：Ⅰ类回线主要对应孔径为2.6~4.2 nm的狭缝结构或楔形结构的平行板状孔或微裂缝,具体可分为黏土矿物矿片间孔隙、有机质内狭缝状孔隙及基质微裂隙等类型;Ⅱ类回线主要为分布于2.3~3.1、3.5~3.8、4.3~5.2 nm等多个孔径段的开放型圆筒状孔,包括有机质孔和残余粒间孔。中孔和微孔是总孔体积和比表面积的主要贡献者。w（TOC）是延长组页岩总孔体积及比表面积的主要控制因素,与总孔体积及比表面积均呈正相关关系;镜质体反射率及矿物含量对孔隙发育的控制作用不明显,但黏土矿物对微孔孔容贡献较大,其中伊利石质量分数与BET比表面积及孔容有较好的相关性。     

基于氮吸附法的页岩有机孔隙结构表征

页岩的微观孔隙结构对页岩气的赋存至关重要,气体吸附法可以较好对页岩的微观孔隙结构进行表征。通过测量丁页1井不同深度样品的矿物含量、RO值和TOC含量,结果表明丁页1井龙马溪组页岩样品的矿物含量比较稳定,有机质成熟度变化不大,均为过成熟。通过低温氮吸附法计算样品的比表面积和微、介孔容积和孔径分布,结果表明：（1）样品的平均孔径为2.8 ~ 4.9 nm,10 nm以下的孔隙提供了大部分的微、介孔容积。微、介孔容积为0.00136 ~ 0.0108 cm3/g,平均0.004 cm3/g,比表面积为2.54 ~ 13.69 m2/g,平均6.68 m2/g;（2）微、介孔容积、比表面积和TOC三者之间有很强的正相关性。通过计算TOC含量为0时的微、介孔容积和比表面积推算无机孔和有机孔之间的比例和其对比表面积的影响,发现有机孔提供了大部分的微、介孔容积,有机孔还是比表面积的主要贡献因素;（3）样品的吸附曲线符合IPUAC分类中的第IV型吸附曲线,样品的脱附曲线反映样品孔隙形态随TOC含量的增加,由楔形孔（不定型孔）变为连通的墨水瓶型孔（狭缝型孔）或墨水瓶型孔。     

煤的比表面积 孔体积及其对煤吸附能力的影响

在液氮温度下，通过测试煤样在气体饱和蒸气压力范围内对N2的吸附过程及吸附量，用BET降BJH理论模型计算出煤的孔体积和孔表面积。同时，对煤样进行等温吸附CH4试验，根据试验结果,探讨了煤的孔体积，孔比表面积及与孔类型的关系，及其对煤吸附能力的影响，即煤对CH4的吸附能力与总孔体积，总孔比表面积，微孔比表面积呈正相关。     

煤储层纳米孔隙结构及其瓦斯扩散特征

研究煤复杂发育的孔隙结构对揭示煤层气体赋存机理及扩散运移规律有重要意义.为了研究煤的纳米孔隙结构,利用SEM、液氮吸附、小角X射线研究了不同煤阶煤的纳米孔隙在形式和分布上的非均匀性.实验煤样煤基质中的孔呈多峰分布,且孔径范围主要集中在2~10 nm.煤样低温液氮吸附实验测得煤样的吸附量为3.676 cm3/g,煤样的比表面积为1.416 m2/g.以最可几孔径作为研究对象,在实验压力范围内,吸附压力越大,最可几孔径变大的越多;瓦斯气体在纳米级孔隙结构中的扩散模式以过渡型扩散为主,微孔更发达的煤样中,扩散更接近Knudsen型扩散,中孔更发达的煤样中,扩散更接近Fick型扩散;Knudsen数与温度呈负相关关系,温度高于250 K后,Knudsen数趋于稳定,与压强呈正相关关系,压强越大,扩散越容易.      

贵州珠藏向斜无烟煤孔隙结构特征及其对吸附性的影响

通过压汞、液氮吸附实验对贵州珠藏向斜无烟煤孔隙结构特征进行研究,根据实验结果分析孔隙结构特征,并结合等温吸附试验,探讨了煤孔隙结构特征对其吸附性的影响。结果表明:珠藏向斜无烟煤主要以微孔、小孔为主,比表面积主要由微孔控制;“孔隙遮挡效应理论”能够很好地解释低退汞效率、高滞后环现象;由于测试原理不同,液氮、压汞实验结果有较大差异;研究区Langmuir体积平均为36.70 m3/t,Langmuir压力平均为3.23 MPa,Langmuir体积、Langmuir压力与微孔比表面积、退汞效率均呈现正相关;另外,Langmuir压力受微孔结构影响较大,特别是封闭孔的含量,封闭孔越多,Langmuir压力越高。      

构造煤纳米级孔隙特征及其对含气性的影响

煤孔隙对储层含气性具有重要影响,构造煤储层尤甚。采集淮南煤田潘一矿13号煤层中4种煤体结构的煤样进行低温液氮实验,运用最小二乘法原理并采用FHH分形模型,系统地分析了煤储层纳米级（1.7~20nm）孔隙结构特征及其与分形维数之间的关系。结果表明:煤体破坏程度增强致使BJH孔容和BET比表面积增大,过渡孔与微孔含量增加;构造煤中毛细凝聚开始发生在2~3 nm并随着相对压力的增大而逐渐增强;对气体吸附做主要贡献的是孔径为5nm的孔隙,糜棱煤中此类孔隙最多致使含气性最好;研究区内除原生结构煤外,其他煤储层纳米级孔隙分形维数均大于2.6,平均孔径与分形维数呈明显负相关且相关性系数在0.9以上,表明此类孔隙具有明显的分形特征,孔隙结构复杂程度较高。综合孔隙特征表明:构造煤中孔隙结构越复杂且5nm附近吸附孔隙含量越高,含气性越强。      

豫西地区山西组—太原组页岩孔隙结构及其影响因素——以ZXY1井为例

页岩孔隙结构是储层评价的关键,对页岩气的勘探、开发以及页岩储层改造等都具有十分重要的意义。本文以ZXY1井太原组—山西组页岩为例,利用低温氮吸—脱附实验、X衍射、扫描电镜等实验手段研究页岩孔隙结构及其影响因素。结果表明,太原组—山西组页岩孔隙复杂,发育有机孔、微裂缝和多种无机孔;孔隙孔径主要为2~50 nm,以介孔为主,其次为微孔;孔容和比表面几乎全部由微孔和介孔提供。有机质、黏土矿物及其组合对孔隙结构影响分析表明,孔容与TOC含量、孔容与黏土矿物含量、比表面积与TOC含量、比表面积与黏土矿物含量均具有较为显著的正线性相关关系;TOC含量和黏土矿物含量数值乘积与孔容、比表面积表现为非常显著的正线性相关关系;TOC含量和黏土矿物含量双参数回归孔容与比表面积,相关系数高,误差较小。综合分析认为,有机质和黏土矿物对孔隙结构的影响并非简单正线性相关关系,而是复杂的正向关系。     

华北南部构造煤纳米级孔隙结构演化特征及作用机理

构造煤是在构造应力作用下,煤体发生变形或破坏的一类煤,在世界主要产煤国家皆有分布。构造变形不同程度的改变着煤的大分子结构和化学成分,而且也影响到构造煤的纳米级孔隙结构(<10 0 nm ) ,它是煤层气的主要吸附空间。通过构造煤显微组分和镜质组油浸最大反射率的测定,采用液氮吸附法对不同变质变形环境、不同变形系列构造煤的纳米级孔隙分类、孔隙结构特征进行了深入系统的研究,并结合高分辨透射电子显微镜和X射线衍射对大分子结构和孔隙结构的分析,结果表明:不同类型构造煤纳米级孔径结构自然分类,可将孔径结构划分为过渡孔(15～10 0 nm )、微孔(5～15 nm )、亚微孔(2 .5～5 nm )和极微孔(<2 .5 nm ) 4类。低煤级变形变质环境中随着构造变形的增强,不同类型构造煤过渡孔孔容明显降低,微孔及其下孔径段孔容明显增多,可见亚微孔和极微孔,过渡孔的比表面积大幅度降低,而亚微孔的却增加得较快。从脆韧性变形煤至韧性变形煤,总孔体积、累积比表面积、N2 吸附量随着构造变形的增强,这些结构参数均迅速增加,但中值半径进一步下降。非均质结构煤孔隙参数与弱脆性变形煤相当。中、高煤级变形变质环境形成的各种类型构造煤与低煤级变质变形环境相比,孔隙参数的变化基本一致。但不同类型构造煤的变化又有所区别     

Adsorption Mechanism and Kinetic Characterization of Bituminous Coal under High Temperatures and Pressures in the Linxing‐Shenfu Area

The majority of coalbed methane(CBM) in coal reservoirs is in adsorption states in coal matrix pores. To reveal the adsorption behavior of bituminous coal under high-temperature and high-pressure conditions and to discuss the microscopic control mechanism affecting the adsorption characteristics, isothermal adsorption experiments under hightemperature and high-pressure conditions, low-temperature liquid nitrogen adsorption-desorption experiments and CO2 adsorption experiments were performed on coal samples. Results show that the adsorption capacity of coal is comprehensively controlled by the maximum vitrinite reflectance(Ro, max), as well as temperature and pressure conditions. As the vitrinite reflectance increases, the adsorption capacity of coal increases. At low pressures, the pressure has a significant effect on the positive effect of adsorption, but the effect of temperature is relatively weak. As the pressure increases, the effect of temperature on the negative effect of adsorption gradually becomes apparent, and the influence of pressure gradually decreases. Considering pore volumes of pores with diameters of 1.7-100 nm, the peak volume of pores with diameters 10-100 nm is higher than that from pores with diameters 1.7-10 nm, especially for pores with diameters of 40-60 nm, indicating that pores with diameters of 10-100 nm are the main contributors to the pore volume. The pore specific surface area shows multiple peaks, and the peak value appears for pore diameters of 2-3 nm, indicating that this pore diameter is the main contributor to the specific surface area. For pore diameters of 0.489-1.083 nm, the pore size distribution is bimodal, with peak values at 0.56-0.62 nm and 0.82-0.88 nm. The adsorption capability of the coal reservoir depends on the development degree of the supermicroporous specific surface area, because the supermicroporous pores are the main contributors to the specific pore area. Additionally, the adsorption space increases as the adsorption equilibrium pressure increases. Under the same pressure, as the maximum vitrinite reflectance increases, the adsorption space increases. In addition, the cumulative reduction in the surface free energy increases as the maximum vitrinite reflectance increases. Furthermore, as the pressure increases, the surface free energy of each pressure point gradually decreases, indicating that as the pressure increases, it is increasingly difficult to adsorb methane molecules.     

桂中坳陷环江凹陷上古生界海相页岩储层孔隙结构和分形特征研究

通过有机地化分析、全岩X衍射矿物分析、甲烷等温吸附及低压氮气吸附实验,本文对桂中坳陷环江凹陷上古生界页岩样品的孔隙结构及分形特征进行了研究.结果表明:研究区页岩总有机碳含量(TOC)平均为2.40%,热成熟度(Ro)平均为2.65%,处于过成熟演化阶段.页岩主要的矿物组成为石英和黏土.页岩的比表面积平均为5.86 m2/g,孔容平均为0.014 9 mL/g,平均孔径为11.2 nm.页岩中发育大量的中孔,主要呈两端开口的圆筒形孔或四边开放的平行板状孔.页岩中TOC含量和石英含量越多,微-中孔越发育、比表面积和孔容越大,而平均孔径则变小.通过Frenkel-Halsey-Hill (FHH)模型和氮气吸附实验数据计算得到孔隙表面分形维数D1(平均为2.428 4)和孔隙结构分形维数D2(平均为2.622 2),对应的相对压力(P/P0)分别是0~ 0.45和0.45 ~ 0.99.分形维数D1、D2随着比表面积、孔容的增加而增加,而平均孔径随着前者的增加而减小.分形维数D1、D2、TOC含量、石英含量和甲烷吸附量之间呈现较好的正相关性,但随着黏土矿物含量的增多而减小.分形维数D1与Langmuir压力存在弱负相关性,分形维数D2随Langmuir压力增大有变大的趋势.桂中坳陷西北部页岩分形维数越大,孔隙结构越复杂,其对天然气的吸附和存储能力越强.