脉冲超声波激励对煤的孔隙全尺度改造效应

为深入研究脉冲超声波激励对煤体孔隙结构的改造效应,利用含瓦斯煤体超声波激励实验系统,开展超声波功率800和1 000 W持续、交互脉冲下煤的超声波激励实验,综合低压CO2吸附、低温N2吸附和高压压汞等实验,研究煤的大孔(>50 nm)、介孔(2～50 nm)、微孔(<2 nm)全孔径段的孔隙参数演化规律。实验结果表明：脉冲超声波对煤的孔隙具有扩孔效应,煤的孔容占比以微孔和大孔为主,介孔占比最小,煤中各孔径段比表面积大小为：微孔>介孔>大孔;与未超声、持续超声激励煤样相比,脉冲超声波激励煤的各孔径段孔容和比表面积均有所提高;随脉冲次数增加,煤的孔容增幅和比表面积增幅呈正线性增大,其中大孔的孔容和比表面积增幅较为显著。脉冲超声波激励煤样形成水锤压力阶段和滞止压力阶段的持续转换,增加了煤的孔隙结构损伤程度。研发脉冲超声波发射器结合水力化技术,可提高煤的孔隙发育程度,增加煤体渗透性,提高瓦斯抽采效率。     

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。      

中梁山矿区煤的孔隙特征及其对吸附性的影响

为了研究中梁山矿区煤的孔隙性、吸附性特征,选取8组煤样分别进行煤镜质组反射率测试、压汞实验和高压等温吸附实验分析。研究表明：（1）大孔和微孔对煤总孔容的控制明显,过渡孔和中孔影响小,微孔对煤比表面积的贡献最大;（2）煤中孔隙以开放孔为主,并具有相当数量的半封闭孔,孔隙连通性总体较好;（3）在中低煤级阶段,一般煤的孔隙度、孔容和比表面积均随变质程度的增大而减小;（4）煤的最大吸附量与总孔容、总比表面积呈正相关性。     

构造煤与原生结构煤的孔隙结构及吸附性差异

基于晋城和焦作煤样的吸附实验,对比分析了构造煤与原生结构煤的孔隙结构、吸附能力差异及其影响因素。结果表明,与原生结构煤相比,构造煤低温液氮吸附两阶段的拐点相对提前,中值孔径显著偏小,总孔容、微孔-中孔范围内各孔径段孔容以及相应的孔比表面积均要大几到十几倍。构造煤平均孔容具有微孔≈小孔>中孔的特点,原生结构煤却呈中孔>小孔≈微孔的规律,但两类煤体分段孔比表面积比例却不存在实质性差别。同时,构造煤吸附能力显著强于相同煤级的原生结构煤,原因在于构造煤的吸附孔孔容及相应的孔比表面积显著较高。此外,构造动力对煤孔隙结构乃至煤吸附性的改造可能涉及与煤大分子结构相关的微孔层次,有关现象和机理值得进一步深入探讨。     

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。      

水浸干燥后煤的孔隙结构及瓦斯吸附特性变化规律

在富含水煤系或水力措施后的煤层中,受水溶液的浸泡,煤的孔隙结构及吸附特性发生改变,为了深入研究其变化规律,在实验室利用蒸馏水对2种不同变质程度煤样进行了长时间（60 d）浸泡,采用低温N₂吸附实验和CO₂吸附实验测试水浸前后煤样的孔隙结构变化规律,采用高压容量法测试水浸前后煤样的瓦斯吸附特性。结果表明,水浸干燥后煤体孔容和比表面积总体呈降低趋势。其中,低温N₂吸附实验结果表明,煤体中大中孔的比表面积最高可降低48.9%;CO₂吸附实验结果表明,水浸干燥后2种煤样的微孔孔容和比表面积也呈不同程度的降低趋势。将水浸煤样孔隙结构变化分为3个阶段,即矿物质溶出“增孔”阶段、煤基质局部膨胀变形“缩孔”阶段和煤基质整体溶胀变形“扩孔”阶段。此外,水浸干燥后煤对瓦斯的吸附能力下降,主要是由于水浸促使煤体产生膨胀变形,且导致微孔隙相互连通,从而降低了煤体微孔孔容和比表面积,降低瓦斯吸附能力。研究成果对进一步掌握富含水煤系或水力化措施后煤层的瓦斯抽采具有指导意义。      

延川南区块高阶煤孔隙结构研究

为探讨延川南区块内煤层的微观孔隙结构,认识煤层气的储集和运移机理,采用低温氮吸附法对区块内的高阶煤样进行比表面积、孔容及孔径分布测试.结果显示:煤的孔隙度普遍较小,孔隙度差别较大;孔径以中孔和大孔为主,含有少量微孔,孔径主要集中在10nm-300nm.通过进一步分析样品在吸附和脱附过程中产生的滞后环,发现区块内煤的孔隙形态比较复杂,以墨水瓶状孔和平行板状孔为主,并含有少量的一端封闭的圆柱孔、平行板孔及锥形孔.     

中高阶煤储层吸附孔孔隙结构特征对比分析

为对比分析中国西南主要煤层气产区—黔西-滇东地区不同煤储层孔隙结构特征,基于低温液氮测试(LPN_2GA)和CO_2吸附测试(LPN_2GA)对区域内的19件中高阶样品吸附孔(100nm)孔隙结构特征进行综合分析,同时,利用分形理论对纳米孔(2～100nm)孔隙进行分形研究。结果表明,中煤级煤储层(土城矿区)纳米孔孔隙以半封闭孔为主,孔隙连通性较差。高煤级(老厂矿区)纳米孔趋于复杂,以墨水瓶孔和开放孔为主。纳米孔孔容和孔比表面积分布分别呈多峰态和单峰态,孔容峰位(10～100nm)和比表面积峰位(2～10nm)随煤级升高分别向大孔径和小孔径孔隙转变。微孔范围内(0. 47～1. 50nm)总比表面(CO_2-TSS)与总孔容(CO_2-TPV)表现为线性正相关,且CO_2-SSA提供了煤储层绝大比例的总表面积( 99%)。中煤阶储层以"三峰态"为主(峰1,0. 48～0. 53nm;峰2,0. 60～0. 67nm;峰3,0. 80～0. 84nm)。随煤级增加,微孔优势孔径逐渐减小,0. 62nm孔隙孔容/比表面积百分比逐渐增加,使其高煤阶储层表现为"双峰态"。2～100nm纳米孔范围内,D_(v1)主要与2～10nm阶段孔隙TPV有关,可用以表征该范围孔隙体积非均质性。相较于D_(v1),D_(v2)与孔隙结构参数无明显线性关系,其主要受煤变质程度作用影响。     

阳泉新景矿高煤级煤的孔隙结构分形特征

分形理论是宏观上定量评价储层非均质性的有效手段。以阳泉新景矿高煤级煤样品压汞数据为基础,建立分形几何模型,定量描述了孔隙结构。实验结果表明:样品孔隙以纳米孔为主,孔径、比表面积及孔容也集中分布在纳米孔段。煤样孔径65 nm以上的孔隙具有显著的分形特征,分维值分布范围为2.89~2.99,体积增量呈现阶段式的变化,孔隙结构复杂;孔径65 nm以下孔隙几乎无分形特征,比表面积增量与孔径在对数坐标中呈线性关系;基于分形特征及分子运动规律,将储层孔隙以孔径65 nm为界划分为扩散孔和渗透孔2个大类6个小类。分维值与体积孔隙中值半径、总孔隙体积呈负相关,与孔径65 nm以上的孔隙体积、比表面积呈正相关,与孔隙度无相关性。分形分维值对储层结构具有较全面的表征能力,可以作为综合指标在煤储层孔隙研究中加以应用。      

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     

利用FE-SEM、HIP、N2吸附实验表征生物气化煤系有机岩储层微观孔隙结构演化

微生物降解前后的煤系有机岩（煤岩和泥页岩）储层微观孔隙结构的变化对生物成气和成藏过程具有重要的意义.利用场发射扫描电子显微镜、高压压汞仪、孔比表面积孔隙度分析仪以及分形维数理论对厌氧微生物降解前后的煤系有机岩样品储层孔隙结构演化进行分析,根据孔隙结构特征并结合微生物生态学特征,将生物气化煤系有机岩的孔隙结构类型分为3类,即孔隙直径大于5 μm的微米孔,孔隙直径介于5 μm~100 nm的微纳孔,以及孔隙直径小于100 nm大于2 nm的纳米孔.微生物作用后的煤岩与泥页岩的微米孔孔容增加,微纳孔和纳米孔孔容减小,孔隙比表面积降低,平均孔隙直径增大.分形维数对比结果表明受微生物作用的煤岩与泥页岩样品的面分形维数（D₁）和孔隙结构分形维数（D₂）均降低,微生物作用使得有机岩孔隙表面变的光滑,孔隙结构变得简单,有利于游离气的运移和富集.      

利用SAXS表征不同变质程度煤纳米孔隙特征

文章通过小角X 射线散射（SAXS） 的方法研究了自然演化系列不同煤级煤的纳米孔隙结构和分布特征。结果表明, 随着煤级的增高,孔隙表面分形呈多阶段变化： Ro＜0.89%,壳质组开始逐渐液化,发育大量孔隙,分形维数不断增大; Ro 为0.9%~1.5%,因挥发分生油充填孔隙和原油沥青的芳构化等作用,而使微孔表面平整光滑,分形维数减小;Ro 为1.5% ~3.5%,镜质组裂解生气发育了大量纳米孔隙,分形维数再次增大;随后逐渐石墨化,表面分形再次降低。煤中纳米级孔 隙主要集中在50~100 nm 范围内。其中细介孔（2~10 nm） 体积百分比占0.21%~3.12%,中介孔（10~25 nm） 体积百分比占 5.06%~11.28%,粗介孔（25~50 nm） 体积百分比占21.06%~26.36%,大孔（50~100 nm） 所占体积百分比最大,高达 64.63%~68.36%。随着煤级升高,煤样的最可几孔径不断减小,最可几孔径由80 nm 减小到10 nm,减小的速度由缓到快; 中介孔和细介孔体积百分比不断增大,与成熟度分别呈对数和线性关系;粗介孔和大孔百分比不断减少,与成熟度呈对数 关系。最可几孔径变化也十分明显,在低煤化烟煤阶段时,随煤化程度增高最可几孔径略有下降（峰值处的孔径范围在 75~71 nm 内）,中高煤化烟煤阶段时,随煤化程度的增高最可几孔径呈较明显的下降趋势（峰值处的孔径范围在78~53 nm 内）,到无烟煤阶段时,其孔径则快速下降（峰值处的孔径范围在72~9 nm）。     

渝东南下志留统龙马溪组页岩岩相特征及其对孔隙结构的控制

目前对优势页岩岩相的划分尚缺乏明确的标准.另外,合理连接不同孔隙测试方法的结果,实现页岩的全孔径孔隙结构定量化表征,成为现阶段亟待解决的关键问题.基于页岩的有机质丰度和矿物组分建立了岩相划分方案,查明了渝东南下志留统龙马溪组页岩发育硅质页岩、混合质页岩和粘土质页岩3类,根据有机质丰度将每类页岩细分为富、含和贫有机质等共计9种岩相,在此基础上开展了低压N₂吸附和高压压汞实验.研究区龙马溪组中富有机质页岩孔径呈现多峰分布特征,主要孔径峰值位于2~3nm、70~90nm和200~300nm,页岩的孔体积主要来源于中孔（2~0nm）和宏孔（>0nm）,比表面积主要来自中孔和微孔（ < 2nm）;对于孔体积贡献,微孔最高可占12%,中孔占3%,宏孔占2%.对于孔面积贡献,微孔最高占47%,中孔占7%,宏孔占11%.随着粘土矿物含量升高,在200~400nm范围内孔体积显著升高.中孔和宏孔贡献了超过90%的孔体积,微孔和中孔贡献了超过90%的比表面积.富有机质硅质页岩微孔比例高,对比表面积贡献高,孔体积和比表面积最大,有利于页岩气富集,是最有利的页岩岩相.      

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。     

陆相页岩微观孔隙结构特征及对甲烷吸附性能的影响

页岩的微观孔隙结构对其甲烷吸附性能及页岩油气潜力具有重要影响,前人研究主要集中在海相页岩。该文以四川 盆地川西坳陷上三叠统须家河组五段为例,开展了陆相页岩的探索研究。首先通过低温氮气吸附实验对页岩样品的微观孔 隙结构特征进行了研究,计算了页岩的比表面积、孔径分布、孔体积和平均孔径等孔隙结构参数;然后通过高压甲烷等温 吸附实验,研究了页岩样品的甲烷吸附特征;最后探讨了页岩微观孔隙结构特征对甲烷吸附性能的影响。结果表明,须五 段页岩平均孔径为7.81~9.49 nm,主体孔隙为中孔,也含有一定量的微孔和大孔,孔隙形状以平行板状孔为主,含有少量 墨水瓶形孔。页岩比表面积高出常规储层岩石许多,有利于气体在页岩表面吸附存储,孔径在2~50 nm的中孔提供了主要 的孔体积,构成了页岩中气体赋存的主要空间。在85℃条件下,页岩甲烷吸附的兰氏体积为1.21~4.99 m3/t,不同页岩样品 之间的吸附性能差异明显。页岩的兰氏体积与比表面积之间呈现良好的正相关关系,比表面积与黏土矿物含量呈正相关, 而与总有机碳含量关系不明显。页岩的兰氏体积与微孔和中孔体积之间都具有良好的正相关关系,微孔体积和中孔体积与 总有机碳含量之间存在一定的正相关关系,但是正相关性的程度没有微孔体积和中孔体积与黏土矿物含量之间的关系强 烈。陆相页岩有机质热演化程度相对较低,因此有机孔发育有限：但另一方面同时黏土矿物含量较高,所以其内部发育大 量微孔和中孔,从而构成可观的比表面,影响甲烷吸附能力。     

不同煤级煤层气吸附扩散系数分析

应用扩散理论模型模拟吸附扩散过程,根据四种煤级煤样的平衡水和注水等温吸附实验数据计算吸附扩散系数,研究吸附扩散的规律。研究表明：煤的孔隙结构是影响煤吸附扩散过程的主要因素。液态水对煤的润湿性随煤级增高而降低,对吸附扩散过程的影响逐渐减小,大孔和中孔发育的煤扩散速率较快,扩散系数高,过渡孔和微孔发育的煤相对扩散速率较慢,扩散系数低。     

柴北缘盆地YQ-1井中侏罗统石门沟组泥页岩纳米孔隙特征及影响因素

柴达木北缘(柴北缘)盆地侏罗纪是典型的陆相湖沼盆地,是目前具有页岩气潜力的盆地之一。本文运用氮气吸附、有机碳含量、有机质成熟度、全岩X衍射分析等方法,对柴北缘鱼卡地区YQ - 1井中侏罗统石门沟组泥页岩的纳米孔隙特征及控制因素进行研究。结果表明,石门沟组泥页岩纳米孔隙结构复杂,根据吸附回线及孔径分布特征可划分为两类,第一类以一端不透气性孔和开放性平行板状狭缝孔为主,孔径主要集中在3～5 nm范围内,呈单峰状分布;第二类则以一端不透气性孔和开放性倾斜板狭缝孔为主,孔径主要分布在3～5 nm和8～14 nm范围内,呈双峰状分布。孔径小于50 nm的微孔和介孔是比表面积和孔体积的主要贡献者;黏土矿物含量与微孔、介孔、总孔体积呈正相关;在较低的成熟度制约下,泥页岩有机质孔隙基本不发育,有机质丰度较高的石门沟组上段H9泥页岩TOC含量与微孔、介孔、总孔体积呈负相关性,有机质丰度较差的下段H8泥页岩TOC含量与孔体积相关性则不甚明显;孔隙结构及孔径分布受沉积环境水动力条件影响;黏土矿物是石门沟组泥页岩纳米孔隙的主要提供者,是孔隙发育的主控因素,TOC含量与沉积环境也会对泥页岩孔隙发育产生一定影响。