中阶构造煤等温吸附/解吸特征及机理

选择四个不同变形程度的中阶煤样品作为研究对象,通过开展煤样的等温CH4吸附/解吸实验、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)测试分析,研究了构造煤等温吸附/解吸性随煤变形程度的演化特征及其地球化学机理.结果表明,构造煤等温CH4吸附和解吸曲线随压力升高均呈现先快速增大后逐渐稳定的变化趋势,符合I型等温线...     

我国煤储层煤层气解吸特征

通过大量煤层气勘探井试验测试,对我国各时代不同煤级煤在储层温度和常压条件下气体解吸试验结果进行了系统研究,分析了解吸过程中气体析出的变化规律及煤层气解吸参数的变化态势,探讨了我国煤层气解吸特征的变化,为煤层气采收率研究提供理论依据。     

新疆地区侏罗系中低变质煤储层吸附特征及煤层气资源前景

利用高压吸附仪对新疆主要沉积盆地侏罗系煤储层的甲烷吸附能力进行了测试。测试结果表明中低变质煤的吸附能力普遍较低 ,且吸附能力随煤镜质组反射率值的增加而增加 ,随煤中水分的增加而减小 ,其原因与煤的微孔特征有关。根据煤储层的吸附兰氏体积 ,新疆侏罗系煤储层可分为 4类区 ,并认为新疆具有煤层气资源前景的地区分布在煤的吸附兰氏体积大于 12m3 /t的第三类区及第四类区     

不同变质变形煤储层孔隙特征与煤层气可采性

煤储层孔隙是煤层气的主要聚集场所和运移通道,煤储层孔隙结构不仅制约着煤层气的含气量,而且对其可采性也有重要影响。文中选取淮北煤田和沁水盆地不同矿区有代表性的煤样,通过对研究区不同变质与变形煤样的宏微观构造观测、镜质组反射率与孔隙度测试以及压汞实验分析,研究了不同变质变形煤储层孔隙结构特征及其对煤层气可采性的制约。研究结果表明,按照不同的变质变形特征将研究区煤储层主要划分为5类,即:高变质较强至强变形程度煤储层(Ⅰ类)、高变质较弱变形程度煤储层(Ⅱ类)、中变质较强变形程度煤储层(Ⅲ类)、中变质较弱变形程度煤储层(Ⅳ类)及低变质强变形程度煤储层(Ⅴ类)。不同变质变形煤储层的孔隙结构具有以下特征:Ⅰ类和Ⅱ类煤储层吸附孔占主导,Ⅰ类煤储层孔隙连通性差,Ⅱ类煤储层因后期叠加了构造裂隙,孔隙连通性变好;Ⅲ类煤储层中孔、大孔增多,但有效孔隙少,孔隙连通性变差;Ⅳ类煤储层吸附孔较多,中孔、大孔中等,且煤储层内生裂隙发育,孔隙具有较好的连通性,渗透性明显变好;Ⅴ类煤储层吸附孔含量较低,中孔较发育,大孔不太发育,有效孔隙少,孔隙连通性差。由此,变质程度高且叠加了一定构造变形的煤储层(Ⅱ类)以及中等变质程度变形较弱且内生裂隙发育的煤储层(Ⅳ类),其煤层气有较好的渗透性,可采性较好。     

煤岩类型对煤储层吸附/解吸特征影响及实践意义

宏观煤岩类型差异是影响煤层气吸附/解吸特征及煤层气井产能的重要因素之一。针对保德区块BX-2井8+9号煤4种不同宏观煤岩类型样品,开展工业分析、显微组分、润湿性及等温吸附/解吸实验研究,探讨了煤岩类型对煤层气吸附/解吸特征的影响及其机制。结果表明:暗淡煤、半暗煤、半亮煤和光亮煤的镜质组含量逐渐增大,水分和灰分含量逐渐降低,亲水性逐渐减弱,Langmuir体积逐渐增大;光亮煤和半亮煤具有更强的吸附能力,同时具有更高的启动压力、转折压力和敏感压力,解吸过程中对应的有效阶段区间宽度更大,更有利于煤层气开发。宏观煤岩类型对吸附/解吸特征的影响机制主要体现在不同煤岩类型煤组分和润湿性的差异。基于宏观煤岩类型分层厚度占比参数,对BX-2井解吸特征参数进行了加权平均计算,并将该井煤层气解吸阶段划分为缓慢解吸、快速解吸和敏感解吸3个阶段,将排采阶段划分为排水降压、不稳定产气、稳定产气和产气衰减4个阶段。排水降压阶段应控制排水速度,减少应力敏感效应对渗透性的伤害;不稳定产气阶段应适当控制套压,尽量扩大解吸半径;稳定产气和产气衰减阶段应适当增大生产压差,利用解吸效率高的优势延长产气高峰期和稳产期。      

煤的变形产气机理探讨

对煤在不同变形机制作用下的化学结构变化与产气等方面的研究成果进行了调研分析,对比总结了国内外有关煤的高温高压实验,提出了一些新的认识和研究方向。①研究表明,不同的变形作用,如脆性变形和韧性变形对煤分子的结构演化趋势和影响机理明显不同;②在煤的高温高压实验方面,许多实验过程都发现了气体的产生,但因实验设计温度过高,超过实验煤的热解甚至裂解温度,因此造成对产气机理的多解性,即气体是煤热解甚至高温裂解产生的,还是由于煤发生变形作用产生的,或者两者均有贡献。利用次高温高压实验探讨变形作用能否促使气体的产生是可行的。综合前人的研究成果认为,煤在构造应力作用下发生变形时能够产生气体,这可能是超量煤层气的来源之一。同时,产出的超量煤层气的赋存状态可能并非仅仅是传统观念的物理吸附,而可能是以低键能的化学键形式存在于煤体结构中。     

煤的变形产气机理探讨

对煤在不同变形机制作用下的化学结构变化与产气等方面的研究成果进行了调研分析,对比总结了国内外有关煤的高温高压实验,提出了一些新的认识和研究方向。①研究表明,不同的变形作用,如脆性变形和韧性变形对煤分子的结构演化趋势和影响机理明显不同;②在煤的高温高压实验方面,许多实验过程都发现了气体的产生,但因实验设计温度过高,超过实验煤的热解甚至裂解温度,因此造成对产气机理的多解性,即气体是煤热解甚至高温裂解产生的,还是由于煤发生变形作用产生的,或者两者均有贡献。利用次高温高压实验探讨变形作用能否促使气体的产生是可行的。综合前人的研究成果认为,煤在构造应力作用下发生变形时能够产生气体,这可能是超量煤层气的来源之一。同时,产出的超量煤层气的赋存状态可能并非仅仅是传统观念的物理吸附,而可能是以低键能的化学键形式存在于煤体结构中。     

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。     

辽宁省新宾县徐家堡子韧性变形变质带的特征及变形变质作用

徐家堡子地区以黑云英云闪长质片麻岩（２．４７Ｇａ）为围岩的上壳岩（＞２．９８Ｇａ）包体中,发育几条近东西走向的韧性变形变质带（２．７Ｇａ）。研究表明,该韧性变形变质带在平面和剖面上均呈舒缓波状,发育糜棱叶理、矿物线理和Ｓ－Ｃ组构。带内的糜棱片麻岩矿物成分复杂且多世代矿物共存。变形前以石榴石、黑云母、斜长石和石英矿物组合为代表,形成温度为５００～５２０℃,压力为０．４ＧＰａ;韧性变形同期以夕线石、石榴石、石墨、黑云母、斜长石和石英矿物组合为代表,形成温度为６３０～７００℃,压力０．５８～０．７２ＧＰａ;变形期后以十字石、石榴石、斜长石和石英矿物组合为代表,形成温度为５８６℃。形成了一条顺时针演化的ｐＴｔ轨迹。这种复杂的糜棱片麻岩是多期变形变质作用叠加的结果。     

高、低阶煤润湿性对甲烷吸附/解吸的影响

为研究不同煤阶煤体润湿性对煤层气吸附/解吸的影响,采集寺河煤矿3号煤与大佛寺煤矿4号煤样品进行接触角测量及吸附/解吸实验,通过热力学计算分析等量吸附热特征。结果表明,大佛寺4号煤水润湿性远好于寺河3号煤,原因在于大佛寺4号煤为低变质长焰煤,其所含羧基、羟基等含氧官能团数量较多,同时具有物质组分亲水性好及孔裂隙较发育的优势。煤体润湿性影响煤自身含水率大小,间接影响煤层气吸附/解吸特征。大佛寺4号煤与寺河3号煤润湿性、含水率、解吸率及采收率间关系复杂,受临界含水量制约,存在温度临界点。等量吸附热对比发现煤体亲水性不利于煤层气的吸附。煤层气吸附放热远小于解吸吸热,存在解吸滞后,且解吸滞后程度随着吸附/解吸量增加而逐渐减弱,低阶煤的减弱趋势更加明显。     

远红外作用下不同含水率煤体吸附/解吸能量变化规律

煤体对气体进行吸附/解吸过程的本质是气体分子和煤基质表面分子或原子相互作用的过程,而发生相互作用的本质是能量变化,为了深入研究远红外作用下煤层气吸附/解吸过程及能量变化规律,利用自主研制装置进行远红外作用下不同含水率煤样对CO₂的吸附/解吸实验,然后利用远红外热辐射原理所得的吸附/解吸能量公式对实验结果进行计算,得到不同含水率煤体吸附/解吸过程能量变化规律。结果表明：在远红外作用下,解吸率虽然随含水率增大呈下降趋势,但是下降幅度明显减小,远红外作用可以降低水分对煤层气吸附/解吸能力的影响;远红外作用下不同含水率煤体对气体吸附/解吸过程是一个物理变化,从能量角度可以解释该过程,其变化规律与等温吸附/解吸过程相吻合。研究结果丰富了煤层气增产技术理论。     

煤的等温吸附实验中各因素影响分析

为完善煤的等温吸附实验方法,本文系统研究了粒度、压力、温度、平衡时间等对不同变质程度煤吸附性能的影响;分析了各因素对等温吸附实验结果的影响原因;确定了实验的最佳条件,并以此为依据建立了煤的等温吸附实验方法的主要技术参数。     

鄂尔多斯盆地煤储层低温氮等温吸附特征分析

利用美国Micromritcs ASAP 2000自动等温吸附仪,测试了鄂尔多斯盆地煤储层孔隙特征。在测试数据分析的基础上,确定了等温吸附和脱附曲线3种类型:第1类属孔结构是具有平行权构成的狭缝毛细孔型;第2类为发育一端尖灭的不平行的裂隙型;第3类属“墨水瓶”型孔。总结了鄂尔多斯盆地煤储层几种常见的比表面积分布曲线及累计孔体积分布曲线模型。     

超临界状态下煤岩吸附/解吸二氧化碳的实验

查明超临界状态下煤岩对CO₂的吸附/解吸特征,能为煤层气开采现场注CO₂的注入参数选取提供理论依据。以山西屯留矿的瘦煤和寺河矿的无烟煤为研究对象,借助ISO-300型等温吸附实验仪分别进行了不同温度(35℃、45℃、55℃)、最高压力达到CO₂临界压力以上时的吸附/解吸实验。结果表明：超临界状态下,随着压力升高,容量法测得的吸附量存在最大值,不代表煤样的绝对吸附量,而是Gibbs吸附量;根据煤岩在高压下吸附CO₂的本质,计算出超临界状态下煤岩吸附/解吸CO₂的真实量。超临界状态下煤岩吸附CO₂的真实量与压力之间符合langmuir吸附曲线,随着吸附压力的升高,Gibbs吸附量与绝对吸附量之间的差值越来越大;随着温度的升高,煤样的饱和吸附量降低;同样条件下,高变质程度的无烟煤对CO₂的饱和吸附量大于瘦煤;超临界状态下煤样对CO₂的绝对吸附等温线和绝对解吸等温线是可逆的。     

煤基质中甲烷扩散动力学特性研究

甲烷在煤基质中的质量传递过程可用费克第一定律或费克第二定律来模拟。本文通过等温吸附-解吸实验的动力学数据,以费克第二定律为理论基础,对煤基质球形单元模型建立了试验求取扩散特性的方法。晋城煤样等温吸附及解吸实验的数据处理结果表明,吸附-解吸速率均随压力及煤样气含量的增加而增加;吸附速率与解吸速率随压力的变化曲线基本相同。     

无烟煤对甲烷等温吸附解吸特性实验研究

研究空气干燥基无烟煤对甲烷(CH4)的等温吸附/解吸特性,发现其对甲烷的解吸残余率达56%。为了对其进行深入探讨,特设计了原煤样的炭化和活化实验,扩大了原料的比表面积,进而在等温条件下研究了两个改性样品对甲烷的吸附/解吸特性。对比发现,比表面积的增大能显著增加样品对甲烷的吸附总量,但对解吸残余率没有明显的影响。考虑到影响甲烷吸附/解吸的因素,又在等温条件下对主控因素——水分作了平行实验,结果显示,水分对活化样解吸残余率有明显影响。     

Experimental research on adsorption/desorption for petroleum pollutants in the soil in Daqing oilfield

The Daqing oilfield is one of the biggest oilfields in the world. It has been exploited for several decades, which brings serious pollution to local natural environment. The crude oil on ground which is produced in the process of oil production contains various organic pollutants. The petroleum pollutants tend to adsorb, desorb, biodegrade and photolyze and so on in the soil, but adsorption/desorption is a pair of extremely important environment geochemistry behavior. In order to master the rule of petroleum pollutants migration and transformation in the soil environment, and provide scientific evidence for the prevent research project on petroleum pollution treatment in the Daqing oilfield, the chemozem was selected as the experimental sample, which is a kind of representative soil in the Daqing oilfield. The factors affecting adsorbent and desorption＇s characteristics were discussed, including pH of the soil, the concentrations of suspended particulates and temperature. The oscillation-equity was used in the experiment. The mechanism and dynamics process of the adsorption/desorption were researched. The results showed that adsorbing of the petroleum pollutants on the chemozem sediment is a kind of physical adsorption phenomenon. The adsorption function comes from the hydrophobic and sticky character of the petroleum its self. The velocity of adsorption and desorption is almost equivalent, both concentrations of water in the soil are close to the balance in two hours, thus they achieve homeostasis in three hours. The process of adsorption of the petroleum pollutants responses to Herry isothermal model, with increasing pH, concentration of suspended particulates and temperature, the quantity of adsorption show a descending trend. However, desorption is a contrary course of adsorption in the experiment. Due to various influenced phenomena reflect that the soil in the Daqing oilfield has factors, the quantity of desorption shows an ascending trend. These strong adsorption ability to petroleum pollutants.