液态水影响不同煤级煤吸附甲烷的差异及其机理

以IS100等温吸附解吸仪和MTS815型电液伺服岩石实验系统为主要实验平台,应用已建立的模拟储层条件下煤样注水和注水试样等温吸附实验方法,对3种不同煤级的煤储层样品开展了高压（8～20 MPa）注水和等温吸附实验,发现储层条件下煤层中的液态水（注水煤样）对不同煤级（0.46%<Ro,max<1.72%）煤吸附甲烷影响有差异,其含水量随煤级升高呈L型降低,而吸附量则线性增加。笔者认为液态水造成吸附差异的原因是煤体润湿性的差异,对于中低煤级的煤样来说,煤表面的物理化学性质起着控制作用,直接影响着煤体润湿性,吸附势和含水量的曲线都说明了这一点。     

煤储层固—液—气相间作用的等温吸附实验研究

在介绍体积法等温吸附实验原理的基础上，阐述了平衡水煤样等温吸附实验方法，重点探讨了煤的注水实验和注水煤样的等温吸附实验技术，讨论了等温吸附实验结果的信息提取和意义。研究表明：液态水对煤基质吸附气体有显著影响，作用机理与甲烷气体同时运动于气液界面和固气界面之间有关。     

我国不同时代不同煤级煤的吸附特征

通过对采自不同地区,各种煤级近500个煤样平衡水分条件下的等温吸附实验数据的统计分析,研究了我国主要成煤时代、煤级和平衡水分煤的吸附特征,以及其Langmuir体积和Langmuir压力的变化规律,分析了Langmuir常数与煤岩显微组分、矿物质含量、孔隙度的关系,探讨了煤的吸附机理及各因素对煤吸附能力影响的内在原因.     

不同煤级煤对H2S气体的吸附差异及吸附模型

为了研究不同煤级煤对H₂S气体的吸附差异及吸附模型,采集新疆气煤,山西潞安瘦煤、晋城无烟煤3个煤样进行了工业分析、煤岩分析和平衡水条件下的等温吸附实验。采用Langmuir,BET,D-R和D-A吸附模型,利用拟合软件对等温吸附实验数据进行了非线性回归拟合,并检验拟合程度。结果表明：煤对H₂S的吸附量随着煤化程度的加深而增加,为第Ⅰ类等温吸附线;其中Langmuir模型的拟合效果最好,n=1的D-A模型的拟合效果次之,BET模型的拟合效果较差,模型对实验数据的拟合效果与吸附模型中参数个数无明显关系;煤吸附H₂S可用单分子层吸附理论来解释。     

不同煤级煤及其萃余物吸附性能的研究

采用不同溶剂对褐煤、焦煤、低级无烟煤(Ro,max2.62%)以及中级无烟煤(Ro,max3.74%)等四个煤级煤样进行分级超声萃取,然后对原煤和萃余物进行平衡水预湿的方法,进行了等温吸附实验,并结合孔隙结构测试和水分含量变化,分析了溶剂萃取后萃余物的吸附性能变化及其影响因素。研究发现:(1)平衡水条件下,原煤对甲烷的吸附能力要大于萃余物,萃取后,尽管煤的组成和孔隙结构发生了变化,但并不能改变不同煤级煤吸附甲烷的能力的对比关系;(2)原煤和各级萃余物都发生了到某一压力后,吸附量随着压力增加而下降的现象,褐煤及其萃余物甚至出现负值,这可能是由超临界状态下吸附相的体积忽视后带来的效应和煤基质在压力、水分作用发生膨胀以及随着压力增加,水分在吸附孔隙中占据吸附点位的增多,造成甲烷有效吸附点位的减少等综合作用的结果。研究认为,在讨论影响不同煤化作用的煤吸附能力的因素时,应该首先考虑到煤级对吸附能力的影响;对煤化程度相近的煤,其他因素如孔隙结构和水分的变化对吸附的影响才显现,但对不同煤级煤吸附性的主要影响因素也不尽相同。在煤层气吸附研究中,吸附量下降现象应该是一个共性,其机理的解释和寻求正确的吸附相体积校正,以及一定压力下,煤基质在水分作用下发生膨胀对吸附性的影响的规律描述,都是亟待解决的重要问题。     

煤层气与页岩气吸附差异性分析

查明页岩气与煤层气的吸附差异对指导其勘探开发具有重要意义。通过测试不同成熟度和有机质(TOC)的煤与页岩的等温吸附曲线,结果表明:TOC含量是影响页岩吸附的主要因素,成熟度相当的煤与页岩相比,煤的吸附量远远大于页岩,主要是由于成藏特征、物质组成和孔隙结构不同造成的;页岩吸附过程中出现的异常吸附可能有其他的吸附理论支撑。     

煤层气压裂中压裂液吸附特性研究

在煤层气井压裂过程中,由于煤储层具有割理发育、比表面积大等特性,使煤层吸附压裂液而对煤储层造成严重伤害。使用IR和GC/MS分析仪等,对煤基质吸附压裂液进行了探索性试验研究,将复杂的压裂液体系简化为3类吸附组分,即GC/MS分析结果为代表的有机组分、无机物分析代表的吸附组分、瓜胶及其破胶后的断链有机物组分。通过无烟煤和长焰煤对压裂液的吸附试验及IR分析发现,煤样对有机成分有更强的吸附性能。     

构造煤结构与煤层气赋存研究进展

碎软煤的完整原样制取困难,需要加工制成重塑煤体,为了研究不同压制荷载对煤体物性特征的影响,以重塑煤体为研究对象,基于低温液氮的孔隙测试实验和高压容量法的甲烷吸附实验,探讨不同成型荷载而成的重塑煤体的微小孔结构及其吸附特性的差异。结果表明：不同成型荷载压制而成的重塑煤体,其微孔和小孔的孔容随着成型荷载的增大而略微减少,孔比表面积随着成型荷载的增大而略微增加,总孔体积减少和孔比表面积增加的幅度不大;通过分形理论发现无论高压段还是低压段,孔隙结构具有明显的分形特征,且在高压段的分形维数普遍低于低压段,不同荷载压制而成的重塑煤体的分形维数差别不大;等温吸附线均符合第Ⅰ类等温吸附曲线,Langmuir模型适用于描述重塑煤体的等温吸附,成型荷载对煤的吸附常数有一定的影响,其对吸附常数b值的影响大于对a值的影响。研究不同成型荷载下重塑煤体的吸附特性,为不同条件下型煤制作及冷冻取心实验提供参考。     

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     

高煤阶煤孔隙结构及分形特征

高煤阶煤与中低煤阶煤在孔隙结构特征方面存在明显差异,分形理论为定量描述高煤阶煤储层孔隙特征提供了有效手段。基于扫描电镜、压汞实验和孔渗测试,以华北地区最大镜质体反射率(Ro,max)在19%~295%之间的9个煤样为研究对象,采用分段回归的方法对各样品进行不同孔径段分形维数计算,并讨论了孔隙结构分形维数与孔隙体积百分比、Ro,max、孔隙度和渗透率的关系。结果表明,高煤阶煤微小孔发育,半封闭孔含量较高,孔隙连通性一般,且孔隙结构具有明显的分段分形特征,同一煤样的超大孔(孔隙半径r＞5 μm)、大孔(05 μm＜r＜5 μm)、中孔(005 μm＜r＜05 μm)和微小孔(r＜005 μm)的分形维数依次减小;各煤样超大孔、大孔、中孔分形维数均随Ro,max增加而增加,随对应孔隙体积百分比增加而减小;孔隙度或渗透率与超大孔、大孔和中孔、微小孔分形维数分别呈二次相关、线性正相关、负相关;各分形区间分形维数分布的偏度和峰度与孔隙度或渗透率分别呈高度正相关和负相关,这为高煤阶煤孔隙度、渗透率提供了理想的线性方程(y=ax+b)预测模型。     

中高含硫量煤中硫的形态分析

利用超声提取、高速离心分离和加入助分散剂等手段，实现了中，高含硫量煤中单质硫，硫酸盐硫，硫化物硫，有机硫等主要形态硫的分步提取和顺序测定。所建分析方法测定了国家一级标样，统样样品和部分有分析结果的样品，其主要形态硫的加和与标准样品参考值，统检样品定值，原样品的总硫分析结果相符，RSD（n=3)为0．80％－4．23％，方法可用于煤中各主要形态硫的测定。     

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）。     

高、低煤阶煤层气藏地质特征及控气作用差异性研究

高、低煤阶煤层气地质特征及控气作用差异性是研究煤层气富集成藏的重要组成部分,是煤层气勘探开发理论研究过程中重要的基础性研究领域之一。本文以中国沁水、阜新盆地和美国粉河盆地等典型的含气盆地为例,探讨了高、低煤阶煤层气的储层物性差异,分析了构造控气和水文地质控气作用的差异性。研究表明,高煤阶气藏含气量高,CH4百分含量高,δ13C1值大于-38.75‰,储层渗透率变化小,储层改造难,构造热事件对煤层气的生成、富集贡献大,持续的水动力使气藏遭到破坏,且破坏幅度大,现今地下水格局对气藏的形成具有一定的影响;低煤阶气藏含气量低,CH4百分含量低,δ13C1值大于-49.11‰,储层渗透率变化大,储层易改造,煤热演化史及煤阶影响着煤层气的生成、富集,在煤层气生成过程中活跃的水动力是甲烷生成的主要的水文地质条件之一,但持续的水动力使气藏遭到破坏,且破坏幅度小,而合适的地层水矿化度则是低煤阶煤层气生成的重要条件,地下水格局对气藏的调整和改造起到决定性的影响。     

三种不同类型盆地煤中微量元素对比研究

本文选择阜新盆地海洲露天矿,山西大同煤田煤峪口矿和朔县和平朔煤田安太堡露天矿三种不同类型盆地的矿区进行煤中微量元素的对比研究。初步阐述了断陷盆地,陆表海盆地和大型内陆争盆地煤中的微量元素特征,对比了这种不舅地煤中微量元素的差异,并提出了产生这些差异的主要因素是泥炭沼泽形成时的沉积环境背景,泥岩沼泽相及盆地的物源区。     

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...     

深部中-高煤级煤储层孔隙结构与吸附性

为了探讨中-高煤级深部煤层孔隙结构特征和吸附性,以陕西宜川和山西柿庄地区埋深100~1 800 m的中-高煤级样品为研究对象,对样品进行了煤岩煤质分析以及压汞法、核磁共振、低温液氮和等温吸附等测试,结果表明：(1)随着深度的增加,煤层吸附孔含量增多,渗流孔含量减小,渗透性降低,储层物性变差。(2)比表面积和总孔体积在1 000 m附近出现高值区域,随后才出现如前人所述的随深度逐渐降低的趋势,这与小孔的贡献率一致,可见比表面积和总孔体积并非完全由微孔决定,小孔作用显著。(3)深部煤层吸附性是压力的正效应与温度的负效应共同作用的结果,随着压力的增高,吸附量明显增加,温度每升高1 ℃,吸附量平均减少0.25 cm³/g;兰氏压力并不是简单地随温度递增而递增,而是存在随温度变化的拐点(35 ℃),大于拐点温度时,兰氏压力才呈现增高趋势。     

低煤阶煤中甲烷扩散性能分析

甲烷在煤基质中的扩散性能是影响煤层气产出的重要储层参数。采用云南东南部地区新近系中新统小龙潭组褐煤样品,开展了低煤阶煤中甲烷等温吸附实验。基于等温吸附实验获得的吸附量与时间的关系数据,应用一元孔隙结构气体非稳态扩散模型,计算了煤中甲烷气体扩散系数,揭示了煤中甲烷扩散规律和控制机理。研究结果表明,低煤阶煤中气体扩散规律服从Langmuir方程,煤中甲烷有效扩散系数和扩散系数随着压力的增高而增大;吸附时间常数随着压力的增高而减小,服从负指数函数规律。4个实验煤样Langmuir有效扩散系数和扩散系数分别是（1.71~5.46）×10^-4 s^-1和（2.17~6.91）×10^-12 m²/s,Langmuir压力为0.63~1.97 MPa。在相同温度和压力条件下,干燥煤样的有效扩散系数和扩散系数大于平衡水分煤样,随着温度的增高,其有效扩散系数和扩散系数增加,煤中气体扩散性能增强。